質問: 材料の拡散に関する質問です。 フェライトα-Feとオーステナイトγ-Fe中の、炭素Cの拡散で、拡散係数と温度の関係図についてです。 画像のグラフについて、900°C付近を見ると、低温側のα-Feでは拡散係数が高く、高音側のγ-Feでは拡散係数が低くなっています。 ですが格子構造的に、γ-Feの方がα-Feに比べ「Cが動ける空間体積」が広く、拡散係数も大きいと思いましたが、これはグラフの結果と異なっている気がします。 この理由がいくら考えても調べてもわからなかったので、どなたか説明の助力お願いします。。。
回答: 炭素の拡散速度は、γFeよりもαFeの方が速くなります。その理由は、私も調べてみましたが確実なものが見つかりませんでした。 しかし以下のように推定されました。 (1)8面体位置の侵入型サイトの数は、γFeではFe原子と同数だが、αFeでは3倍ある。つまりαFeでは侵入型サイトの位置が多くて近く、侵入型原子の拡散に有利になっている。 (2)αFeは侵入型サイトの隙間が狭く、C原子侵入による格子ひずみが大きくなるため、これが拡散を促進している。 なお「γFeの方がCが動ける空間体積が広い」は正確ではないと思います。 γFeは最密充填構造のため、原子間の隙間の総量はαFeよりも少ないのです。しかし8面体位置の侵入型サイトの隙間の径はγFeの方が大きく、αFeの3倍程度あります。このためC原子の侵入による格子歪が小さく、Cの固溶量が多くなっています。