【正文】 或金屬玻璃。目前北京有色金屬研究院獲得了一個關于新型非晶合金表面涂層的國家自然科學基金，中山大學也獲得了一個關于新型非晶合金磁性方面的自然科學基金項目。發(fā)電量的節(jié)約意味著發(fā)電燃料的節(jié)省，相應地也就減南昌航空大學學士學位論文 5 小了室氣體的排放量，有利于環(huán)境保護?？茖W家們發(fā)現，金屬熔化后，內部原子處于活躍狀態(tài)。中國臺灣的海洋大學也有學者在進行新型非晶合金的耐腐蝕性能研究。但是，這些大塊非晶合金也都是以一種元素為主的合金。 非晶態(tài)合金已經深入到現代化社會的材料及航 空航天等多種領域，很多專業(yè)的公司都在做相關方面的產品，也有很多人在研究相關方面的東西。金屬具有整齊的點陣，它的原子是嚴格地按周期排列的，因而具有相當高的導熱性能。 本課題的目的是為了在指導老師的指導之下設計一系列的實驗檢驗各種高熵鐵基非晶合金的導熱性能，并對比在不同合金成分、溫度及晶化條件下的高熵鐵基非晶合金的性能，得到 想要的合金的性能。 因為新型非晶合金中的元素比較多，元素的混亂度很大，高熵效應促進了元素間的混合，使得多種金屬主元素傾向于混亂排列而形成簡單的結晶相，即混合成體心立方晶體 BCC）、面心立方晶體（ FCC)或密排六方體（ HCP)等簡單密堆體結構，甚至非晶體化，卻抑制了脆性的金屬間化合物的形成 ﹝ 4﹞ 。 非晶態(tài)合金是指由超急冷凝固，合金凝固時原子來不 及有序排列結晶，得到的固態(tài)合金是長程無序結構，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在。 (4) Fe28Co20Cr15Mo14C15B6Y2 合金 在 700℃及 920℃晶化過程依次為：非晶相→Cr23C6+Fe23B6+αFe固溶體 +非晶相→ Cr23C6+Fe23B6+αFe固溶體 +非晶相 關鍵詞 ： 鐵基非晶合金 熱處理 晶化 導熱性能 指導老師簽名： 南昌航空大 學學士學位論文 Performance of thermal conductivity properties of Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2 amorphous alloy Student name: Li Zhang class:080121 Supervisor: Qingjun Chen Abstract: Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2(x=0， 2， 4， 6， 8) bulk metallic glass(BMG) with a thickness of 2mm was fabricated by copper mold dropcasting, through the using of nonconsumable vacuum arc melting equipment. The diameter of round pie samples was prepared by electric discharge wirecutting technology． The partially crystallized Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2 alloys were fabricated by annealing. Annealing temperatures were separately set at 700℃ and 920℃ ． The characteristic crystallization processes and the variation of the thermal conductivity properties of amorphous alloys were identified by Xray diffraction (XRD) and Metallographic Microscope. The Thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat capacity of bulk metallic glass were measured at different temperature(25℃ 、 50℃ 、 100℃ 、 150℃ 、 200℃ and 250℃ ) by thermal analyzer (NETZSCH LFA 447, Germany). The effect of different temperature, position and heattreated temperatures on thermal conductivity properties of amorphous alloys has been studied. And the relationship among thermophysical properties crystallization behavior, structure and temperature has been discussed. The results show： (1) That with the increasing of temperature, the thermal conductivity of Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2(x=0， 2， 4， 6， 8) amorphous alloys and its amorphous specimens all increase from 25 ℃ to 250 ℃ . (2) There is no direct relationship between alloy position and thermal conductivity. (3) The thermal conductivity from low to high is amorphous alloy, 700176。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。