【正文】 酒精漂洗試樣，然后用熱風(fēng)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(jìn)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(shù)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(duì)某些試樣磨制時(shí)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(jīng)歷樣品材料的各種轉(zhuǎn)變?nèi)缛刍?、玻璃化轉(zhuǎn)變、固態(tài)轉(zhuǎn)變或結(jié)晶，研究樣品的吸熱和放熱反應(yīng)。 應(yīng)用已知波長(zhǎng)的 X射線來(lái)測(cè)量 θ角，從而計(jì)算出晶面間距 d，這是用于 X射線結(jié)構(gòu)分析；另一個(gè)是應(yīng)用已知 d的晶體來(lái)測(cè)量 θ角，從而計(jì)算出特征 X射線的波長(zhǎng)，進(jìn)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(jù)組分標(biāo)號(hào)：Fe24Co24Cr15Mo14C15B6Y21 號(hào)； Fe26Co22Cr15Mo14C15B6Y22 號(hào)；Fe28Co20Cr15Mo14C15B6Y23 號(hào)； Fe30Co18Cr15Mo14C15B6Y24 號(hào)；Fe30Co18Cr15Mo14C15B6Y25 號(hào)。第一組直接對(duì)其非晶態(tài)進(jìn)行導(dǎo)熱數(shù)據(jù)測(cè)量；將第二組試樣加熱到第一次晶化溫度，保溫一小時(shí)，隨爐冷卻再測(cè)量導(dǎo)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(shí)，隨爐冷卻再測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)。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(qiáng)度、高硬度、高沖擊斷裂能、高疲勞強(qiáng)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(jī)械等行業(yè)存在實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。開 1（ W既利用電弧熔煉合金的無(wú)污染、均勻性好的特點(diǎn)，又利用吸鑄技術(shù)熔體充型好，銅模冷卻 快的優(yōu)點(diǎn)。 非晶合金的結(jié)構(gòu)弛豫 非晶的結(jié)構(gòu)弛豫是指非晶態(tài)合金在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下退火時(shí)，其原子通過遷移、運(yùn)動(dòng)或者擴(kuò)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(zhuǎn)變，玻璃結(jié)構(gòu)發(fā)生向其南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 相應(yīng)溫度下所應(yīng)具有的理想非晶態(tài)的轉(zhuǎn)變過程，也稱為原子協(xié)同重排。一旦一個(gè)新的結(jié)晶核心形成，在其長(zhǎng)大過程中，遇到和它結(jié)構(gòu)完全不同的其他原子團(tuán)，就會(huì)終止其長(zhǎng)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(jié)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(fù)合材料， 從而使合金的一些性能得以提高。 20 世紀(jì) 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(shí)，發(fā)生反玻璃化的趨勢(shì)， ΔTx 越大，熱穩(wěn)定性越高，玻璃形成能力 GFA 越強(qiáng) [9]。隨著一個(gè)結(jié)構(gòu)從一元到二元、三元轉(zhuǎn)變等的轉(zhuǎn)變，新結(jié)構(gòu)類型的數(shù)量是逐漸減少的。 α和 β增加會(huì)使 σ， ΔSf增加及 ΔHf 減少，從而使 G 減小。 非晶形成的動(dòng)力學(xué)原理 非晶的形成和結(jié)晶的凝固是相互競(jìng)爭(zhēng)的過程，結(jié)晶凝固過程被抑制或阻止有利于非晶的形成。此時(shí)熵值高的復(fù)雜合金，其熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)的自由能就會(huì)降低，因而傾向于形成無(wú)序排列的固溶體。 Vitreloy1 是一個(gè)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(jié)晶。 目前，主要靠實(shí)驗(yàn)室支持，做了一些新型非晶合金相組成、性能和設(shè)計(jì)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(dú)特的物理和力學(xué)性能，是現(xiàn)代材料科學(xué)中十分活躍的領(lǐng)域之一，也可以說是二十世紀(jì)后半期金屬材料領(lǐng)域中的技術(shù)革命，工業(yè)上的許多技術(shù)創(chuàng)新發(fā)明都有賴于這種新材料。