【正文】 由圖可以看出，常溫下該非晶合金 XRD 圖譜中僅在2θ＝ 41176。 M—質(zhì)量。 (5)腐蝕：在腐蝕前要用無(wú)水酒精清洗吹干。金相實(shí)驗(yàn)分為制備金相和金相拍照兩個(gè)過程，制備金相試樣是通過鑲嵌、研磨、拋光等步驟，使金屬材料具備金相觀察的 要求，然后再進(jìn)行拍照。整個(gè)測(cè)量過程在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)氣氛下進(jìn)行。我們采用的是功率補(bǔ)償式示差掃描量熱儀 DSC。滿足衍射條件，可應(yīng)用布拉格公式： 2dsinθ=nλ (21) 式中： θ― 入射角； λ― 波長(zhǎng)。 這種方法由于金屬溶液的充填過程很快，而且熔體和鑄模之間接觸良好，并且保持較大壓力，因此可以獲得較高的冷卻速度和生產(chǎn)率，確定制備試樣所需元素 配料，并將其制備成試樣 采用 XRD、 DSC 等確定試樣為非晶合金，并將其分為三組，每組為相同的 5 種成分 第一組直接測(cè)量導(dǎo)熱性能 第二組加熱到第一次晶化完全溫度后保溫1h 后測(cè)量導(dǎo)熱性能 第三組加熱到第二次晶化完全溫度后保溫1h 后測(cè)量導(dǎo)熱性能 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 從而產(chǎn)生更大尺寸的非晶合金。 表 22 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 實(shí)驗(yàn)設(shè)備型號(hào) 試樣制備配料 電子天平 DS 224S 合金熔煉 非自耗真空電弧爐 WKⅡ 試樣 XRD 檢測(cè)分析 X 射線衍射儀 D8ADVANCE 試樣 DSC 實(shí)驗(yàn) 差示掃描量熱儀 DSC200 熱處理（退火） 箱式電阻爐 SX2 系列 金相鑲嵌 金相試樣鑲嵌機(jī) XQ1 試樣預(yù)磨、拋光 金相試樣預(yù)磨機(jī) M2 金相試樣拋光機(jī) PG2C 金相觀察、拍照 金相掃描電子顯微鏡 XJP6A 導(dǎo)熱性能測(cè)試 激光閃光法導(dǎo)熱儀 LFA447 實(shí)驗(yàn)方案 實(shí)驗(yàn)步驟 1) 新型鐵基非晶合金元素的確定； 2) 將選取的物質(zhì)進(jìn)行電弧熔煉為 2 毫米厚度板狀樣品 ； 3) 將所得試樣進(jìn)行線切割成 ，磨試樣； 4) 對(duì)試樣進(jìn)行 X 射線衍射分析、差熱分析等，確定試樣為非晶試樣并且得到非晶的玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)等溫度參數(shù)； 5) 將試樣分為三組，每組 6 種成分。 2) 選定 Fe 、 Co、 Cr、 C 、 B 、 Y 及 Mo 七 種 元 素 ， 分 別 按 照FexCoyCr15Mo14C15B6Y2 等摩爾比進(jìn)行配料，配料質(zhì)量為 20g,熔煉成厚度 2 毫米厚度板狀樣品，并將其進(jìn)行線切割為 為 2mm 毫米厚度圓餅狀樣品 ， 進(jìn)行深入的研究。如空間飛行器從發(fā)射、入軌以后的軌道飛行直到再返回地球的過程中，要經(jīng)受氣動(dòng)加熱的各個(gè)階段，都會(huì)遇到超高溫和極低溫的問題，必須要有 ― 有效的隔熱與防熱措施 ‖ ，這有賴于對(duì)其熱過程進(jìn)行熱分析和熱設(shè)計(jì)，因此，研究非晶態(tài)合金的晶化過程是生產(chǎn)和應(yīng)用非晶材料的一個(gè)先決條件。 在基礎(chǔ)研究時(shí)，非晶合金的熱物理性能主要是闡述非晶形成的機(jī)制，評(píng)價(jià)非晶形成的臨界冷卻速度以及非晶晶化轉(zhuǎn)變的臨界加熱速率 [18]。米 1 我們這里將利用電弧熔煉吸鑄法，這項(xiàng)技術(shù)是將電弧熔煉合金技術(shù)與銅模鑄造技術(shù)融為一體。其中最關(guān)鍵的兩個(gè)因素是退火溫度和退火時(shí)間。 研究知道，非晶態(tài)基體是有許多具有原子短程序的不同原子團(tuán)組成的隨機(jī)集合體，這些具有不同原子短程有序的原子團(tuán)相互交織在一起，起到一種相互牽制、相互依賴的關(guān)系。 ⑵ 共晶型，是兩種結(jié)晶相以一種不連續(xù)反應(yīng)同時(shí)結(jié)晶，因此必須進(jìn)行短程擴(kuò)散。 非晶合金的晶化行為和結(jié)構(gòu)弛豫 非晶合金的晶化 非晶合金是通過快冷的發(fā)放獲得的，是處于非平衡狀態(tài)下的合金，在熱力學(xué)上處于亞穩(wěn)狀態(tài)，比晶體的自由能更高，因此，在適當(dāng)?shù)臈l件 ( 加熱或輻照 ) 下 , 它們將向穩(wěn)定的晶態(tài)轉(zhuǎn)變 ,轉(zhuǎn)變?yōu)榫w , 即發(fā)生晶化。后來(lái)英國(guó)謝菲爾德大學(xué)的 Davies 提出深共晶理：合金的玻璃轉(zhuǎn)化溫度 Tg與成分的依賴性 較小，而液相線溫度 T1 在共晶點(diǎn)處最低，所以共晶點(diǎn)處的 Trg 總是很大，因此，共晶合金的玻璃形成能力最高。但對(duì)于復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，一個(gè)第三類原子可以使二元有序結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。 這些參數(shù)中， η， α和 β三個(gè)參數(shù)會(huì)改變 I 和 U 的值，通過減少 I 和 U 使非晶形成能力增加。因?yàn)樯上嗟臄?shù)目遠(yuǎn)小于由吉布斯相率確定的最大數(shù)目，這意味 著高混合熵增進(jìn)了組元間的相容性，從而避免發(fā)生相分離而導(dǎo)致合金中端際固溶體或金屬間化合物。 H主要反應(yīng)原子間相互結(jié)合的能量，在均為前過渡族元素或均為后過渡族元素的同類元素中，元素之間在液態(tài)連續(xù)互溶，其混合焓將會(huì)接近于零，可以認(rèn)為 H 變化很小。