【正文】 體積。 可計算出樣品在溫度 T 時的熱擴散系數(shù) γ及待測樣品比熱容 Cd。激光閃射法實驗原理如下圖 2 28 所示，是在一定的設定溫度 T 下，由激光器在瞬間發(fā)射一束一定能量的脈沖激光，均勻照射在樣品下表面，激光能量轉化為瞬態(tài)熱流，使得樣品的下表面瞬時升溫，熱量以一維熱傳導方式自下表面向上表面?zhèn)鬟f，不存在橫向的熱傳遞損耗，在窄的溫升范圍內(nèi)試樣的物性不隨溫度變化；激光脈沖寬度接近于無限小或相對于樣品半升溫時間近 似可忽略；并用紅外探測器測量激光脈沖發(fā)出時至樣品上表面中心部位的相應溫升的過程。由于這種合金耐腐蝕，采用王水（鹽酸和硝酸配制，它們的體積比為 3:1）試劑浸蝕，待腐蝕足夠的時間后，用清水沖洗再用酒精漂洗試樣，然后用熱風吹干，即可在金相顯微鏡下觀察。因試樣較脆，磨光時不能過熱，試樣斷裂及氧化。金相試樣的制備及觀察過程如下（流程圖如圖 26）： 圖 26 Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2(x=0， 2， 4， 6， 8)合金 進行金相試樣制備流程 Fig 26 The process of Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6 Y2(x=0， 2， 4， 6， 8) alloys for metallographic sample preparation (1)制樣：利用線切割技術將 2mm厚度非晶板狀試樣切割成圓餅狀 . (2)鑲嵌：鑲嵌： 鑲嵌是針對某些試樣磨制時過小不易拿放，且防止將試樣磨成鍥狀而采取的一種方法。第三組在 箱式電阻爐 SX2 系列以 第二次晶化溫度下退火晶化，保溫時后隨爐冷卻至室溫取出試樣（因試樣外觀基本一致，退火過程中，一定要標好號，記住擺放的順序，以免弄錯）。將試樣切割成 3 毫米直徑樣品。根據(jù) DSC的補償電路可知 I=Is+IR， ， DSC補償電路中試樣和參比物下面的補償加熱絲電阻 Rs和RR，這樣，補償功率的大小只與補償電路的電流強度有關。 DSC按程序升溫，經(jīng)歷樣品材料的各種轉變?nèi)缛刍?、玻璃化轉變、固態(tài)轉變或結晶，研究樣品的吸熱和放熱反應。 南昌航空大學學士學位論文 18 X射線與物質相互作用產(chǎn)生各種復雜過程。 應用已知波長的 X射線來測量 θ角，從而計算出晶面間距 d，這是用于 X射線結構分析；另一個是應用已知 d的晶體來測量 θ角，從而計算出特征 X射線的波長，進而 可在已有資料查出試樣中所含的元素。 X射線是 原子 內(nèi)層電子在高速運動電子的轟擊下躍遷而產(chǎn)生的光輻射，主要有連續(xù) X射線和特征 X射線兩種。將所得的合金樣品根據(jù)組分標號：Fe24Co24Cr15Mo14C15B6Y21 號； Fe26Co22Cr15Mo14C15B6Y22 號；Fe28Co20Cr15Mo14C15B6Y23 號； Fe30Co18Cr15Mo14C15B6Y24 號；Fe30Co18Cr15Mo14C15B6Y25 號。將原材料放入 非自耗電弧熔煉爐 內(nèi)，并同時在鄰近坩堝內(nèi)放入純 Ti，便于吸收爐中氧化性氣氛。第一組直接對其非晶態(tài)進行導熱數(shù)據(jù)測量；將第二組試樣加熱到第一次晶化溫度，保溫一小時，隨爐冷卻再測量導熱系數(shù)；將第三組試樣加熱到第二次晶化溫度，保溫一小時，隨爐冷卻再測量導熱系數(shù)。 5）得到熱處理溫度對非晶合金導熱性能的影響，以及玻璃形成能力和熱物理性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。并從這些合金里選出可分析的并且玻璃形成能力比較好的合金。主要運用領域見表 11[ 22， 23 ]。 非晶合金具有 (1)高的硬度； (2)良好的耐腐蝕性； (3)良好的耐磨性； (4)較高的耐溫性； (5)高加工硬化 [1921]高強度、高硬度、高沖擊斷裂能、高疲勞強度、高彈性能、良好的耐蝕性及高耐磨性能等好的性能。但是非晶合金的研究還處于發(fā)展狀態(tài)，其在工程上的運用還不是很廣泛，利用導熱性能的研究提高材料的焊接性能、生物相容性等性能的研究還需要后續(xù)的深入探索。非晶態(tài)合金以其特殊的熱物理性能使其在航空航天、電子、機械等行業(yè)存在實際應用價值。對于非穩(wěn)態(tài)傳熱過程：即物體內(nèi)各處的溫度隨時而變化，對于一個外界無熱交換，本身又存在溫度梯度的物體，單位面積上的溫度隨時間的變化率為： аT/аt =λа2T/ρCpаx2 (19) 式中： ρ― 密度； Cp ― 恒壓熱。