氢在无序态和有序态Ni3Fe合金中的扩散行为

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固体金属中的扩散

固体金属中的扩散

其中一种方法可通过碳在γ-Fe中的扩散来测定纯 Fe的空心园筒,心部通渗碳气氛,外部为脱碳气氛, 在一定温度下经过一定时间后,碳原子从内壁渗入, 外壁渗出。
稳态扩散下的菲克第一定律的应用--扩散系数的测定:
碳原子从内壁渗入,外壁渗出达到平衡时,则为稳态扩散 单位面积中碳流量: J=q/(At)=q/(2πrLt) A:圆筒总面积,r及L:园筒半径及长度,q:通过圆筒的碳量 则 J=q/(At)=q/(2πrLt)=-D(dc/dx) =-D( dc/dr) 即-D= [q/(2πrLt)]×1/ ( dc/dr) = [q(dlnr)]/[( 2πLt ) dc] q可通过炉内脱碳气体的增碳求得,再通过剥层法测出不同 r处的碳含量,作出C-lnr曲线可求得D。 第一定律可用来处理扩散中浓度不因时间变化的问题,如 有些气体在金属中的扩散。
沿一个方向只有1/2的几率 则单位时间内两者的差值即扩散原子净流量 J=(1/2)f(n1-n2) =(1/2)fC1dx-(1/2)fC2dx =f(C2-C1)dx/2
令D=(1/2)(dx)2f,则 J=-(1/2)(dx)2(dc/dx)

=-D (dc/dx)
稳态扩散下的菲克第一定律的应用--扩散系数的测定:26 Nhomakorabea0
空位扩散机制---2.空位机制 臵换式固溶体中,依靠溶质原子与空位交换位臵进 行扩散 同样的推导可有 D=D0e-(ΔEv+ΔE)/RT ΔEv为空位形成能,ΔE原子跃迁激活能
空位扩散机制--- 3.交换机制 相邻两原子交换位臵而实现 F10-14:扩散的交换机 制
会引起交换原子附近晶格强烈畸变,要求扩散激活能很大
1 4D
代入(2)左边化简有
A exp(

合金中的扩散与相变习题(相变部分)

合金中的扩散与相变习题(相变部分)

合金中的扩散与相变习题(相变部分)1. 名词解释形核驱动力、相变驱动力,调幅分解、惯析面、连续脱溶、不连续脱溶、热弹性马氏体。

2(1)如果不考虑畸变能,第二相粒子在晶内析出是何形态?在晶界析出呢?(2)如果不考虑界面能,析出物为何种形态?是否会在晶界优先析出呢?3 已知α、β、γ、δ相的自由能-成分曲线如图所示, 从热力学角度判断浓度为C 0的γ相及δ相应析出的相,并说明理由,同时指出在所示温度下的平衡相(稳定相) 及其浓度。

4 指出固溶体调幅分解与形核分解两之间的的主要区别。

5 假设将0.4%C 的铁碳合金从高温的单相γ状态淬到750℃时,从过冷γ中析出了一个很小的α晶核.试回答:(1) 在Fe-Fe 3C 相图下方,作出α、γ、Fe 3C 在750℃的自由能-成分曲线。

(2) 用作图法求出最先析出晶核的成分,并说明之。

6 沉淀相θ‘’呈圆盘状,厚度为2.0 nm ,其失配度δ约为10%。

已知弹性模量E=7×1010Pa ,共格界面因失配而造成的一个原子应变能为223δεVE V =(V 为一个原子所占体积)。

今假设共格破坏后的非共格界面能为0.5J/m 2,求共格破坏时θ‘’圆盘的直径。

7 假定在Al (面心立方,原子间距d=0.3 nm )基固溶体中,空位的平衡浓度(N n )在550℃时为2×10-4,而在130℃时可以忽略不计:(1)如果所有空位都构成G .P 区的核心,求单位体积中的核心数目;(2)计算这些核心的平均距离。

8 Al-2at.%Cu 合金进行时效硬化,先从520℃淬至27℃,3小时后,在此温度形成平均间距为1.5×10-6cm 的G .P.区。

已知27℃铜在铝中的扩散系数D=2.3×10-25cm 2/s ,假定过程为扩散控制,试估计该合金的空位形成能(假设淬火过程中无空位衰减)。

9 假设在固态相变过程中新相形核率N 及长大速率G 均为常数,则经t 时间后所形成新相的体积分数x 可用Johnson-Mehl 方程得到,即)3exp(143t NG x π--=已知形核率N=1000/cm 3.s ,G=3×10-5cm/s ,试计算:(1)发生相变速度最快的时间;过程中的最大相变速度;(2)获得50%转变量所需的时间。

