【正文】 酒精漂洗試樣，然后用熱風吹干，即可在金相顯微鏡下觀察。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。將試樣切割成 3 毫米直徑樣品。 DSC按程序升溫，經歷樣品材料的各種轉變如熔化、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。 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。將所得的合金樣品根據組分標號：Fe24Co24Cr15Mo14C15B6Y21 號； Fe26Co22Cr15Mo14C15B6Y22 號；Fe28Co20Cr15Mo14C15B6Y23 號； Fe30Co18Cr15Mo14C15B6Y24 號；Fe30Co18Cr15Mo14C15B6Y25 號。第一組直接對其非晶態(tài)進行導熱數據測量；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；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。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。 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。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。開 1（ W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。 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，逐步降低其高內能態(tài)從而向穩(wěn)定的低內能態(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，也稱為原子協同重排。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]。 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。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。 20 世紀 90 年代，張濤和 Inoue 提出過冷液相區(qū) ΔTx（ ΔTx =Tx－ Tg)判據：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]。隨著一個結構從一元到二元、三元轉變等的轉變，新結構類型的數量是逐漸減少的。 α和 β增加會使 σ， ΔSf增加及 ΔHf 減少，從而使 G 減小。 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。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。 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。 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。德國、韓國及中國沈陽金屬研究所的科學家也在聯合研究 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。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。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并得到廣泛應用。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。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。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。熵是熱力學上代表混亂度的一個參數，一個系統(tǒng)元素越多，混亂度越大，熵就越大 ﹝ 2﹞ 。 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。 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+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2非晶合金導熱性能研究 學生姓名： 張俐 班級： 080121 指導老師 ：陳慶軍 摘要 ： 采用 非自耗真空電弧 熔煉儀銅模吸鑄法制備技術制備出厚度為 2mm 的Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2(x=0， 2， 4， 6， 8)鐵基 非晶合金，將其線切割成直徑為 圓餅狀樣品，并對 Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2非晶合金進行退火處理，退火工藝溫度選擇分別是 700℃ 、 920℃ ，保溫時間為 1小時。除了文中特別加以 標注引用的內容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果 ,也不包含本人已用于其他學位申請的論文或成果。 