7.2.2 置换扩散

    1.柯肯达尔效应 (Kirkendall effect)
    在置换固溶体或纯金属中，各组元原子直径比间隙大的多，很难进行间隙扩散。置换扩散的机制是人们十分关心的问题。柯肯达尔效应对这个问题很有帮助。
    柯肯达尔的实验如图7-8所示。将一块纯铜和纯镍对焊起来，在焊接面上嵌上几根细钨丝（惰性）作为标记。将试样加热到接近熔点的高温长时间保温，然后冷却。经剥层化学分析发现，经扩散后惰性的钨丝向纯镍一侧移动了一段距离。因为惰性的钨丝不可能因扩散而移动，镍原子与铜原子直径相差不大，也不可能因为它们向对方等量扩散时，因原子直径差别而使界面两侧的体积产生这样大的差别。唯一的解释是镍原子向铜一侧扩散的多，铜原子向镍一侧扩散的少，使铜一侧伸长，镍一侧缩短。这种效应已在Cu-Ni﹑Cu-Sn﹑Ag-Zn﹑Ag-Au﹑Ni-Co﹑Ni-Au等组成的扩散偶中发现，而且标记总是向着低熔点组元一方移动。

    实际上，纯物质晶体中原子会从一个晶格点向另一个晶格点移动。纯物质晶体中的扩散称为自扩散。由于不存在浓度梯度，自扩散产生于晶体中的原子的无规则随机运动。
     将纯铜和纯镍对焊成扩散偶，将其加热保温并随时检查浓度分布情况，结果如图7-6所示。随时间延长铜和镍原子的浓度分布逐渐趋于均匀。
    为了深入认识固体中的扩散规律，有两种机制比较真实地反映了客观现实。一种是间隙机制，它解释了间隙固溶体中的间隙原子如H, C, N, O等小原子的扩散；另一种是空位机制，它解释了置换原子的扩散及自扩散现象。