合金固溶强化主要原因是

往纯金属里加点别的元素，就能让它变硬变强，这就是合金。固溶强化是其中最基本的一种玩法。说白了，就是把一种或多种原子（溶质原子）溶解到另一种金属（基体金属）里，形成一个均匀的固溶体，从而提高整体的强度和硬度。 根本原因就一句话：溶质原子造成了晶格畸变，这个畸变阻碍了位错的运动。

想搞懂这个，得先弄明白两个概念：晶格和位错。

可以把金属内部的原子想象成一个巨大的、排列整齐的方阵，每个原子都待在自己的位置上，这个规则的结构就是晶格。纯金属的晶格非常规整，就像仪仗队一样。当金属受力变形时，并不是所有原子所在的层面一起滑动，那样需要的力太大了。实际情况是，晶格中一个叫做“位错”的缺陷在移动。可以把位错想象成方阵里多出来的一排人，或者少了一排人，导致队伍不整齐。当外力推这个方阵时，是这个“不整齐”的地方一排一排地传递过去，最终导致整个方阵移动了一格。金属的塑性变形，就是靠无数个位错的移动来实现的。 所以，要想让金属变强，本质上就是想办法让位错不容易移动。

固溶强化的核心就是给位错的移动制造障碍。 当我们把别的原子（溶质原子）加进基体金属里时，这些“外来户”会扰乱原本整齐的原子方阵。 这种扰乱，学术上叫“晶格畸变”。 这个畸变区域就像是在平坦的地面上挖了坑或者堆了土包，位错这个“推土机”想从这里开过去，就变得困难了。

具体来说，这种阻碍主要通过两种方式实现：

第一种，也是最主要的一种，是尺寸效应。加进去的溶质原子和基体原子大小不一样。

如果溶质原子比基体原子大，它会挤压周围的原子，在它附近形成一个“挤压应力场”。 就像在一群瘦子里硬塞进去一个胖子，周围的人都被挤得很难受。

如果溶质原子比基体原子小，它周围的原子会向内塌陷，形成一个“拉伸应力场”。 就像一群人里有个位置空了，周围的人都想往中间挤。

位错自身周围也存在应力场，比如刃位错，它多出来的半个原子面下方是挤压的，上方是拉伸的。 当位错移动到溶质原子附近时，这两个应力场就会相互作用。 比如，一个大个的溶质原子（挤压应力场）会倾向于待在位错的拉伸区，来抵消一部分应变，让整个系统的能量降低。 这种情况下，位错就被这个溶质原子“拖住”了。要想让位错继续移动，就需要施加更大的外力，把它从溶质原子的应力场里“拽”出来。宏观上来看，就是材料的强度提高了。 原子尺寸差别越大，造成的晶格畸变越严重，应力场交互作用越强，强化效果就越明显。

第二种是模量效应。溶质原子和基体原子的弹性模量（可以理解为“硬度”）不同。位错线在移动时会使周围的晶格发生弹性变形。如果溶质原子的弹性模量比基体高，位错线移动到这里时，就需要花更大的力气才能让它变形，这就产生了阻力。反之，如果溶-质原子的弹性模量低，位错线会倾向于待在它那里，因为它在这里更容易变形，移动起来也需要克服能量差。

这两种效应加起来，就构成了固溶强化的基础。溶质原子就像是随机分布在位错滑移面上的“地雷”，位错每前进一步都可能踩到“雷”，导致它的运动不再顺畅。

根据溶质原子在晶格里的位置不同，固溶体还分为两种：置换固溶体和间隙固溶体。

置换固溶体：溶质原子取代了原来基体原子的位置。 比如黄铜，就是把锌原子加到铜里面，锌原子取代了部分铜原子的位置。

间隙固溶体：溶质原子尺寸很小，钻到基体原子之间的缝隙里。 最典型的例子就是钢，碳原子就钻进了铁原子的晶格间隙里。

一般来说，间隙固溶体的强化效果比置换固溶体要强得多。 这是因为间隙原子挤在原本没有位置的缝隙里，对周围晶格造成的畸变非常剧烈和不对称，能产生强大的阻碍作用。 不过，能形成间隙固溶体的原子不多，通常是碳、氮、氢、氧这类小尺寸的非金属原子，而且它们的溶解度通常很有限。

影响固溶强化效果的因素主要有几个：

1. 原子尺寸差：这是最关键的因素。溶质原子和基体原子的半径差别越大，引起的晶格畸变就越严重，强化效果越好。

2. 溶质浓度：在溶解度范围内，加入的溶质原子越多，晶格里的“障碍物”就越多，强化效果自然也越强。

3. 原子价差异：溶质原子和基体原子的价电子数差异越大，也会对位错运动产生电性交互作用，从而增强强化效果。

4. 固溶类型：如前所述，间隙固溶体的强化效果通常远大于置换固溶体。

需要注意的是，固溶强化虽然能提高材料的强度和硬度，但通常会牺牲一部分塑性和韧性，同时也会显著降低材料的导电性和导热性。 这是因为它扰乱了晶格的周期性，不仅阻碍了位错的运动，也阻碍了电子和声子的自由运动。所以，在实际应用中，需要根据具体需求来权衡利弊。