C, 920176。也稱為玻璃態(tài)合金或非結晶合金。而在此之前從來沒有人用過如此多種主 金屬元素做出單純的晶體結構，所以這一發(fā)現意義重大。其中包括：合金元素的選擇、合金的熔煉及制備﹑合金的組織分析﹑合金的性能分析及一系列的具體試驗等等。玻璃的原子則是紊亂而長程無序的，其導熱性能不是很好。商業(yè)化的產品，為的是給社會上其他有需要的機構與特定行業(yè)而設計的，而理論知識不是實際，我們自己動手設計的實驗對我們是一種很好的磨煉，細節(jié)的完善需要我們全方面的思考，各個實驗過程的完成也為我們以后的工作奠定了良好的理論與實踐相結合的基礎。因此，傳統的合金配方仍不脫離以一種金屬元素為主的觀念，人類依此觀念配制不同合金，采用不同的制造加工工藝，進而應用到不同的地方，都是在這個框架下發(fā)展及改善的。最近牛津大學和伯明翰大學的科學家也開始在等摩爾多主合金方面開展了研究工作。一旦金屬冷卻速率很快，隨著溫度的下降，原子 還來不及重新排列就被凝固住了，由此就產生了鐵基非晶態(tài)合金 [5]。 從這個意義上講，鐵基非晶態(tài)合金可謂是一種新型的綠色工程材料，也是一項有利于 緩解氣候變暖的有效技術措施 [67]，與世界可持續(xù)發(fā)展密切相關，這一點已得到了國際社會的普遍認同。 非晶合金的形成基本理論 非晶合金形成理論 20 世紀 50 年代 Turnbull[8]的連續(xù)形核理論理論（ CNT），預言：對于簡單液態(tài)金屬，也可以通過快速凝固的方法獲得玻璃態(tài)結構。由上式 可知，降低 ΔHf和增加 ΔSf均可降低 ΔG，從而增加體系的非晶態(tài)形成能力。葉均蔚等認為，由幾種化學相容性較好的元素組成的新型非晶合金體系將只生成很少幾種固溶體，甚至單一相這種現象在很大程度上要歸結于高混合熵的作用。 η—粘度， η=1033exp﹝ ／（ T－ Tg）﹞； α—比表面張力，其物理意義是摩爾界面能（ （ NoV)1/3σ)與摩爾熔化焓 ΔHf 值的比值， α=（（ NoV)1/3σ)／ ΔHf ； β—比熔化熵， β=ΔSf／ R， ΔSf為摩爾熔化熵； No， V， R， σ—阿佛加德羅常數，原子體積，氣體常數和液固界面能。由于兩種不同類原子尺寸差所造成價電子組態(tài)不同及原子尺寸差，化學無序也伴隨著原子級別的局部應變。實際上液相凝固時先析出相的成分和液相實際成分不同，也就是說有固相線溫度和液相線溫度。觀點為有些合金的最優(yōu)玻璃化形成能力成分點不在共晶點做出了解釋，并成為一種尋找新型大塊非晶合金的有效方法。 ⑴ 初晶型， 是指在晶化初期的晶化相與非晶基體成分不同，晶化方式在晶體前沿存在成分的變化。通常在玻璃晶 化過程中由于過冷速度過大，晶粒長大速率隨溫度升高而單調增大。該方法處理過程是：快速加熱使非晶樣品達到預定溫度，在該溫度 (低于常規(guī)的晶化溫度 )保溫一定時間，然后冷卻至室溫。塊體非晶合金由于具有很高的玻璃化形成能力，可以在慢速冷卻條件下形成玻璃，其最大的特點是用 DSC 差熱分析一般可以顯示明顯的玻璃化轉變現象 [17]。 穩(wěn)定狀態(tài)下，有如下關系式： ΔQ = λΔSΔTsds/dt (18) 式中，負號表示表示熱流逆著溫度梯度方向； λ― 即為導熱系數，其物理含義是：單位溫度梯度下，單位時間內通過單位垂直面積的熱量；其定義為：在物體內部垂直于導熱方向取兩個相距 1 米，面積為 1平方米的平行平面，若兩個平面的溫度 相差 1K，則在 1 秒內從一個平面?zhèn)鲗е亮硪粋€平面的 熱量 就規(guī)定為該物質的熱導率，其單位為瓦特 非晶體結構導熱系數小，熱導率較低?，F代空間科學技術往往要求材料在變溫條件，甚至在極端溫度條 件下工作。 1)合金元素的選擇，主要是設計出一種具有較高玻璃形成能力的合金。K 樣品直徑 (圓形 ) 樣品厚度 1 或 2mm 依據標準 GB/T 2258820xx 閃光法測量熱擴散系數或導熱系數 實驗中主要實驗設備如表 22。為了保證各合金元素混合均勻，防止成分偏析，母合金需要反復熔煉 4 次或以上，制得母塊合金，將其置于套筒內，經高頻感應線圈加熱熔化，再用壓頭以一定的壓強和速 度持續(xù)加壓，將合金壓入銅模，將合金冷壓成型成熔煉出直徑為 14mm毫米，高度為 2mm 板狀，并將其進行線切割為 ~餅狀（如果是柱狀，高徑比為 2:1）。由于大量原子散射波的疊加，互相干涉而產生最大強度的光束稱為 X射線的衍射線。 圖 22 X 射線與物質的作用 Fig 22 The role of the Xrays with matter 差熱分析測定玻璃轉化溫度變 利用綜合熱分析儀 (SETSYS EVOLUTION 16/18)進行玻璃轉化溫度 Tg點的測定。吸熱峰向上，放熱峰向下。每種組織的耐腐蝕性也有差異，因此通過制樣，腐蝕，微觀組織會出現不同的襯度或者說灰度，這樣我們南昌航空大學學士學位論文 20 就能在金相顯微鏡下觀察到晶化后的細小的晶體結構。粗拋，采用 Cr2O3 懸浮液及細呢布在拋光機上拋至試樣表面無明顯劃痕；精拋，用清水拋光，直至無劃痕、污跡、拖尾等成為光滑無痕的鏡面?？梢愿鶕剑?24）（ 25）： γ=d2／ t1／ 2 （ 24） Cd=CrMrΔTr,mQd／ MdΔTd,mQr （ 25） 其中， d—樣品厚；， t1/2—半升溫時間； Cd， Cr—分別為待測和 參考試樣的比熱容； Qd， Qr—表征閃光能量大小的信號； ΔTd,m,ΔTr,m—分別為待測和參考試樣的設定最大溫升值。表 24 為試樣的厚度及密度 g/cm3 表 24 為試樣的厚度、密度表 試樣 第一組 厚度 mm 密度g/cm3 第二組 厚度 mm 密度g/cm3 第三組 厚度 mm 密度g/cm3 1 號 2 號 3 號 4 號 5 號 南昌航空大學學士學位論文 23 3 實驗結果分析 非晶合金的 XRD 分析 圖 31 所示為熔煉后得到的 Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2(x=0， 2， 4， 6， 8)合金 5 種成分 的 XRD 圖譜?！?47176。 可計算出樣品在溫度 T 時的熱擴散系數 γ及待測樣品比熱容 Cd。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