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固溶体休谟-罗瑟里规则(冶金学)

1930
  • William Hume-Rothery
Technician analyzing nickel-based superalloy in metallurgy lab, focusing on Hume-Rothery rules.

(图片仅供参考)

The Hume-Rothery rules are a set of empirical guidelines that predict the extent to which an element can dissolve in a metal, forming a solid solution. For substantial substitutional solubility, the rules state that the atomic size difference should be less than 15%, the crystal structures 必须 be similar, the electronegativities should be comparable, and the elements should have the same valency.

休谟-罗瑟里规则为冶金学家设计新型合金提供了一个至关重要的定性框架。它们并非绝对的定律,而是潜在固溶度的有力指标。四条主要规则如下:

1. 原子尺寸因子: 溶质原子和溶剂原子之间的原子半径差异必须小于15%。如果尺寸差异过大,产生的晶格应变过高,无法维持稳定的固溶体,反而容易形成新的相或金属间化合物。

2. 晶体结构: 溶质金属和溶剂金属必须具有相同的晶体结构(例如,面心立方、体心立方)。相似的晶体结构有利于原子的置换,而不会破坏整体晶格排列。

3. 电负性: 两种元素的电负性应该相似。较大的电负性差异有利于形成稳定的金属间化合物,而不是置换固溶体,因为元素之间更容易形成离子键或共价键。

4. 价: The elements should have the same valency. A metal will dissolve a metal of higher valency to a greater extent than one of lower valency. This rule is related to the electron concentration in the alloy, which affects the stability of certain phases.

这些规则虽然是通过经验发展而来的,但在金属系统的热力学和晶体化学方面有着坚实的基础,并且仍然是材料教育和合金开发的基石。

UNESCO Nomenclature: 3308
– Metallurgy

类型

Scientific Principle

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 原子半径数据汇编
  • 晶体结构分类(fcc、bcc、hcp)
  • linus pauling’s development of the electronegativity scale
  • 古典化学中的价态概念
  • 通过热分析确定相图

应用程序

  • 用于喷气发动机的新型镍基高温合金的开发
  • 航空航天框架专用铝合金的设计
  • formulation of biocompatible titanium alloys for 医疗植入物
  • 计算材料科学中的预测模型(合金信息学)
  • 为轻型汽车零部件打造高性能镁合金

专利:

    潜在创新理念

    • 以规则为主要约束的人工智能合金发现平台
    • 通过选择性违反某些规则来设计多主元合金(高熵合金)
    • development of ‘miscibility maps’ for ternary and quaternary alloy systems
    • 根据溶解度原理,创建自修复合金,其中溶质原子迁移以填充裂缝
    • 通过控制溶质价态来调节电子特性的合金
    • 可生物降解合金,其溶解度在生物环境中发生变化
    • 通过创建具有特定电子浓度的固体溶液来优化热电材料
    • 采用精确溶质-溶剂相互作用设计的形状记忆合金
    • amorphous metal compositions predicted by identifying systems with poor solubility
    • superconducting alloys where solubility affects critical temperature
    Related to: hume-rothery rules, solid solution, substitutional alloy, atomic radius, crystal structure, electronegativity, valency, alloy design, metallurgy, miscibility.

    历史背景

    固溶体休谟-罗瑟里规则(冶金学)

    1924
    1927
    1930
    1930
    1930
    1930
    1940
    1922
    1925-01-01
    1930
    1930
    1930
    1930
    1934
    1940

    (如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

    第十年 周年纪念日

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