兩種或多種金屬不僅在熔融時能夠互相溶解，而且在凝固時也能保持互溶狀態的固態溶液稱為固溶體合金。固溶體合金在液態時為均勻的液相，我們移用溶液組成定義來說明，其中含量多的金屬稱為溶劑金屬，含量少的金屬稱為溶質金屬。固溶體轉變為固態後，仍保持組織結構的均勻性，保持溶劑金屬的晶格類型，溶質金屬可以有限或憑限地分柱在溶劑金屬的晶格中。
基本介紹
- 中文名：固溶體合金
- 外文名：Solid solution alloy
- 性質：在熔融時能夠互相溶解
- 套用：儲氫材料
- 分類：置換周溶體和間隙固溶體
- 作用：提高硬度、強度，降低塑性、電阻
簡介,固溶體合金的蠕變,固溶體合金的凝固,儲氫材料,
簡介
按照溶質原子在溶劑原子格點上所占據的位置不同，又可將金屬固溶體分為置換周溶體和間隙固溶體。在置換固溶體中，溶質原子部分將溶劑原子格點取而代之，如圖中b所示。當溶質元素與溶劑元素在原子半徑、電負性以及晶格類型等因素都相近時，形成置換固溶體。例如釩、鉻、錳、鎳和鈷等元素與鐵都能形成置換固溶體。在間隙固溶體中，溶質原子占據了溶劑原子格點的間隙，如圖中c所示。氫、硼、碳和氮等一些原子半徑特別小的元素與許多副族金屬元素能形成間隙固溶體。從圖中清楚看見純金屬和兩種固溶體的結構差異。
固溶體合金結構固溶體結構的有序化通常能提高硬度、強度，降低塑性、電阻，還影響鐵磁性、彈性性質。應當指出，當溶劑原子格點溶人溶質原子後，多少能使原來的格點發生結構畸變，它們能阻礙外力對材料引起的形變，因而使固溶體的強度提高，而其延展性和導電性卻會下降。固溶體的這種普遍存在的現象稱為固溶強化。固溶體的強化原理對鋼的性能和熱處理具有重大意義。
固溶體合金的蠕變
溶質原子的溶人引起基體金屬的晶格畸變，產生內應力。蠕變時位錯在晶格畸變的彈性內應力場中運動，外應力的一部分用來克服內應力，因此，使固溶體獲得相同的蠕變速度所需的外應力比純金屬大。也就是說，在蠕變條件下也存在類似於常溫下的固溶強化作用。但是，由於高溫下原子擴散活躍，溶質原子的作用和常溫又有很大的區別。高溫蠕變中溶質的作用可分為兩大類。
1、溶質原子與位錯的彈性互動作用能大，溶質原子偏聚在位錯周圍形成溶質氣團（如柯氏氣團）。在這類固溶體中，位錯運動時溶質氣團通過擴散跟著位錯運動。由於擴散過程比位錯自由滑移慢，位錯運動受溶質氣團的拖拽。
研究表明，氣團拖拽下的位錯滑移呈現牛頓粘滯性，滑移速度與應力成正比。由於位錯粘滯性滑移速度較慢，與攀移越過障礙過程相比，滑移是慢過程，蠕變速度受位錯的粘滯性滑移控制。這種固溶體稱為第一類固溶體或稱合金型固溶體，相應的蠕變行為稱為第一類蠕變行為。
2、溶質與位錯的彈性互動作用能小，位錯周圍不形成溶質氣團。這時的位錯運動與純金屬的相似，位錯滑移本身阻力很小，滑移速度很快，蠕變速度受攀移過程控制。這種固溶體稱為第二類固溶體，或稱金屬型固溶體，相應的蠕變行為稱為第二類蠕變行為。
固溶體合金的凝固
純金屬的結晶在實際工業生產中是很少遇到的。工業用純金屬中因一般都含有一定的雜質，使其結晶特徵不再是純金屬的，而是合金的。生產和生活中套用的各種材料大多數是二元或多元系合金，研究合金的凝固規律對工業生產具有實際意義。
根據凝固時晶體形成的特點，把凝固時只析出一種固相的合金稱為單相合金；而把凝固時同時析出兩個以上新相的合金稱為多相合金。多相合企除具有特殊成分的合金外，其他成分的合金在開始凝固時也僅有一個固相自液相析出，仍具有單相合金的凝固特徵，因此單相合金的凝固過程是最典型、最基本的凝固過程，掌握其凝固的基本規律是研究材料凝固過程的基礎。
儲氫材料
由一種或幾種吸氫金屬元素溶入另一種金屬形成的固溶體合金顯示出了良好的儲氫性能。與金屬間化合物不同，固溶體合金並不是必須具有化學計量比或接近化學計量比的成分，大量主體溶劑可以形成固溶體合金，包括Pd、Ti、Zr和V。
某科學家給出了很多具有不同組成的固溶體合金氫化物的熱力學數據。從儲氫的角度來看，鈀基合金的重量儲氫量較低，價格昂貴；而Ti基和Zr基合金過於穩定，但V基合金擁有較好的儲氫性能，其重量儲氫容量明顯高於一些金屬間化合物。儘管純V是特別昂貴的，但利用低價值的VFe是非常有希望的，因此，含Fe的V基固溶體合金被認為是一種可行的儲氫材料。