氢在Cr_2O_3中扩散机制的第一性原理研究

氢在Cr_2O_3中扩散机制的第一性原理研究

图 2 Cr2O3_H 体系能量随 H 原子位置的变化 (a) H 原子沿着无原子占据的O八面体间隙的中轴线添加, 其中α为间隙中心位置, β 为体系能量最低位置, γ 为分数坐标为 0.26 的位置, 曲线
中心位置对应间隙中心; (b) H 原子沿着无原子占据的O八面体间隙的对角线添加, 曲线中心位置对应间隙中心
27
陈长风等: 氢在 Cr2O3 中扩散机制的第一性原理研究
2.3 晶格畸变
表 2 为 H 原子位于α, β 和γ 位置时八面体间隙上 端面 O 原子间的距离, 其中α, β 和γ 位置如图 2(a)中 所示. 由表 2 可知, H 原子位于α, β和γ位置引起上 端面 O 原子间距离的增量分别为 0.035 Å, 0.067 Å 和 0.083 Å, 以上结果说明 H 原子的位置由间隙中心向 端面靠近时, 晶格的畸变程度增加.
中国科学: 技术科学
论文
2011 年 第 41 卷 第 1 期: 25 ~ 31
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
氢在 Cr2O3 中扩散机制的第一性原理研究
陈长风*, 于浩波, 郑树启
中国石油大学(北京)材料科学与工程系, 北京 102249 * E-mail: chen_c_f@
英文版发表信息: Chen C F, Yu H B, Zheng S Q. First-principles study of hydrogen diffusion mechanism in Cr2O3. Sci China Tech Sci, 2010, 53: 88−94, doi: 10.1007/ s11431-010-4112-3
关键词
Cr2O3 H 原子 第一性原理 扩散系数

水环境中重金属化学行为

水环境中重金属化学行为
1.214 103
3.569 2.336 21.56 77.45 11.72 7.779 3.926
3.619 107
1.094 105
盐碱土溶液中重金属的存在形态
——Cl-与OH-的竞争络合作用
干旱地区盐碱土溶液中Cl-的浓度高达42600103000 ppm。在此情况下,Hg主要以HgCl2 0 的形态存在。Cd, Zn, Pb也可生成各种氯络离 子。 盐碱土溶液的pH值也高(通常在8-9之间), 重金属离子易于发生水解,生成OH-离子,此 时Cl-与OH-发生竞争络合作用。据汉恩计算, 在pH = 8.5和Cl- = 350-60000 ppm时,Hg和 Cd主要为Cl-所络合,而Zn和Pb主要为OH-所 络合。
水环境中的重要配位体
无机配位体:OH-, Cl -, HCO3 -, CO32-, F-, S22- 等(天然水中的主要阴离子对重金 属均有强的配位作用); 有机配位体:氨基酸、醣、脂肪酸、尿 素、芳香烃、维生素和腐殖酸等(这些 化合物中都含有未共有电子对的活性基 团,是典型的电子给予体。
重金属羟基络合平衡常数的两种表述
ZnS Zn(OH)2 CdS Cd(OH)2 Pb3(PO4)2 PbS Pb(OH)2 HgS Hg(OH)2
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
4.082 102
4.503 10
1.014 1.009 1.107 1.070 1.047 1.039 1.026
4.423 104
ppm ppm(考虑到羟 (按溶度积计算) 基络离子存在 时的计算) 861 x 10-3 180
Zn(OH)2
Cd(OH)2
Hg(OH)2 Pb(OH)2
384 x 10-2

第4章 金属中的扩散

第4章 金属中的扩散

柯肯达尔效应机制
(a)
(b)
(c)
(f)
(e)
(d)
Zn原子的扩散速率大于铜原子的扩散速率,导致纯铜一 遍不断的产生空位,当Zn原子越过标记面后,空位朝相反的 方向越过标记面进入黄铜一侧,并在黄铜一侧聚集,形成孔 洞,导致黄铜体积缩小。
柯肯达尔效应的意义:否定了置换固溶体的置换扩散机 制,支持了空位扩散机制。
间隙扩散:原子从一个晶格间隙位置迁移到另一个间隙位 置的扩散方式。
这种方式进行扩散的可能性很大,因为溶质原子只占据 少量间隙位置,即每个间隙原子周围都有较多的间隙位置是 空着的,故供其跃迁的位置很多。
3.2 置换机制
交换机理:相邻原子相互交换位置、进行迁移。 ——引起的点阵畸变大。
轮换机理:相邻三个原子或四个原子同时进行旋转式的交 换位置。 ——引起点阵畸变较小。
1.2 扩散概念与本质 扩散:由构成物质的微粒(离子、原子、分子)的热 运动而产生的物质迁移现象。
原子在点阵平衡位置进行无规则的热振动,某些原子的 能量超过了势垒,将离开原位置而跃迁到新的位置即发生了 原子的迁移。原子跃迁不是定向的,原子向四面八方都可以 跳跃。
要想实现宏观扩散效果,就要求晶体周期场的势能曲线 是倾斜的。这样由平衡态A到平衡态B的跃迁几率较大,这样 才能实现宏观的原子扩散。
即第二个面的扩散通量为第一个面注入的溶质与在这一段距 离内溶质浓度变化引起的扩散通量之和;
稳态扩散时,J1=J2 ,
J x
0
非稳态扩散时,J1≠J2
J 0 x
微小体积内物质的积存率=
J1
J2
J x
dx
(5)
微小体积内的物质积存速率还可用体积浓度C的变化率来表