德國(guó)、韓國(guó)及中國(guó)沈陽(yáng)金屬研究所的科學(xué)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。此外，也 給材料的組織和成分分析帶來(lái)很大的困難，因此，合金元素的種類應(yīng)該越少越好。自從 1970 年以來(lái)，金屬基復(fù)合材料及金屬間化合物得到了廣泛的關(guān)注的，新的制造加工工藝也隨之出現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)用。同樣導(dǎo)熱性能不好的情況下對(duì)金屬材料鍍非晶合金后，涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)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(dòng)機(jī)操作溫度和熱效率，降低排氣量，節(jié)約燃料，延長(zhǎng)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(dǎo)熱性能測(cè)定等試驗(yàn)對(duì)合金進(jìn)行各種性能測(cè)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(shí)又是一個(gè)蘊(yùn)含工業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ膶毑兀梢蚤_發(fā)出大量的高技術(shù)材料，而目還可以制作成塊材、涂層或薄膜。熵是熱力學(xué)上代表混亂度的一個(gè)參數(shù)，一個(gè)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 Cr23C6 the + Fe23B6 + αFe solid solution +amorphous phase at 700 176。 作者簽名： 日期： 導(dǎo)師簽名： 日期： 南昌航空大 學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 新型 Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2非晶合金導(dǎo)熱性能研究 學(xué)生姓名： 張俐 班級(jí)： 080121 指導(dǎo)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(shù)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(duì) Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2非晶合金進(jìn)行退火處理，退火工藝溫度選擇分別是 700℃ 、 920℃ ，保溫時(shí)間為 1小時(shí)。除了文中特別加以 標(biāo)注引用的內(nèi)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(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。 結(jié)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(dǎo)率數(shù)據(jù)表明，非晶合金的熱導(dǎo)率均比較小，在 25℃ ～ 250℃ 之間， 非晶及其非晶 /納米晶試樣的熱導(dǎo)率均隨溫度的升高總體上升 ； (2) 合金成 分與導(dǎo)熱系數(shù)沒有直接關(guān)系 。晶體是典型的有序固體結(jié)構(gòu)，而液態(tài)、氣態(tài)和某些固體都屬于無(wú)序結(jié)構(gòu)。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(shù)多（ n≥5，每種元素都可看為是溶質(zhì)原子；每個(gè)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(gè)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(jī)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(shí)，則要用導(dǎo)熱性好的材料。導(dǎo)彈儀器艙隔熱的同時(shí)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(guó)加州理工學(xué)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(lǐng)域開創(chuàng)出一片新 天地。因此， 20xx 年之前沒有相應(yīng) 的 研 究 工 作 在 中 國(guó) 臺(tái) 灣 之 外 的 地 區(qū) 開 展 。我們這里重點(diǎn)研究鐵基高熵非晶合金晶化行為與導(dǎo)熱性能的關(guān)系。 鐵基非晶態(tài)合金的另一特點(diǎn)，就是它的節(jié)能效果顯著。