关于表面分凝介绍

[拼音]：biaomian fenning

[外文]：surface segregation

一般是指在平衡状态条件下，金属合金中的某种组分在自由表面的富集。例如，金属镍中极微量的铜会分凝到表面上去。不锈钢中的铬，经过一定的热处理后，也会分凝到表面上去。这种表面分凝现象，对于催化、腐蚀、微电子学以及和金属强度有关的晶粒间界的分凝都有很大的影响。

对表面分凝现象的解释，要追溯到一百年前J.W.吉布斯的固体和液体的表面势力学理论。吉布斯指出，金属合金的表面组分不一定和体内组分一样，某一种组分会分凝到表面上来，这种表面分凝有助于降低表面自由能。现在，认为促使表面分凝的“驱动力”有两个，即原子间的结合能和因原子大小不同而引起的点阵应变能。

建立在“正则溶液”理论基础上的键合模型，认为键合比较弱的元素，也就是升华热较低的元素富集在表面时其表面自由能最低。另一方面，从点阵应变模型来看，如溶质(即数量较少的元素)原子的大小和基体原子的大小相比有较大的差别，那么溶质原子分凝到表面上去，会减轻点阵的应变。在研究表面分凝问题时，通常要把两者结合起来考虑。但也还有一些实验结果不能简单地用上述二种模型来解释。当外界条件（如温度、气体吸附、离子轰击、辐照等）改变时，合金的表面为了达到新的热力学平衡，表面分凝的元素的种类和程度也会有相应的变化。

用表面分析的方法来研究表面分凝是直接和可靠的方法。如用电子激发脱附(ESD)、俄歇电子谱(AES)、X射线电子谱（XPS或ESCA）、离子散射谱(ISS)、背散射谱(BS)、次级离子质谱(SIMS)和原子探测束场离子显微镜 (APFIM)等方法可以探测到最表层和表面数层内的元素组分的分布状况（见表面物理学）。

参考书目

1. J.W.Gibbs，The Scientific papers of J. Willard Gibbs，Dover， New York， 1961.
2. D.Mclean， Grain Boudaries in metals， OxfordUniv. Press，London， 1957.
3. P.Wynbtatt and R.C.Ku，Interfacial Segregαtion，American Society for metals，Ohio，1979.