电子能量损失谱在Ni3Fe的环境氢脆机理研究中的应用

电子能量损失谱在Ni3Fe的环境氢脆机理研究中的应用

机 制 的研 究 , 图 通 过 电 子 能 量 损 失 谱 考 察 N e 力 iF
合金 的电子 结 构 , 望 通 过 理 论 计算 和 实 验 结 果 以 期 探讨 N1e合 金 的 电 子 结 构 、 催 化 与 环 境 氢 脆 现 i F 氢 象 之 间 的关 系 。
材 料 与 方 法
面 的催 化反 应 又是 与合 金 表 面 的电子 结 构 息息 相 关
的 。电子 能量 损 失 谱 是 一 种 相 对 于 常 规 x 射 线 显 微 分 析 来说 更 为先 进 的 , 用 于 微 区 电子 结 构 分 析 可
的方 法 。 电子 能 量 损 失 谱 中 的 L.峰 , 常 称 之 为 2 通
导致 最 后 的氢脆 的反应 控 制 步骤 。而氢 气 在合 金 表
N 1e 金 在真 空 中和 H i 合 F 1中 的 塑性 基 本 相 同 , 有 而 序 态 N e 金 的情 况 就 完全 不 同 , H 气 氛 的数 值 , 氢脆 指 数 为 6 % ~ 4
T M 的观 察 表 明 有 序 和 无 序 样 品 的 晶粒 度 基 E 本 相 同 , 晶界也 没 有成 分偏 析 , 排 除 了有 序化 后 在 这 晶界 的影 响 。 图 1 有序 和 无序 样 品 的 电子衍 射 照 是
合 金 名 义 化 学 成 份 为 N.4 1e ( 子 百 分 i .F 原 2
比) 原 始 轧 制 板 材 经 80C 2 , 0  ̄/h油 淬 得 到 完 全 无 序
态 , 后 又 经 4 0C保 温 不 同 的 时 间 , 行 有 序 化 处 然 7 ̄ 进 理 得 到有 序 态 ( 温 6 、0 保 0 2 0和 l0 h 后 , X S测 O0 r s 经 P 定 其有 序 度 分 别 为 0 3 ,04 .3 .0和 0 4 ) .4 。用 线 切 割 机 沿轧 制 方 向切 成 1 m X3 m X1m 的拉 伸 样 品 , m m 2m 在 带有 环 境 气 氛 的 MT . 1 S80试 验 机 上 进 行 拉 伸 试 验 。拉 伸 后 的样 品经 减 薄 后 制 得 电镜 薄 片 , 场 发 在 射 透射 电子 显 微 镜 J O 2 I F上 进 行 观 察 , 速 电 E LOO 加 压为 20 V。电子 能 量 损 失 谱 是 用 J O 2 I F附带 0k E LOO

潘金生《材料科学基础》(修订版)(名校考研真题 固态相变(Ⅰ)——扩散型相变)【圣才出品】

潘金生《材料科学基础》(修订版)(名校考研真题  固态相变(Ⅰ)——扩散型相变)【圣才出品】

第11章 固态相变(Ⅰ)——扩散型相变一、判断题有序-无序转变是指晶体与非晶体之间的转变。

()[南京工业大学2003研]【答案】×【解析】有序-无序转变狭义是指存在于某些晶体内部的两种结构状态。

无序是指在某一临界温度以上,晶体结构中的两种或多种不同质点(原子或离子以至空位)都随机地分布于一种或几种结构位置上相互间排布没有一定的规律性的结构状态;有序是指此改办温度以下,这些不同的质点可以各自有选择地分占这些结构位置中的不同位置,相互间作有规则的排列的结构状态,相应的晶体结构称为超结构或超点阵。

有序-无序转变从物质结构上可分为三种主要类型:①位置有序;②取向有序;③与电子自旋状态有关的有序。

二、名词解释1.铝合金的时效[西南交通大学2009研]答:铝合金的时效是指铝合金在经过高温固溶处理后,迅速冷却形成过饱和固溶体,并在随后的加热保温过程中析出亚稳相的过程。

2.一级相变[南京工业大学2008、西南交通大学2009、北京工业大学2009研]答:相变时两相的化学势相等,但化学势的一阶偏微商不相等,发生一级相变时有相变潜热和体积的变化。

3.调幅分解[北京工业大学2009研]答:调幅分解是指固溶体通过上坡扩散分解成结构均与母相相同、成分不同的两种固溶体的转变。

三、简答题1.已知727℃时,平衡态铁碳合金中铁素体的最大碳含量为W c =0.0218%,而奥氏体的碳含量为Wc =0.77%。

试问:(1)碳原子分别位于铁素体和奥氏体晶体中的什么位置?(2)解释为什么两者的碳含量差别如此之大。

[西安交通大学2006研]答:(1)碳原子位于铁素体晶体中的扁八面体间隙中心位置,位于奥氏体晶体中的正八面体间隙中心位置。

(2)因为铁素体晶体中的扁八面体间隙半径比奥氏体晶体中的正八面体间隙半径小得多。

2.根据如图11-1所示共析碳钢的过冷奥氏体转变C 曲线(TTT 曲线),请写出经过图中所示6种不同工艺处理后材料的组织名称以及硬度排列(从高到低)。

金属扩散

金属扩散

扩散时固态金属中原子的迁移过程
晶体周期场的势能曲线是倾斜的,导致原子向右跳动 的几率大于向左跳动的几率。大量原子的无序跃迁, 造成物质的定向传输,即发生扩散。
二、扩散机制
扩散不仅由原子的热运动所控制,还 要受具体的晶体结构所制约,即扩散的机 制随晶体结构的不同而变化。对于固态金 属来说,原子的扩散机制主要有两种: 空位扩散机制 间隙扩散机制
第八章 扩散
本章重点

扩散的微观机理 扩散的宏观规律 影响扩散的因素
§8-1 概述
一、扩散现象和本质


在气体和液体中的传质过程主要通过对流形成, 在固体中基本不发生对流,物质的传输只能靠原 子或粒子的扩散来进行。 扩散的本质:原子的热运动
柯肯达尔效应
左侧Ni的浓度高于右侧Cu的浓度,使左侧点阵 膨胀,最终导致界面向右漂移。

