Cu原子在Al-Cu合金中的扩散行为原子尺度模拟(3)

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在Al-Cu合金中，Cu原子的扩散是产生沉淀的主要原因。Guinier和Preston各自观察到Al-Cu合金时效初期的单晶体，在母相α固溶体的{100}面上出现一个原子层厚度的铜原子聚集区，由于与母相保持共格关系，Cu原子层边缘的点阵发生畸变，产生应力场，从而产生时效硬化。G.P.区结构模型如图1.2。

图 1.2 G.P.区结构模型

③混合机制

在有些合金系中，溶质原子的扩散速度特别快。实验充分证明，这种快速扩散与短路扩散无关，而是反映一种体扩散行为。为了解释这一现象，人们设想了很多的更复杂的扩散机制，目前人们的共识大致为：合金内快速扩散的溶质原子一部分是间隙式的，一部分置换型的溶解于合金。这两部分扩散贡献的总和构成了总的扩散系数。其中可能起主要作用的是所谓的分离机制，即由一个空位和一个间隙式的溶质原子形成一个置换式溶质，随后这个置换式溶质可以分离，从而再变成一个间隙原子和一个空位。

④短路扩散机制

面缺陷（表面、相界和晶界等）和线缺陷（位错）中的原子排列比较的无序，原子在其中的扩散比在晶体内更加容易。近年来，纳米材料和薄膜材料的迅速发展，使得要求了解短路扩散的机制更为迫切。但目前由于晶体缺陷本身原子排列十分复杂，使得人们对于短路扩散的机制了解甚少。

1.3 研究方法

对于扩散的研究方法有很多，以下是在文献中可以发现的几种研究方法。

①利用扩散偶研究原子的扩散

近年来，人们采用气相沉积、电化学沉积、机械合金化、铆钉法等方法制备扩散偶。刘洁等人[9]利用真空扩散焊接工艺来制作扩散偶，并为此设计制作了一台小型真空扩散焊接设备。已使用这种方法制作的扩散偶研究了碳、氮原子在不同成分钢中的扩散规律，并测出了这些原子的扩散系数。

②研究单原子分子表面扩散运动的时域隧穿电流谱方法

王克东等人[10]以单个Cu原子在Si(111)-(7×7)层错半单元(F-HUC)内的随机扩散运动研究为例，演示了一种新的可以测量快速扩散运动的扫描隧道显微镜方法——时域隧穿电流谱方法。运用这种方法可定量地检测纳米局域区间内单原子分子的表面扩散运动，跳跃频率的测量范围达到1~104Hz，比过去已有的用扫描隧道显微镜研究表面扩散的方法提高三个量级。这种方法将会使人们在原子尺度下对快速扩散运动比如氢原子的量子扩散运动获得更进一步的理解。