非晶態(tài)合金就是液態(tài)金屬在冷卻的過程中形核過程能被完全抑制而均勻連續(xù)地凝固成固體而得到的。而目前哈爾濱工業(yè)大學(xué)等許多大學(xué)的研究人員對(duì)在高熵鐵基非晶合金進(jìn)行研究。具有鐵磁性的非晶態(tài)金合金又稱鐵磁性金屬玻璃或磁性玻璃。目前，在中國(guó)臺(tái)灣國(guó)科會(huì)的大力支持下，中國(guó)臺(tái)灣清華大學(xué)正聯(lián)合工研院材料所、成功大學(xué)開展新型非晶合金大型納米化和非晶化的研究計(jì)劃，中國(guó)廣東的韶關(guān)學(xué)院也有教授參與他們的研究。而且，根據(jù)傳統(tǒng)合金的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)可知，雖然可以通過添加特定的少量合金元素來(lái)改善合金的性能，但合金元素種類過多會(huì)導(dǎo)致很多化合物尤其是金屬間化合物的出現(xiàn)，從而導(dǎo)致合金性能的惡化，如變脆。相信實(shí)驗(yàn)的完成也將會(huì)為非晶態(tài)合金的研究添上很有利的一筆！同時(shí)也將引發(fā)高熵非晶合金得到廣泛的工業(yè)運(yùn)用！ 高熵鐵基非晶合金的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及進(jìn)展 自幾千年來(lái)，合金的發(fā)展都是以一種金屬元素為 主的 (一般都超過 50%)﹝ 3﹞ 隨著添加各種不同的合金元素而產(chǎn)生不同的合金，以滿足所需的性能要求。而好的導(dǎo)熱性能材料多用于空間技術(shù)和尖端工業(yè)，所有發(fā)展非晶態(tài)合金的導(dǎo)熱性對(duì)科技的發(fā)展與進(jìn)步是很有幫助的。本實(shí)驗(yàn)從第四、五、六和第四、五副族中選擇了多種元素，使其在具有高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐蝕性等好的性能的情況下同時(shí)具有良好的導(dǎo)熱性。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 近幾十年來(lái)非晶合金領(lǐng)域里有兩大突破：其一，就是用多種金屬元素配制成了大塊非晶、多功能的超彈塑性合金；其二，就是制成了納米結(jié)構(gòu)的新型非晶合金。新型非晶合金則是在開發(fā)玻璃形成能力強(qiáng)的非晶合金的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的一類由等原子比多組元、高混合熵穩(wěn)定的固溶體合金，即由五種或五種以上主要元素以等摩爾比或近等摩爾比組成的高混亂度的合金。C. the thermal conductivity of Fe24Co24Cr15Mo14C15B6Y2 alloys are only w/mK at the temperature of 250 ℃ 。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編 入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。 (3) λ（ 完全非晶態(tài) ）﹤ λ（ 700℃ 部分晶化）﹤ λ（ 920℃ 晶化）， 25℃時(shí)， 1 號(hào)試樣完全非晶態(tài)合金的導(dǎo)熱率最小，僅為 w/mK ； 250℃ 時(shí)， 2號(hào)試樣 在 920℃ 退火晶化后的熱導(dǎo)率最大達(dá) ，但此時(shí) Fe28Co20Cr15Mo14C15B6Y2 在 920℃退火晶化后晶粒很細(xì)，導(dǎo)熱系數(shù)為為 w/mK，相對(duì)較小。因此，固體物質(zhì)可以分為晶態(tài)固體和非晶態(tài)固體 ﹝ 1﹞ 。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(lǐng)導(dǎo)而表現(xiàn)其特色的合金，在多項(xiàng)使用性能方面具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，它的優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的加工性能、優(yōu)良的軟磁、硬磁性能、獨(dú)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(zhì)腐蝕的能力等等，使其成為工業(yè)應(yīng)用潛力的新型合金、理想的航天飛行器結(jié)構(gòu)材料，具有很高的學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值，引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注和積極探索。目前高熵合金的研究多事集中在鑄態(tài)下的性能測(cè)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(shí)加強(qiáng)其他性能的研究。導(dǎo)熱性能好的物體，往往吸熱快，散熱也快。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(yīng)用價(jià)值和商業(yè)效益。在最近的二十年里，很多學(xué)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。 葉 均 蔚 等 人 對(duì)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(jié)構(gòu)及硬度、強(qiáng)度、耐磨 性、及其耐蝕性、導(dǎo)熱性能等多方面性能的研究。 鐵基非晶態(tài)合金內(nèi)部原子排列無(wú)規(guī)則，混亂度極高，即熵值高。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。