結果表明 ： (1) Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2(x=0， 2， 4， 6， 8)非晶合金 晶化后 合金分別在 25℃ 、50℃ 、 100℃ 、 150℃ 、 200℃ 、 250℃ 熱導率數據表明，非晶合金的熱導率均比較小，在 25℃ ～ 250℃ 之間， 非晶及其非晶 /納米晶試樣的熱導率均隨溫度的升高總體上升 ； (2) 合金成 分與導熱系數沒有直接關系 。晶體是典型的有序固體結構，而液態(tài)、氣態(tài)和某些固體都屬于無序結構。塊體非晶合金的成分一般 是共晶合金，而新型非晶合金是接近等原子比合金，是典型的高合金化合金，與微合金化合金相比，新型非晶合金組元數多（ n≥5，每種元素都可看為是溶質原子；每個主元含量都不超過 35％，但也不低于 5％，因此沒有一種元素能占 50％）、含量高（每個主元含量都不低于 5％，但也不超過 35％） ﹝ 3﹞ ，研究難度很大，比如其位于五元相圖的中心位置，并且是固溶體相等。新型非晶合金主要通過快速凝固、機械合金化獲得，利用這兩種方法獲得的新型非晶合金，其組織更傾向于形成納米晶體，甚至非晶體。但是某些零件在使用中需要大量吸熱或散熱時，則要用導熱性好的材料。導彈儀器艙隔熱的同時需要具有防腐蝕能力的材料，而非晶涂層正好滿足這一條件。直到 1960 年，美國加州理工學院的 Duwez 等用槍淬法得到了十幾微米厚度的金硅非晶薄帶，研究人員才開始在這片新領域開創(chuàng)出一片新 天地。因此， 20xx 年之前沒有相應 的 研 究 工 作 在 中 國 臺 灣 之 外 的 地 區(qū) 開 展 。我們這里重點研究鐵基高熵非晶合金晶化行為與導熱性能的關系。 鐵基非晶態(tài)合金的另一特點，就是它的節(jié)能效果顯著。我國臺灣地區(qū)的研究處于國際領先水平，特別是臺灣 ―清華大學 ‖和臺灣工研院。也就是說，只有伴隨自由能的降低的過程才能自發(fā)的進行。由此，我們可以得出，新型非晶合金的混合熵要明顯高于傳統(tǒng)合金。對于二元共晶合金，結晶相和液相的成分差異大，其間又有多南昌航空大學學士學位論文 7 相競爭，晶化的形核和長大 過程需要原子做長程運動，因此晶化過程容易被抑制。在新型非晶合金的鑄造過程中，取決于原子擴散的相變，需要組元間的協同擴散才能達到不同相的平衡分離，而這種協同擴散，會限制新型非晶合金的有效擴散速率，冷卻時的相分離在高溫區(qū)通常被抑制從而延遲到低溫區(qū)間。 非晶合金的玻璃形成能力 合金熔體在連續(xù)冷卻過程 中不發(fā)生結晶，而直接得到玻璃態(tài)的能力，稱之為非晶合金的玻璃化形成能力（ GFA），抗結晶能力越強，玻璃形成能力就越好，就越容易形成非晶體。到目前為止 ，還沒有一個適合預測和設計所有非晶態(tài)合金形成能力的完整理論，目前普遍接受的是Inoue 三個經驗原則： ① 組成合金的主要組元個數多于 3 個； ② 主要組元間的原子半徑差應大于 12﹪； ③ 主要組元間具有很大的負混合焓，即液態(tài)容易形成大量不同類型的接近化合物當量成分的（ clusters)[10]。人們發(fā)現，利用玻璃薄帶材料在適當的退火工藝條件下可以得到尺寸在幾十個納米材料的顆粒均勻的彌散在玻璃基體中的復合結構，或者完全晶化的納米晶材料。 非晶合金晶化形核及長大速率 非晶晶化可以看成是形核與長大的過程，在液體凝固過程中，通常應用經典形核及長大理論對結晶動力學及結晶機理進行解釋 。按照晶化機制主要可以分為熱致晶化、電致晶化、機械晶化以及高壓晶化。 非晶合金的制備方法 從 20 世紀 80 年代至今，研究已經發(fā)現了多種大塊非晶合金的制備技術。帶熔煉完成后，關閉電源同時打開吸鑄閥門，合金液體在重力和負壓作用的共同作用下快速充型。適用南昌航空大學學士學位論文 12 條件為穩(wěn)態(tài)傳熱過程，即熱通量在不隨時間改變的環(huán)境下是有效的。而非晶合金的極低的熱導率及優(yōu)良的防腐蝕等性能使得其在運用過程中很有優(yōu)勢。其在航空航天領域的貢獻更是有目共睹。 4）利用激光閃光法導熱儀 LFA447 對非晶合金進行導熱性能分析。本試驗從第四、五及第六周期中的第四副族第五副族中選擇元素，選擇了 Fe、 Co、 Cr、 C、 B、 Y 及 Mo 七種元素來作為合金成分，分別按照 Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2(x=0， 2， 4， 6， 8)原子百分比進行配料（見表 ,其中 FeB 含量為 ﹪， FeCr 含量為 ﹪ , FeMo 含量為 ﹪），配料質量為20g,擦拭爐膛內壁，銅坩堝底部等處（ 熔煉爐的堪鍋采用的是水冷 銅坩鍋） ，避免母合金在熔煉或者成形過程中因引入了雜質而造成異質結晶核心。在用電子束轟擊金屬 ―靶 ‖產生的 X射線中 ,包含與靶中各種元素對應的具有特定波長的 X射線，稱為特征（或標識） X射線 [24]。由于元素之間的化學相互作用，非晶內部存在短程有序的結構，對 X射線有一定的反射作用，而且由于這種有序結構是有限的所以 X射線不能完全抵消因此出現衍射峰，但因為非晶不存在晶體，沒有長程有序結構，而且短程有序結構也是隨機分布的所以出現的衍射峰是漫反射峰。設補償回路總的電流強度為 I，其中樣品池下面的加熱絲的電流強度為 Is；參比池下面加熱絲的電流強度為 IR，且在整個測試過程中，補償回路的電流強度保持不變。 非晶合金晶化 將確定為非晶的合金分為三組，根據示差掃描量熱儀 DSC 曲線所確定的晶化溫度，第二組在 箱式電阻爐 SX2 系列中以 第一次晶化溫度下退火晶化，保溫時間為 1小時，隨爐冷卻。將試樣機械拋光至在 100 倍光學顯微鏡下完全看不到表面上的劃痕為止。 用石墨為參比物 (厚度 ，直徑 ,密度 )，為了保證待測樣品和參比試樣的表面對熱信號的吸收率和發(fā)射率保持一致，需要對試樣的表面進行噴石墨處理。阿基米德原理闡：一種物體溶于一種液體里，其排開水的體積就等于物體的體積。 x=0 x=2 x=4 x=6 x=8