固溶体为什么会溶解

固溶体为什么会溶解

固溶体指的是矿物一定结晶构造位置上离子的互相置换,而不改变整个晶体的结构及对称性等.但微观结构上如结点的形状、大小可能随成分的变化而改变.如自然界辉石就是一个多种成分的固溶体. 自然界矿物 中广泛存在的离子或离子团之间的置换的化学现象,过程称为类质同像或固溶体.类质同像是矿物结晶时,其晶体结构中一种位置被两种或两种以上的不同元素（或基团）而形成混晶的现象,而固溶体是反映形成这种混晶的矿物结构. 固溶体分为三种：替代式固溶体、填隙式固溶体和缺位式固溶.
所谓固溶体(solid solution)是指溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的合金相.
　　这种相称为固溶体,这种组元称为溶剂,其它的组元即为溶质.工业上所使用的金属材料,绝大部分是以固溶体为基体的,有的甚至完全由固溶体所组成.例如,广泛用的碳钢和合金钢,均以固溶体为基体相,其含量占组织中的绝大部分.因此,对固溶体的研究有很重要的实际意义.
　　当一种组元A加到另一种组元B中形成的固体其结构仍保留为组元B的结构时,这种固体称为固溶体.B组元称为溶剂,A组元称为溶质.组元A、B可以是元素,可以是化合物.固溶体分成置换式固溶体和间隙式固溶体两大类.置换式固溶体溶质原子处于溶剂原子的位置上,即置换了溶剂原子,如α黄铜中,锌置换了铜原子；间隙式固溶体是溶质原子处于溶剂原子的间隙处,如α铁中,碳原子处在铁原子排列的间隙处.
按溶质原子在晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体.
　　1、置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体.当溶剂和溶质原子直径相差不大,一般在15％以内时,易于形成置换固溶体.铜镍二元合金即形成置换固溶体,镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子.
　　2、间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称间隙固溶体.间隙固溶体的溶剂是直径较大的过渡族金属,而溶质是直径很小的碳、氢等非金属元素.其形成条件是溶质原子与溶剂原子直径之比必须小于0.59.如铁碳合金中,铁和碳所形成的固溶体――铁素体和奥氏体,皆为间隙固溶体.
　　按固溶度来分类：可分为有限固溶体和无限固溶体.无限固溶体只可能是转换固溶体.
　　按溶质原子与溶剂原子的相对分布来分；可分为无序固溶体和有序固溶体.
　　在讨论固溶体的概念时,认为溶质质点（原子、离子）在溶剂晶体结构中的分布是任意的、无规则的,这便是无序固溶体的概念.例如,晶胞参数的测定,实际上是一个平均值；密度的测定也是统计的结果.固溶体中溶质质点无规则分布的概念,和实验结果基本一致.
　　有些固溶体中溶质质点的分布是有序的,即溶质质点在结构中按一定规律排列,形成所谓“有序固溶体”.例如,Au-Cu固溶体,Au和Cu都是面心立方格子,它们之间可以形成连续置换固溶体.在一般情况下,Au和Cu原子是无规则的分布在面心立方格子的结点上,这便是一般认为的固溶体（图5-47(a)）.但是,如果这个固溶体的组成为AuCu3和AuCu时,并且在适当的温度下进行较长时间退火,则固溶体的结构可转变为“有序结构”.这表现为AuCu3组成中,所有的Au原子占有面心立方格子的顶角位置,而Cu原子则占有面心立方格子的面心位置（图5-47(b)）.因而,从单位晶胞来看组成应为AuCu3.同理,如果Au原子和Cu原子分层相间分布（图5-47(c)）,也形成“有序结构”,其相应的组成应为AuCu.这种有序结构称为超结构.它除了和组成有关外,还和晶体形成时的温度、压力条件有关.[1]
当溶质元素含量很少时,固溶体性能与溶剂金属性能基本相同.但随溶质元素含量的增多,会使金属的强度和硬度升高,而塑性和韧性有所下降,这种现象称为固溶强化.置换固溶体和间隙固溶体都会产生固溶强化现象.
　　适当控制溶质含量,可明显提高强度和硬度,同时仍能保证足够高的塑性和韧性,所以说固溶体一般具有较好的综合力学性能.因此要求有综合力学性能的结构材料,几乎都以固溶体作为基本相.这就是固溶强化成为一种重要强化方法,在工业生产中得以广泛应用的原因