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习题及答案
第六章习题及答案
6-1 一厚0.01cm 的薄铁板,其一面暴露于925°C 的渗碳性气氛中, 因而保持为w[C]=1.2%C的表面浓度,另一面浓度保持为w[C]=0.1%。试计算稳态扩散情况下, 穿过该薄铁板的碳的扩散流密度。假定扩散系数为一常数与浓度无关, 已知D=2×10 11m2 s 1,铁的密度ρ=7×103kg m-3。
(答案: 12.84×10 4 mol (m2 s)-1) 6-2 应用薄壳平衡法,推导通过空心圆柱体的扩散方程。
( 答案:对于稳态, D与浓度无关的扩散c c1ln(r/r2)=, r1:内径, r2:外径; c1、c2内外表面浓度。) c1 c2ln(r1/r2)
6-3 含碳0.2%C的低碳钢板置于982°C 的渗碳性气氛中, 以发生反应
2CO=CO2+C
CO-CO2 气氛与钢板表面层中1%C达到平衡。设钢板内部扩散为过程控速环节,试计算经2、4、10 h后碳的浓度分布。已知碳在钢中的扩散系数DC=2.0×10-11m2 s 1。
6-4 实验测定Zn在Sb中的扩散系数数据如下
温度/°C 583 530 471 399 326
D Zn /(m2 s 1) 8.85×10 9 7.43×10 9 6.73×10 9 5.33×10 9 4.32×10 9
求扩散活化能及频率因子。
(答案:ED=12.8 kJ mol-1, D0 = 5.26×10 8 m2 s 1) 6-5 用一端有平面源的扩散法测定Ce141在成分为w(CaO)=40%、w(SiO2)=40%和w(Al2O3)=20%的三元熔渣中的扩散系数, 7 h后得到放射性强度分布如下表, 求扩散系数DCe。
x/m
I/(次 s 1)
(答案:DCe= 2.65×10 10 m2 s-1)
6-6 一限定成分为x(Ni)=0.0974 和x(Ni)=0.4978的金-镍扩散偶在925°C 保持2.07×106 s之久。然后将它切成与原始界面相平行,厚度为0.075mm的薄层并分析之。
(1) 利用下表数据,计算x(Ni)=0.20、x(Ni)=0.30和 x(Ni)=0.40 Ni处的互扩散系数。
No. x(Ni) No.
11
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19
20
21
22 0.4978 0.4959 0.4745 0.4449 0.4058 0.3801 0.3701 0.3510 0.3317 23 24 26 27 28 29 30 31 32 x(Ni) 0.3140 0.2974 0.2587 0.2411 0.2249 0.2138 0.2051 0.1912 0.1792 No. 33 35 37 38 39 41 43 45 47 x(Ni) 0.1686 0.1549 0.1390 0.1326 0.1255 0.1141 0.1048 0.0999 0.0974 **1.126×10 3 2.330×10 3 3.355×10 3 3.775×10 3 4.719×10 3 5.730×10 3 142 117 94 89 66 42
(2) 假定在原始界面处插入一些标记, 在扩散过程中它由x(Ni)=0.285处移动至x(Ni)=0.30的成分处。由此,确定在x(Ni)=0.30的成分处的互扩散系数及Au和Ni的本征扩散系数。
答案: (1) x(Ni)=0.20,
m2 s-1; ~D=1.14×10 13 m2 s-1; x(Ni)=0.30, ~D=8.06×10 14 m2 s-1; x(Ni)=0.40, ~D=5.12×10 14
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