開 1（ W 非晶合金的導熱性能研究及非晶合金的運用 導熱系數(shù)又稱導熱率，反映物質的 熱傳導 能力，也就是材料中熱量由高溫區(qū)域向低溫區(qū)域傳遞的現(xiàn)象就稱為熱傳導。既利用電弧熔煉合金的無污染、均勻性好的特點，又利用吸鑄技術熔體充型好，銅模冷卻 快的優(yōu)點。 可以用傳統(tǒng)的熔鑄、鍛 造、粉末冶金、噴涂法及鍍膜法來制作塊材、涂層或薄膜。 非晶合金的結構弛豫 非晶的結構弛豫是指非晶態(tài)合金在玻璃轉變溫度以下退火時，其原子通過遷移、運動或者擴散，逐步降低其高內(nèi)能態(tài)從而向穩(wěn)定的低內(nèi)能態(tài)轉變，玻璃結構發(fā)生向其南昌航空大學學士學位論文 11 相應溫度下所應具有的理想非晶態(tài)的轉變過程，也稱為原子協(xié)同重排。本實驗晶化采用的是熱致晶化中的等溫退火法晶化 [16]。一旦一個新的結晶核心形成，在其長大過程中，遇到和它結構完全不同的其他原子團，就會終止其長大過程 [14]。根據(jù)形核及長大理論，對于均勻形核南昌航空大學學士學位論文 10 過程，穩(wěn)定的形核速率為： Is =I0 exp(﹣ ΔGc／ RT)exp(﹣ En／ RT) (16) 式中， I0—形核速率常數(shù)； ΔGc—臨界晶核所需要的能量，與溫度有關； En—形核激活能。 ⑶ 多晶型，是晶化過程中析出與非晶基體成分相同的結晶相。這一方法被稱之為玻璃晶化法 [12]。非晶合金的晶化，一方面使合金的某些優(yōu)異性能退化甚至喪失；另一方面也可以通過非晶的 部分或全部晶化制備納米晶或非晶 / 納米晶復合材料， 從而使合金的一些性能得以提高。理論分析認為，在定向凝固過程中，形核幾乎不起作用，結晶的生長過程對大塊非晶合金的形成更加重要，因為非晶的形成過南昌航空大學學士學位論文 9 程是非晶相和各種晶態(tài)相競爭的結果，而且運用經(jīng)典的凝固理論和相圖知識還可以定量地計算出非晶形成的區(qū)域。 20 世紀 90 年代，張濤和 Inoue 提出過冷液相區(qū) ΔTx（ ΔTx =Tx－ Tg)判據(jù)：它表示非晶態(tài)合金被加熱到晶化溫度時，發(fā)生反玻璃化的趨勢， ΔTx 越大，熱穩(wěn)定性越高，玻璃形成能力 GFA 越強 [9]。美國哈佛大學的 Turnbull 早在 20 世紀 60 年代就從經(jīng)典的形核理論出發(fā)得出：合金的約化玻璃轉變溫度 Trg =Tg／ T1 越高，其玻璃化形成能力愈高。隨著一個結構從一元到二元、三元轉變等的轉變，新結構類型的數(shù)量是逐漸減少的。 南昌航空大學學士學位論文 8 非晶形成的晶體學原理 通常，純金屬或簡單的固溶體形成的是體心立方晶體（ bcc)、面心立方晶體（ fcc）、和密排六方晶體（ hcp）。 α和 β增加會使 σ， ΔSf增加及 ΔHf 減少，從而使 G 減小。由此，我們可以知道，提高液體的致密度、粘度、純潔度和穩(wěn)定性有利于液體過冷到更低的溫度，達到玻璃轉化溫度以下，轉變?yōu)椴ＡB(tài)。 非晶形成的動力學原理 非晶的形成和結晶的凝固是相互競爭的過程，結晶凝固過程被抑制或阻止有利于非晶的形成。隨合金組成元素的增加，等原子比合金熔體的混合熵增加，組元素超過 13 后，增長弧度逐漸趨于平緩。此時熵值高的復雜合金，其熱力學穩(wěn)定態(tài)的自由能就會降低，因而傾向于形成無序排列的固溶體。吉布斯自由能 G 可表示為： G=H – TS (11) 南昌航空大學學士學位論文 6 則相態(tài)自由能變化可表示為： ΔG=ΔHf – TΔSf (12) 式中， T—熱力學溫度； ΔHf， ΔSf—液相變?yōu)楣滔嗟撵首兒挽刈儭?Vitreloy1 是一個典型的非晶態(tài)合金形成體系，它的合金溶度具有非常高的熱穩(wěn)定性，能以極低的速度冷卻至固態(tài)而不發(fā)生結晶。我國內(nèi)地最早研究新型非晶合金的吉 林大學的蔣青教授，他研究的課題主要為輕質新型非晶合金，并獲得了自然科學基金的經(jīng)費贊助。 目前，主要靠實驗室支持，做了一些新型非晶合金相組成、性能和設計方面的工作。鐵基非晶態(tài)合金的損耗僅為取向硅鋼的 1/3—1/5，因而用其替代硅鋼制造配電變壓器，可使配電變壓器的空載損耗降低 70—80%，這將在很大程度上提高電力分配中的效率和降低電力分配中的損失，從而節(jié)約了大量的發(fā)電量。鐵基非晶態(tài)合金具有豐富的自然資源、低廉的材料成本及獨特的物理和力學性能，是現(xiàn)代材料科學中十分活躍的領域之一，也可以說是二十世紀后半期金屬材料領域中的技術革命，工業(yè)上的許多技術創(chuàng)新發(fā)明都有賴于這種新材料。 