材料內部存在的大量位錯，在刃型位錯線附近原子發生畸變，從而使能量升高，晶體處於不穩定狀態。溶質原子會“自覺”聚集到刃位錯受拉部分（正刃下方負刃上方），因為這樣會降低晶格的畸變，使體系更加穩定,此時，位錯原子如果想要運動就要克服更大的阻力，這種現象就是所謂的“柯氏氣團”。這會影響位錯在外力作用下的移動---抗力會增加，這是有些金屬出現屈服現象的原因。無論置換固溶體還是間隙固溶體，固溶體的硬度、強度總是比組成它的純金屬要高，並且隨著溶質原子濃度的增加，溶質原子和溶劑原子尺寸差別的增大（置換固溶體情況下），強化的效果加大。
基本介紹
- 中文名：柯氏氣團
- 外文名：Cottrell atmosphere
- 性質：專業術語
- 領域：材料科學
介紹,位錯應力,史氏氣團,
介紹
柯氏氣團發生在BCC和FCC材料中，像鐵一類的金屬具有一些雜質原子如碳，氮之類的。這些雜質原子會引起輕微的晶格畸變，相應的產生一個殘餘應力集中的區域圍繞著這些雜質原子。這些雜質的擴散形成了一定的位錯，直到抵達一個核心區域並趨於穩定。這樣的一段位錯如同一根針深深的插入到原有的晶體結構中。一旦位錯形成針狀，就需要而外的應力來移動，因而在巨觀上形成了屈服強度的上升。之後位錯便可以自由的在晶體內運動，巨觀上看，屈服強度下降。相關的有呂德斯帶。
位錯應力
當晶體中存在缺陷時,克服位錯應力所做功為:W=－P△V=4(1+ν)GbR03εsinθ/3r(1－ν)。這個功也就是點缺陷和位錯的互動作用能。
由此，可以作出以下幾點討論：
（1）如果互動作用能為負值，W<0，則表示位錯和溶質原子相互吸引；如果為正值，W>0，則表示位錯和溶質原子相互排斥。
（2）互動作用能W ∝ r -1 ,即距離位錯中心越近，|W|越大。但是r不能小於位錯寬度，否則無意義。
（3）如果ε>0，表示溶入的溶質原子引起體積膨脹，使互動作用能增加，表示溶質原子和位錯相互排斥。對於正刃型位錯而言，點缺陷所處的位置不同情況不一樣。若π>θ>0,即溶質原子位於正刃型位錯上方，則W>0，位錯和溶質原子相互排斥。若π<θ<2π，即溶質原子位於正刃型位錯下方，W<0，位錯和溶質原子相互吸引。所以，對於半徑大的置換溶質原子，一定是位於位錯受膨脹部分才比較穩定。
（4）如果ε<0，表示溶質原子溶入後晶體體積收縮，對正刃型位錯而言，若π>θ>0,溶質原子位於位錯上方的受壓縮部分，W<0，即意味著在刃型位錯壓縮區將吸引比溶質原子尺寸小的溶質原子。通常把圍繞位錯而形成的溶質原子聚集物，稱為“柯氏氣團”，它可以阻礙位錯運動，產生固溶強化效應。
類似“柯氏氣團”，還有“史氏氣團”也產生固溶強化效應。另外“鈴木氣團”也產生相對較弱的固溶強化效應。
“柯氏氣團”的概念最早由Cottrell提出。間隙式或者置換式溶質原子在刃型位錯彈性互動作用時，互動能為負的情況下，溶質在基體中不會形成均勻分布（當然是指在位錯應力場範圍內），它們要偏聚到位錯周圍，形成所謂“柯氏氣團”。此時，位錯如果要運動就必須從氣團中掙脫出來或者拖著氣團一起運動。於是產生了較強的固溶強化效應。
“
史氏氣團
”即“Snoek氣團”。當間隙溶質原子在體心立方晶體中產生非對稱畸變時，它既和刃型位錯也和螺型位錯發生互動作用。C、N原子和α－Fe中的螺型位錯互動作用形成的氣團，即為“史氏氣團”。“史氏氣團”比“柯氏氣團”容易在鋼鐵材料中形成，但它的運動阻力和“柯氏氣團”差不多。實際上，我們通常說的C（N）原子在α－Fe中形成氣團，即包括這兩種形式。只是從與位錯的互動作用分析，我們將它們人為地分開了。氣團理論由Cotrell提出，既包括了柯氏氣團，也包括史氏氣團。
“鈴木氣團”與“柯氏氣團”有所不同。在面心立方金屬中，全位錯帶常可以分解為兩個肖克萊位錯，中間夾以層錯區。在層錯區原子的錯排構成兩個原子層厚的hcp結構。溶質原子在基體中與在層錯中的分布是不同的。溶質原子在層錯區的偏聚可以降低層錯能。如果擴展位錯從富集溶質的層錯中運動出來，將使系統自由能升高，外力必須克服阻力作功。溶質原子在層錯中的偏聚即稱為“鈴木氣團”。“鈴木氣團”是首先由Suzuki（鈴木）提出來的。因為鈴木氣團不像柯氏氣團那樣產生點陣畸變，因此鈴木氣團不屬於彈性互動作用，而被認為是一種化學的互動作用。鈴木氣團的阻力比較小，只有柯氏氣團的1/10。[3]
假如溶質原子不是偏聚到位錯周圍，或者不是作有序分布，也就不形成上述的幾種氣團，而是以單個原子或原子團的形式無規則地在基體中分布，位錯在基體中運動，也會產生互動作用。此時引起均勻固溶強化。[3]