空位扩散机制


在自扩散和涉及置换原子的扩散过程中, 原子可离开其点阵位置,跳入临近的空位, 这样就会在原来的点阵位置产生一个新的 空位。当扩散继续,就产生原子与空位两 个相反的迁移流向,称为空位扩散。 自扩散和置换原子的扩散程度取决于空位 的数目。 温度越高,空位浓度越大,金属中原子的 扩散越容易。



根据扩散过程是否发生浓度变化分类 自扩散 互(异)扩散 根据扩散方向是否与浓度梯度的方向相同进行分类 下坡扩散 上坡扩散 根据扩散过程是否出现新相进行分类 原子扩散 反应扩散
碳的上坡扩散
硅提高了碳的化学位,因而碳从含硅的棒向无硅的棒扩散, 以消除化学位梯度。化学位梯度是其扩散的驱动力。
§8-2 扩散定律
二、菲克第二定律

非稳定态扩散:在扩散过程中,各处的浓度不 仅随距离变化,而且还随时间发生变化。

无机材料科学基础11章-14章三章习题及答案

无机材料科学基础11章-14章三章习题及答案

第十一章 扩 散11-1 名词解释(试比较其同)1.无序扩散:原子或离子的无规则扩散迁移运动发生在结构无序的非晶态材料中,称为无序扩散。

晶格扩散:原子或离子在晶体结构中不断地改变位置而出现由一处向另一处的无规则迁移运动,称为晶格扩散。

2.本征扩散:不含有任何杂质的物质中由于热起伏引起的扩散。

非本征扩散:由于杂质引入引起的扩散。

3.自扩散:一种原子或离子通过由该种原子或离子所构成的晶体中的扩散。

互扩散:两种或两种以上的原子或离子同时参与的扩散。

4.稳定扩散:是指扩散物质的浓度分布不随时间变化的扩散过程,使用菲克第一定律可解决稳定扩散问题。

不稳定扩散:是指扩散物质浓度分布随时间变化的一类扩散,这类问题的解决应借助于菲克第二定律。

11-2 欲使Mg 2+在MgO 中的扩散直至MgO 的熔点(2825℃)都是非本征扩散,要求三价杂质离子有什么样的浓度?试对你在计算中所作的各种特性值的估计作充分说明。

(已知MgO 肖特基缺陷形成能为6eV )Mg 2+离子在MgO 晶体中以空位机构扩散,MgO 中肖特基空位浓度: []()kT E V Mg2/exp -=''式中E 为空位生成能, E=6ev ;MgO 的熔点T m =3098k 。

故当 MgO 加温至靠近熔点(T M =3098k )时肖特基空位浓度为:[]6231910166.930001038.1210602.16exp ---⨯=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⨯⨯⨯⨯⨯-=''Mg V 因空位扩散机构的扩散系数[]Mgm g V MgO D ''∝/ ,所以欲使+2Mg 在MgO 中的扩散直至MgO 的熔点均是非本征扩散,应使+3M离子产生的[]MgV ''远大于热缺陷空位610166.9][-⨯=''Mg V+3M 离子进入MgO 晶格,将发生下面缺陷反应:MgMg MgO V M M ''+−−→−∙22 因此,杂质离子+2M的浓度应远大于两倍的热缺陷空位浓度:[]563108332.110166.92--+⨯=⨯⨯〉〉M11-3 a) :/2CaO Ca+T=1145℃,705.01013=⨯T , =+CaO Dca /21310030.2-⨯ T=1393℃, 600.01013=⨯T, =+CaO Dca /21210920.4-⨯∴ ()()()1666314.8/exp 1092.41418314.8/exp 1003.2exp 0120130⨯-=⨯⨯-=⨯-=--Q D Q D RT Q D D解得: Q=6045kcal/mol D 0=4.21×10-4cm 2/secb) 323/O Al Al + 1393℃(1666k) 1716℃(1989k) 1923k(自取):1013⨯T0.600 0.503 0.520 D / 2.42×10-117.02×10-12解方程组:2.42×10-11=D 0exp(-Q/8.314×1989) 7.02×10-12=D 0exp(-Q/8.314×1923) 得 Q=142.6kcal/mol D 0=1.16×105cm 2/sec11-4 在二根金晶体圆棒的端点涂上示踪原子Au *,并把两棒端点连接,如图11-16(A )所示。

金属及合金中的扩散

金属及合金中的扩散

经扩散后
c1
x = −∞,则 c = c2
-x
0
x
设中间变量 β = x ,则可的第二定律的通 解为
2 Dt
∫ c( x, t) =
A1
β exp(−β 2 )dβ
0
+
A2;A1、A2
— —待定系数
①通解
∫ 定义 erf (β ) = 2 β exp(−β 2 )dβ 为误差函数,则有
π0
c = A1
幅越大。当某些原子具有足够高的能量时,便会离开原来 的位置,跳向邻近的位置。热震动导致大量原子宏观迁 移,即扩散。
研究扩散的意义
固体中许多变化过程都是原子排列(分布)方式的变化过程 变化的机制—变化的具体方式和内在规律 变化的速度—完成变化所需的时间
原子的扩散
3.1 扩散定律及其应用
LAW OF DIFFUSION AND ITS APPLICATION
c( x, t) = k exp(− x2 ) — —高斯解 -x t 4Dt
k-待定系数
B
c
A
t1
t2
t3
o
x
设A的质量为M,棒的截面积为1,则
∫ ∫ M =

cdx =

k exp(− x2 )dx,由此可解出:k =
M
−∞
−∞ t
4Dt
2 πD
所以
c(x, t) =
M
− x2 exp( )
2 πDt 4Dt
A ⋅ dt
dx
引入扩散通量概念,则有
c
c2
经扩散后
原始状态
最终状态
c1 x
J = − D dc ——菲克(扩散)第一定律:扩散通量与浓 dx 度梯度成正比,方向与浓度梯度相反。