鐵基非晶態(tài)合金內(nèi)部原子排列無規(guī)則，混亂度極高，即熵值高。德國、韓國及中國沈陽金屬研究所的科學家也在聯(lián)合研究 TiZrHfCuNiAlCo 等元素按照等原子比所形成的新型非晶合金的玻璃形成能力及晶化行為。 葉 均 蔚 等 人 對CuAlFeNiCoCrTiVMoSi（或者 B）等多種元素中的五種或者五種以上的元素所形成的新型非晶合金的組織形貌、微觀結構及硬度、強度、耐磨 性、及其耐蝕性、導熱性能等多方面性能的研究。此外，也 給材料的組織和成分分析帶來很大的困難，因此，合金元素的種類應該越少越好。在最近的二十年里，很多學者致力于開發(fā)大量大塊非晶合金，例如 Pd 基、 Zr 基、 Fe 基、 Ni基和 Mg 基大塊非晶合金系等。自從 1970 年以來，金屬基復合材料及金屬間化合物得到了廣泛的關注的，新的制造加工工藝也隨之出現(xiàn)并得到廣泛應用。研究發(fā)現(xiàn)，在成本相同的條件下，非晶材料具有比傳統(tǒng)晶態(tài)隔熱材料更大的潛在應用價值和商業(yè)效益。同樣導熱性能不好的情況下對金屬材料鍍非晶合金后，涂層與基體的結合強度低，熱障涂層的主要作用是 降低熱端部件的工作溫度，防止部件發(fā)生高溫腐蝕，提高航空發(fā)動機操作溫度和熱效率，降低排氣量，節(jié)約燃料，延長零件的使用壽命等。導熱性能好的物體，往往吸熱快，散熱也快。通過電弧熔煉將各種元素制備成圓柱狀非晶合金， X 射線衍射法 (XRD)、非晶合金導熱性能測定等試驗對合金進行各種性能測定。目前高熵合金的研究多事集中在鑄態(tài)下的性能測試，我們知道鑄態(tài)下的合金產(chǎn)品有著天然的性能缺陷（空洞、疏松等），我們要致力于解決這些缺陷的同時加強其他性能的研究。作為其中之一的新型的高熵鐵基非晶合金就目前而言，還是一片處女地，但同時又是一個蘊含工業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ膶毑?，可以開發(fā)出大量的高技術材料，而目還可以制作成塊材、涂層或薄膜。但是與傳統(tǒng)合金不同，多主元高熵非晶合金是由多種主元集體領導而表現(xiàn)其特色的合金，在多項使用性能方面具有十分明顯的優(yōu)勢，它的優(yōu)異的力學性能、良好的加工性能、優(yōu)良的軟磁、硬磁性能、獨特的膨脹特性等物理特性、良好的生物相容性能、極高的抗多種介質腐蝕的能力等等，使其成為工業(yè)應用潛力的新型合金、理想的航天飛行器結構材料，具有很高的學術研究價值，引起了科學界的廣泛關注和積極探索。熵是熱力學上代表混亂度的一個參數(shù)，一個系統(tǒng)元素越多，混亂度越大，熵就越大 ﹝ 2﹞ 。因此，固體物質可以分為晶態(tài)固體和非晶態(tài)固體 ﹝ 1﹞ 。 After crystallization treatment at 920℃ , the thermal conductivity of Fe26Co22Cr15Mo14C15B6Y2 alloys are up to 250 ℃ .But Fe28Co20Cr15Mo14C15B6Y2 grain is very small the thermal conductivity is relatively small just w/mK in the same situation. (4) The Fe28Co20Cr15Mo14C15B6Y2 alloys’ crystallization process were as follows: amorphous phase → Cr23C6 + Fe23B6 + αFe solid solution + amorphous phase → 南昌航空大 學學士學位論文 Cr23C6 the + Fe23B6 + αFe solid solution +amorphous phase at 700 176。 (3) λ（ 完全非晶態(tài) ）﹤ λ（ 700℃ 部分晶化）﹤ λ（ 920℃ 晶化）， 25℃時， 1 號試樣完全非晶態(tài)合金的導熱率最小，僅為 w/mK ； 250℃ 時， 2號試樣 在 920℃ 退火晶化后的熱導率最大達 ，但此時 Fe28Co20Cr15Mo14C15B6Y2 在 920℃退火晶化后晶粒很細，導熱系數(shù)為為 w/mK，相對較小。 作者簽名： 日期： 導師簽名： 日期： 南昌航空大 學學士學位論文 新型 Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6