我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的研究處于國(guó)際領(lǐng)先水平，特別是臺(tái)灣 ―清華大學(xué) ‖和臺(tái)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(jìn)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(duì)于二元共晶合金，結(jié)晶相和液相的成分差異大，其間又有多南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 相競(jìng)爭(zhēng)，晶化的形核和長(zhǎng)大 過程需要原子做長(zhǎng)程運(yùn)動(dòng)，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(kuò)散的相變，需要組元間的協(xié)同擴(kuò)散才能達(dá)到不同相的平衡分離，而這種協(xié)同擴(kuò)散，會(huì)限制新型非晶合金的有效擴(kuò)散速率，冷卻時(shí)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(jié)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(jié)晶能力越強(qiáng)，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(gè)適合預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)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(gè)經(jīng)驗(yàn)原則： ① 組成合金的主要組元個(gè)數(shù)多于 3 個(gè)； ② 主要組元間的原子半徑差應(yīng)大于 12﹪； ③ 主要組元間具有很大的負(fù)混合焓，即液態(tài)容易形成大量不同類型的接近化合物當(dāng)量成分的（ clusters)[10]。人們發(fā)現(xiàn)，利用玻璃薄帶材料在適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に嚄l件下可以得到尺寸在幾十個(gè)納米材料的顆粒均勻的彌散在玻璃基體中的復(fù)合結(jié)構(gòu)，或者完全晶化的納米晶材料。 非晶合金晶化形核及長(zhǎng)大速率 非晶晶化可以看成是形核與長(zhǎng)大的過程，在液體凝固過程中，通常應(yīng)用經(jīng)典形核及長(zhǎng)大理論對(duì)結(jié)晶動(dòng)力學(xué)及結(jié)晶機(jī)理進(jìn)行解釋 。按照晶化機(jī)制主要可以分為熱致晶化、電致晶化、機(jī)械晶化以及高壓晶化。 非晶合金的制備方法 從 20 世紀(jì) 80 年代至今，研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種大塊非晶合金的制備技術(shù)。帶熔煉完成后，關(guān)閉電源同時(shí)打開吸鑄閥門，合金液體在重力和負(fù)壓作用的共同作用下快速充型。適用南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 條件為穩(wěn)態(tài)傳熱過程，即熱通量在不隨時(shí)間改變的環(huán)境下是有效的。而非晶合金的極低的熱導(dǎo)率及優(yōu)良的防腐蝕等性能使得其在運(yùn)用過程中很有優(yōu)勢(shì)。其在航空航天領(lǐng)域的貢獻(xiàn)更是有目共睹。 4）利用激光閃光法導(dǎo)熱儀 LFA447 對(duì)非晶合金進(jìn)行導(dǎo)熱性能分析。本試驗(yàn)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(lái)作為合金成分，分別按照 Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2(x=0， 2， 4， 6， 8)原子百分比進(jìn)行配料（見表 ,其中 FeB 含量為 ﹪， FeCr 含量為 ﹪ , FeMo 含量為 ﹪），配料質(zhì)量為20g,擦拭爐膛內(nèi)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(zhì)而造成異質(zhì)結(jié)晶核心。在用電子束轟擊金屬 ―靶 ‖產(chǎn)生的 X射線中 ,包含與靶中各種元素對(duì)應(yīng)的具有特定波長(zhǎng)的 X射線，稱為特征（或標(biāo)識(shí)） X射線 [24]。由于元素之間的化學(xué)相互作用，非晶內(nèi)部存在短程有序的結(jié)構(gòu)，對(duì) X射線有一定的反射作用，而且由于這種有序結(jié)構(gòu)是有限的所以 X射線不能完全抵消因此出現(xiàn)衍射峰，但因?yàn)榉蔷Р淮嬖诰w，沒有長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)，而且短程有序結(jié)構(gòu)也是隨機(jī)分布的所以出現(xiàn)的衍射峰是漫反射峰。設(shè)補(bǔ)償回路總的電流強(qiáng)度為 I，其中樣品池下面的加熱絲的電流強(qiáng)度為 Is；參比池下面加熱絲的電流強(qiáng)度為 IR，且在整個(gè)測(cè)試過程中，補(bǔ)償回路的電流強(qiáng)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(jù)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(shí)間為 1小時(shí)，隨爐冷卻。將試樣機(jī)械拋光至在 100 倍光學(xué)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(cè)樣品和參比試樣的表面對(duì)熱信號(hào)的吸收率和發(fā)射率保持一致，需要對(duì)試樣的表面進(jìn)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