高中无机化学习题与答案

高中无机化学习题与答案

高中无机化学习题与答案绪论一.是非题:1. 化学变化有新物质产生,而物理变化无新物质产生.2. 化学变化是由于构成分子的原子外层电子运动状态的改变而引起的、原子核不变的一类变化3. 元素的变化为物理变化而非化学变化.4. 化学变化的特点是原子核不变分子组成或原子间结合方式发生变化.5. 化学反应常伴有发光现象, 但并非所有的发光现象都属于化学反应.二.选择题:1. 化学研究的对象是具有宏观实体的物质, 它不包括A. 希有气体B: 混合物 C. 电子流或γ──射线D. 地球外的物质2. 纯的无机物不包括A. 碳元素B. 碳化合物C. 二者都对D. 二者都错3. 下列哪一过程不存在化学变化A. 氨溶于水B. 蔗糖溶在水中C. 电解质溶液导电D. 照相底片感光第一章原子结构和元素周期系一.是非题1. 电子在原子核外运动的能量越高,它与原子核的距离就越远.任何时候,1s 电子总比2s 电子更靠近原子核, 因为E2s> E1s.2. 原子中某电子的各种波函数, 代表了该电子可能存在的各种运动状态, 每一种状态可视为一个轨道.3. 氢原子中,2s 与2p轨道是简并轨道,其简并度为4;在钪原子中,2s 与2p 轨道不是简并轨道, 2p x,2p y,2p z为简并轨道,简并度为 3.4. 从原子轨道能级图上可知, 任何原子在相同主量子数的轨道上, 能量高低的顺序总是 f > d > p > s; 在不同主量子数的轨道上,总是(n-1)p > (n-2)f > (n-1)d > ns.5. 在元素周期表中, 每一周期的元素个数正好等于该周期元素最外电子层轨道可以容纳的电子个数.6. 所有非金属元素(H,He除外)都在p区,但p区所有元素并非都是非金属元素.7. 就热效应而言,电离能一定是吸热的, 电子亲和能一定是放热的.8. 铬原子的电子排布为Cr[Ar]4s 1 3d5,由此得出: 洪特规则在与能量最低原理出现矛盾时, 首先应服从洪特规则.9. s 区元素原子丢失最外层的s电子得到相应的离子,d 区元素的原子丢失处于最高能级的 d 电子而得到相应的离子.10. 在原子核里因质子数和中子数不同, 就组成了不同的核素; 同样在原子核里因质子数和中子数不等, 就构成了同位素. 可见, 核素也就是同位素.二.选择题1. 玻尔在他的原子理论中A. 证明了电子在核外圆形轨道上运动;B. 推导出原子半径与量子数平方成反比;C. 应用了量子力学的概念和方法;D. 解决了氢原子光谱和电子能量之间的关系问题.2. 波函数和原子轨道二者之间的关系是A. 波函数是函数式, 原子轨道是电子轨迹;B. 波函数和原子轨道是同义词;C. 只有轨道波函数与原子轨道才是同义的;D. 以上三种说法都不对.3. 多电子原子的原子轨道能级顺序随着原子序数的增加A. 轨道能量逐渐降低, 但能级顺序不变;B. 轨道能量基本不变, 但能级顺序改变;C. 轨道能量逐渐增加, 能级顺序不变;D. 轨道能量逐渐降低, 能级顺序也会改变.4. 周期表中各周期元素数目是由什么决定的A.2n 2(n 为主量子数);B. 相应能级组中所含轨道总数;C. 相应能级组中所含电子总数D. n + 0.7 规则5. 下列电子构型中,电离能最低的是A.ns 2np3B.ns 2np4C.ns 2np5D.ns 2np66. 下列元素中, 第一电离能最大的是A.BB.CC.AlD.Si7. 原子光谱中存在着不连续的线谱, 证明了A. 在原子中仅有某些电子能够被激发B. 一个原子中的电子只可能有某些特定的能量状态C. 原子发射的光, 在性质上不同于普通的白光D. 白光是由许许多多单色光组成.8. 原子轨道中"填充"电子时必须遵循能量最低原理,这里的能量主要是指 A.亲合能 B. 电能 C. 势能 D. 动能9. 下列哪一原子的原子轨道能量与角量子数无关?A.NaB.NeC.FD.H10. 下列哪一种元素性质的周期规律最不明显A.