材料百科

界面迁移率

2023-05-01

interface mobility

简介

又称晶界迁移率。单位驱动力作
用下晶界的迁移速度。两相邻晶粒的
化学位不同时,晶界便会迁移。在化学
位梯度作用下原子受到的驱动力为:
F=-dμ/dx=-△μ/λ(△μ为晶界化
学位差,λ为晶界宽度)。在此力F的
作用下,原子传输的平均速度等于晶
界运动速度,因而有:V晶界=-V原子=
B △μ/λ。式中B即为单位驱动力 (△μ/
λ)作用下晶界的迁移速度(晶界迁移
率)。上式表明晶界运动速度决定于晶
界两边化学位之差和迁移率,晶界自
发运动方向总是使系统自由能降低的
方向。影响晶界迁移率的主要因素有:
①杂质和溶质原子,杂质原子对晶界
有钉扎作用,从而对其运动产生阻力,
使界面迁移速度降低;②第二相质点,
当运动着的晶界遇到第二相质点时,
质点将对晶界施加一阻力,有拖住晶
界的趋势,F阻=3/2 fσ(1+cosα) /r,
f为第二相质点的体积分数,σ为界
面张力,r为第二相质点半径。同时,
由界面曲率产生的界面迁移驱动力为
△μ=2σ/R,R为基体晶粒尺寸。若α角
不变,则可知界面停止运动时稳定的
晶粒尺寸:R*=K(r/f),K为一常数。
所以,晶粒长大的极限尺寸与第二相
粒子半径成正比,与粒子的体积百分
数成反比。故在再结晶或相变过程中,
欲获得细化的晶粒,可采用大量弥散
分布的细小第二相颗粒来阻止晶粒长
大;③温度,界面迁移率与晶界扩散系
数的关系:D晶界=Doexp (-Q晶界/
kT),而B=D晶界/kT,所以B=1/kT Doexp (-Q/kT);④相邻晶粒的位向
差,晶粒位向差影响界面结构,从而影
响晶界扩散系数。当两个晶粒位向差
消失时,晶界扩散系数降为体扩散系
数,因而小角晶界迁移率低于大角晶
界迁移率。