我國(guó)內(nèi)地最早研究新型非晶合金的吉 林大學(xué)的蔣青教授，他研究的課題主要為輕質(zhì)新型非晶合金，并獲得了自然科學(xué)基金的經(jīng)費(fèi)贊助。吉布斯自由能 G 可表示為： G=H – TS (11) 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)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(xué)溫度； ΔHf， ΔSf—液相變?yōu)楣滔嗟撵首兒挽刈?。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(zhǎng)弧度逐漸趨于平緩。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(dá)到玻璃轉(zhuǎn)化溫度以下，轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 非晶形成的晶體學(xué)原理 通常，純金屬或簡(jiǎn)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）。美國(guó)哈佛大學(xué)的 Turnbull 早在 20 世紀(jì) 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(zhuǎn)變溫度 Trg =Tg／ T1 越高，其玻璃化形成能力愈高。理論分析認(rèn)為，在定向凝固過程中，形核幾乎不起作用，結(jié)晶的生長(zhǎng)過程對(duì)大塊非晶合金的形成更加重要，因?yàn)榉蔷У男纬蛇^南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 程是非晶相和各種晶態(tài)相競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，而且運(yùn)用經(jīng)典的凝固理論和相圖知識(shí)還可以定量地計(jì)算出非晶形成的區(qū)域。這一方法被稱之為玻璃晶化法 [12]。根據(jù)形核及長(zhǎng)大理論，對(duì)于均勻形核南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)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(guān)； En—形核激活能。本實(shí)驗(yàn)晶化采用的是熱致晶化中的等溫退火法晶化 [16]。 可以用傳統(tǒng)的熔鑄、鍛 造、粉末冶金、噴涂法及鍍膜法來(lái)制作塊材、涂層或薄膜。 非晶合金的導(dǎo)熱性能研究及非晶合金的運(yùn)用 導(dǎo)熱系數(shù)又稱導(dǎo)熱率，反映物質(zhì)的 熱傳導(dǎo) 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(dǎo)。對(duì)于非穩(wěn)態(tài)傳熱過程：即物體內(nèi)各處的溫度隨時(shí)而變化，對(duì)于一個(gè)外界無(wú)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(shí)間的變化率為： аT/аt =λа2T/ρCpаx2 (19) 式中： ρ― 密度； Cp ― 恒壓熱。但是非晶合金的研究還處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，其在工程上的運(yùn)用還不是很廣泛，利用導(dǎo)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。主要運(yùn)用領(lǐng)域見表 11[ 22， 23 ]。 5）得到熱處理溫度對(duì)非晶合金導(dǎo)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。將原材料放入 非自耗電弧熔煉爐 內(nèi)，并同時(shí)在鄰近坩堝內(nèi)放入純 Ti，便于吸收爐中氧化性氣氛。 X射線是 原子 內(nèi)層電子在高速運(yùn)動(dòng)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。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 X射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生各種復(fù)雜過程。根據(jù) DSC的補(bǔ)償電路可知 I=Is+IR， ， DSC補(bǔ)償電路中試樣和參比物下面的補(bǔ)償加熱絲電阻 Rs和RR，這樣，補(bǔ)償功率的大小只與補(bǔ)償電路的電流強(qiáng)度有關(guān)。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(shí)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(biāo)好號(hào)，記住擺放的順序，以免弄錯(cuò)）。因試樣較脆，磨光時(shí)不能過熱，試樣斷裂及氧化。激光閃射法實(shí)驗(yàn)原理如下圖 2 28 所示，是在一定的設(shè)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(zhuǎn)化為瞬態(tài)熱流，使得樣品的下表面瞬時(shí)升溫，熱量以一維熱傳導(dǎo)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(wú)限小或相對(duì)于樣品半升溫時(shí)間近 似可忽略；并用紅外探測(cè)器測(cè)量激光脈沖發(fā)出時(shí)至樣品上表面中心部位的相應(yīng)溫升的過程。如果一種物體的體積大于水的體積，這時(shí)就可以根據(jù)物體浸入水時(shí)排開水的體積確定物體的體積。 20 30 40 50 60 70 80Intensity(a