电子亲合能B. 电负性C. 电离能D. 原子体积11. 用来表示核外某电子运动状态的下列各组量子数(n l m ms) 中哪一组是合理的?A.(2,1,-1,-1/2)B.(0,0,0,+1/2)C.(3,1,2,+1/2)D.(2,1,0,0)12. 元素和单质相比较时, 正确的说法是 A.元素由单质构成; B. 元素可分解为单质;C.元素的质量比单质的质量重;D. 单质是元素存在的一种形式.13. 核素和同位素的相同点是A.它们中的质子数均大于中子数;B. 它们中的质子数均小于中子数;C.它们中的质子数和中子数相等;D. 它们各自含有相同的质子数.14. 关于核素的正确说法是A. 具有一定数目的核电荷的一种原子;B. 具有一定数目的质子的一种原子;C. 具有一定数目的中子的一种原子;D. 具有一定数目的中子和一定数目的质子的一种原子.15. 测定原子量最直接的方法是A. 质谱法B. 化合量法C. 气体密度法D. α─粒子散射法三.填空题:1. 宏观物体的运动可用方程F=ma 描述,但微观物体的运动要用量子力学中的( ) 描述. 它是一个偏微分方程式.2 主量子数为4 的一个电子, 它的角量子数的可能取值有( ) 种, 它的磁量子数的可能取值有( ) 种.3. 在氢原子中,4s 和3d轨道的能量高低为( ), 而在19 号元素K 和26 号元素Fe 中, 4s 和34轨道的能量高低顺序分别为( ) 和( ).4. 填上合理的量子数:n=2,l=( ),m=( ),ms=+1/2.5. +3 价离子的电子层结构与S2-离子相同的元素是( ).6. 微观粒子运动与宏观物质相比具有两大特征,它们是( )和( ), 说明微观粒子运动特点的两个重要实验是( ).7. ψ n,l,m 是( ), 当n,l,m, 一定时, 处于ψ n,l,m 状态的一个电子的( ), ( ),( ) 可以确定.n,l,m 可以确定一个( ).8. 氢原子的电子能级由( ) 决定, 而钠原子的电子能级由( ) 决定.9. Mn原子的价电子构型为( ), 用四个量子数分别表示每个价电子的一定状态, 是( ).10. 在电子构型a.1s 22s2, b.1s 22s22p54s1, c.1s 22s12p13d13s1, d.1s 22s22p63s13d1,e.1s 22p2,f.1s 22s32p1,g.1s 12s22p13d1中,属于原子基态的是( ), 属于原子激发态的是( ), 纯属错误的是( ).11. 用元素符号填空:( 均以天然存在为准)原子半径最大的元素是( ), 第一电离能最大的元素是( ), 原子中3d 半充满的元素是( ), 原子中4p 半充满的元素是( ), 电负性差最大的两个元素是( ), 化学性质最不活泼的元素是( ).四.简答题1. 第114 号元素属于第几周期? 第几族?2. 为什么碳( 6C)的外围电子构型是2s22p2, 而不是2s12p3,而铜( 29Cu)的外围电子构型是3d104s1, 而不是3d94s2?3、气体常数R 是否只在气体中使用?五.综合题1. 某元素位于周期表中36号元素之前,该元素失去2个电子以后,在角量子数l=2 的轨道上正好半充满, 试回答:(1) . 该元素的原子序数,符号,所处周期和族;(2) . 写出表示全部价电子运动状态的四个量子数;(3) . 该元素最高价氧化物水合物的分子式及酸碱性.2. 某元素原子序数为33,试问:(1) . 此元素原子的电子总数是多少?有多少个未成对电子?(2) . 它有多少个电子层?多少个能级?最高能级组中的电子数是多少?(3) . 它的价电子数是多少?它属于第几周期?第几族?是金属还是非金属?最高化合价是几?3. 写出原子序数为24的元素的名称,符号及其基态原子的电子排布式,并用四个量子数分别表示每个价电子的运动状态.第二章分子结构一.是非题:1、两原子间可以形成多重键,但两个以上的原子间不可能形成多重键。

扩散习题及解答

扩散习题及解答

自扩散:是在纯金属中的原子或固溶体中的溶质原子由一个平衡位置迁移到另一个平衡位置的单纯由热运动引起的扩散现象。

化学扩散:间隙扩散:间隙扩散是扩散原子在点阵的间隙位置之间跳迁而导致的扩散。

间隙固溶体中溶质原子半径较小,间隙位置数目较多,易发生间隙扩散。

置换扩散:置换扩散以原子跳动到邻近空位的方式进展,因此认为置换扩散也应该是通过单独跳动机制进展的。

它与间隙扩散的区别在于跳动是通过空位进展的,即扩散机制是一种空位扩散机制。

互扩散:是溶质原子和溶剂原子同时存在迁移的扩散。

严格来讲,大局部合金系统的原子扩散都是互扩散。

晶界扩散:熔化的钎料原子沿着母材金属的结晶晶界的扩散现象。

晶界扩散所需要的激活能比体扩散小,因此,在温度较低时,往往只有晶界扩散发生。

而且,越是晶界多的金属,越易于焊接,焊接的机械强度也就越高。

上坡扩散:原子扩散的驱动力是化学位。

在一般情况下,总是从浓度高处向浓度低处扩散,这叫顺扩散,但有时也会发生从浓度低处向浓度高处扩散的现象,成为逆扩散,即上坡扩散。

2、什么叫原子扩散和反响扩散?原子扩散是一种原子在某金属基体点阵中移动的扩散。

在扩散过程中并不产生新相,也称为固溶体扩散。

扩散物质在溶剂中的最大浓度不超过固溶体在扩散温度下的极限浓度,原子扩散有自扩散,异扩散和互扩散三类。

扩散过程不仅会导致固溶体的形成和固溶体成分的改变,而且还会导致相的多形性转变或化合物的形成。

这种通过扩散而形成新相的现象称为反响扩散,也叫相变扩散。

3、什么叫界面控制和扩散控制?试述扩散的台阶机制?[简要解答] 生长速度根本上与原子的扩散速率无关,这样的生长过程称为界面控制。

相的生长或溶解为原子扩散速率所控制的扩散过程称为扩散控制。

如题3图,α相和β相共格,在DE、FG处,由于是共格关系,原子不易停留,界面活动性低,而在台阶的端面CD、EF处,缺陷比拟多,原子比拟容易吸附。

因此,α相的生长是界面间接移动。

随着CD、EF的向右移动,一层又一层,在客观上也使α相的界面向上方推移,从而使α相生长。

不同温度氢在Ml(NiCoMn)5中的扩散行为

不同温度氢在Ml(NiCoMn)5中的扩散行为

s 。由 此 可见 , 着 温 度 的 降 低 氢 扩 散 系 数 急剧 下降 , 也 是 该 贮 氢 合 金 低 温 高倍 率 放 电性 能 差 的 原 因之 一 。 随 这 关 键 词 : 氢 合 金 ;循 环 伏安 法 ;扩 散 系 数 ; 度 贮 温 中 图 分 类号 : GI 9 7 T 3. 文献标识码 : B 文 章 编 号 :l 7—0 X(0 0 0— 180 6 38 8 2 1 )20 6. 3
氧 化峰 峰 值 电 流 , 与 扫 描 速度 的 平方 根 0/ 间均 存 在 良好 的 线 性 关 系 , , 1之 2 即整 个反 应 受 氢 原 子 扩 散 控 制 。 一 3 ℃ 、 5
O 、0 5 ℃氢 扩 散 系 数 分 别 为 0 7 6 0 c s 1 4 9 1 c / 、. 3 0 c s 3 1 6 0 c / ℃ 3 ̄ 0 C、 . 7 ×1 m / 、. 7 × 0 m s 2 4 7 1 m / 、. 5 X 1 m X
c e s d s a p ya h e e a u e d c e s d r a e h r l s t et mp r t h e s n wh h y r g n s o a e a l y h d i sa s n ft e r a o y t e h d o e t r g l a o
a po r pe f r a e o g r e d s ha ge a ow e e pe at r . o r o m nc fhih-at ic r tl rtm r u e Ke r y wo ds: dr ge t a loy;c c i olamm e r hy o n s or ge al y lc v t t y;d fu i oe fce if son c fiint;t m p r t e e e a ur

氢气在金属材料中的扩散行为研究

氢气在金属材料中的扩散行为研究

氢气在金属材料中的扩散行为研究氢气在金属材料中的扩散行为一直以来都备受关注,这种扩散现象不仅与金属材料的性能和稳定性有着密切的关系,还在工业生产和科学研究中具有重要作用。

氢气在金属材料中的扩散行为是一个复杂而值得深入研究的课题。

氢气在金属材料中的扩散行为受多种因素影响,其中包括温度、压力、金属晶体结构、氢气浓度等。

在高温高压下,金属内部的空隙会扩大,从而促进氢气的扩散。

此外,金属晶界的存在也会对氢气的扩散起到一定影响,晶界处更容易发生氢气的扩散现象。

研究发现,氢气在金属材料中的扩散行为并非单纯的线性扩散过程,而是受到金属材料内部结构和化学成分的影响。

例如,在不同温度下,氢气在不同金属中的扩散速度会有所不同,这与金属晶体结构的稳定性以及原子之间的相互作用有关。

另外,金属的晶体缺陷也会对氢气的扩散行为产生影响。

在金属材料中存在着各种缺陷,比如晶界、位错、空位等,这些缺陷会在氢气扩散过程中起到催化作用,加速氢气的扩散速度。

因此,通过研究金属材料的晶体缺陷与氢气扩散之间的关系,可以更好地理解氢气在金属中的扩散机理。

在实际工程中,氢气在金属材料中的扩散行为也会对材料的性能和稳定性产生一定影响。

以氢脆性为例,当金属中吸收了大量氢气后,会导致金属材料的脆性增加,从而影响金属材料的使用寿命和安全性。

因此,研究氢气在金属中的扩散行为对于提高金属材料的抗氢脆性具有重要意义。

此外,氢气在金属材料中的扩散行为还与储氢材料、氢能源等领域密切相关。

随着氢能源的不断发展,氢气在金属中的储存和释放成为了一个重要的研究课题。

研究氢气在金属中的扩散行为,有助于设计更高效、更安全的氢储存材料,促进氢能源的应用。

总结一下本文的重点,我们可以发现,是一个复杂而重要的课题,涉及金属材料的晶体结构、晶体缺陷、化学成分等多方面因素。

通过深入研究氢气在金属中的扩散行为,可以更好地理解金属材料的性能和稳定性,为氢能源的应用和发展提供技术支持。

第四章_金属和合金中的扩散

第四章_金属和合金中的扩散
= i+ j+ k x y z
根据上式,热力学力之间并非是完全独立的。n元系中,只有n-1个 力是独立的。对于浓度梯度,因为有 xi = 1 和 Ci = C 的关系,所 以n元系中,也只有n-1个是独立的。
扩散的菲克定律
菲克定律是在1855年由菲克给出的扩散流量和浓度梯度的关系。
ln B = 1+ ln xB 称它为热力学因子,以表示,即 ln B ln A =1+ =1+ lnxB lnxA
DB和DA可简写成 DB = M B RT DA = M A RT 对于B在A中的极稀固溶液,因为活度系数近似为常数,所以热力
ln A 1+ ln xA
J i = Ci vi
对于不同的参考坐标架,组元运动速度不同,从而流量也不同。 两种坐标系 : 实验参考系 —相对于观察者是不动的,相应的扩散流量记为J0。
点阵参考系 —把坐标固定在晶体点阵的原子面上,通常在晶体内 插入惰性标志物以作标记,相应的扩散流量记为J。
若在某处点阵参考系相对于实验参考系的运动速度为v,则在该处 第i组元(“组元”应包括空位)相对于两种参考坐标架的流量之间 的关系为:
扩散机制
①间隙机制 (a)从一个间隙到近 邻另一个间隙 (b)间隙原子把相邻 的一个原子挤入相 邻的间隙 (c)挤列机制 (d)“哑铃结构”的 跳动 ②空位机理 ③换位机制 (e)直接换位 (f)回旋换位

(a)
(f)
(b)
(e) (c)
扩散的宏观理论
参考系 流量和力之间的关系 扩散的菲克定律—第一定律,第二定律 二元系的扩散—固溶体中溶质原子的扩散; 臵换固溶体的扩散 —两种坐标架下组元扩散流量间的关系 禀性扩散系数和互扩散系数 Smigelkas和Kirkendall 的实验 禀性扩散系数与热力学函数间的关系 自扩散系数。 扩散方程的解(以二元系为例) 稳态扩散 扩散系数和浓度有关时扩散方程的积分解, 扩散系数为常数时:半无限长扩散偶扩散方程的解,用扩散 偶方法求扩散系数,扩散系数为常数时用分离变量获得的扩散方 程解,扩散系数为常数时的高斯解,平方根关系。 数值解方法

扩散氢的破坏原理

扩散氢的破坏原理

扩散氢的破坏原理
扩散氢的破坏原理主要有以下几个方面:
1. 氢的渗透性:氢具有很高的渗透性,能够穿透普通金属材料,包括钢铁、铝等。

当氢渗透到材料内部后,会引起金属材料的脆化和变形,使材料的力学性能明显降低,甚至引发应力腐蚀、氢脆等问题。

2. 氢的溶解度:氢在钢铁等金属中溶解度较高,尤其是在高压、高温、高含氢环境下,溶解度更大。

当金属材料与氢接触时,氢会溶解进入金属晶体中,形成氢原子,导致材料的结构和性能发生改变,引发氢脆、氢致开裂等问题。

3. 氢的扩散:氢在金属材料中具有较高的扩散速率。

当金属材料与氢接触后,氢原子会通过晶界、孔隙、位错等缺陷通道扩散进入材料内部,导致材料的局部氢浓度增加,从而加剧材料的脆化和损伤。

综上所述,扩散氢的破坏原理主要包括氢的渗透性、溶解度和扩散性。

针对这些原理,可以采取一系列措施来防止和减轻氢脆和氢致开裂的发生,包括改进材料的制备工艺、提高材料的抗氢能力、加强材料的表面保护和防止氢源的侵入等。

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df so n ds ree n r ee iF l y s 4. J mo n 9 5 k/ l ep ciey iu in i i d rd a dod rd N 3 eal si 4 9 k / la d2 . J mo rs e t l. o o v
摘要:采用电解渗氢 的方法研究 室温下氢在无序态和有序态 N e合金 中的扩散行为. iF 研究结果表 明, 相同渗氢 在 温度下 , 渗氢后 的 N e i 合金 的延伸率随渗氢时间的增 加而降低 , F 拉伸断 口上的沿 晶断裂 区 (G) I 的深度 随渗 氢时 间的增加而增加 ; 在相 同渗氢时间下 , 合金拉伸断 口上 的沿 晶断裂区的深度 随渗氢温 度的增加而增加. 晶脆 性断 沿 裂 区的深度与渗氢温度和时间的关系符合菲克扩散方程 的解. 时间滞后法计算结果表明, 氢在无序态 N e iF 合金 中 的表观扩散系数高于在有序 态合金 中的表 观扩散系 数. 在无序态 和有序 态 N e 金 中的扩 散激 活能分别 为 氢 i 合 F
文章编号 :0 726 ( 08 0 - 5 -5 10 - 1 2 0 )50 60 8 4

氢 在 无 序 态 和 有 序 态 N 3 e合 金 中 的 扩 散 行 为 iF
陈业新 马 杰 石 丹 丹 C .LU , , , .T I
(. 1上海大学 材料研究所 , 上海 20 7 ; . 00 2 2 田纳西大学 材料科学与工程系 , 国 T 79 - 0 ) 美 N3 962 0 2

4 9 H/ l 2 . 4. mo 和 9 5 ̄ / 1 mo .
关键词 : 氢扩散 ; 无序态 ; 有序态 ; i e N 合金 F
中 图 分 类 号 : G 116 T 1. 文 献标 志码 : A
Di u in o d o e n Dio d r d a d de e 3 l y f so fHy r g n i s r e e n Or r d NiFe Al s o
p e h r e y r g n At t e s me t f p e h ri g te d p h o G i c e s s w t n r a e o rc ag d h d o e . h a i me o r c a gn , h e t f I n r a e i i c e f h s
d cessadit ga ua I erae n e rn l nr r(G)d phicess i ces gpeh r n m epci l f i e et rae t i rai rcag gt erset e r 3 n wh n n i i v yo N F
p e h r i g tmp r t r r c a gn e e au e.Re ain h p b t e G e t n e e au e a d tme i n a c r a c t lto s i ewe n I d ph a d t mp r t r n i si c o d n e wih t e s lto fFik l w.Ba e n t e tme lg meh d,te a p rntd f so o f ce to y o e n h ou i n o c a s d o h i —a t o h p a e i u i n c ef in fh d g n i i r dio d r d NiF aly i a g r t a t a n o d rd s r e e 3 e l o s lr e h n h t i r e e NiF aly. Th a tv to n r y o y r g n 3 e lo e c iain e e g f h d o e
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第l 4卷 第 5期
20 0 8年 l 0月
上 海 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
J U N LO H N H IU IE S Y ( A U A CE C ) O R A FS A G A N V R I T N T R LS IN E
V 11 o 5 o. 4 N . 0c .2 o t o8
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