【正文】 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。 因?yàn)樾滦头蔷Ш辖鹬械脑乇容^多，元素的混亂度很大，高熵效應(yīng)促進(jìn)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(jiǎn)單的結(jié)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(jiǎn)單密堆體結(jié)構(gòu)，甚至非晶體化，卻抑制了脆性的金屬間化合物的形成 ﹝ 4﹞ 。金屬具有整齊的點(diǎn)陣，它的原子是嚴(yán)格地按周期排列的，因而具有相當(dāng)高的導(dǎo)熱性能。但是，這些大塊非晶合金也都是以一種元素為主的合金。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，金屬熔化后，內(nèi)部原子處于活躍狀態(tài)。目前北京有色金屬研究院獲得了一個(gè)關(guān)于新型非晶合金表面涂層的國(guó)家自然科學(xué)基金，中山大學(xué)也獲得了一個(gè)關(guān)于新型非晶合金磁性方面的自然科學(xué)基金項(xiàng)目。如此高的混合熵必然對(duì)合金的相形成規(guī)律造成一定的影響。如果通過化學(xué)無序擾亂晶體即在單細(xì)胞的一個(gè)晶格上用兩個(gè)不同的原子尺寸代替原來的單一 原子。張勇認(rèn)為， Pr(Cu,Ni)Al偽三元合金系中合金的最優(yōu)玻璃形成能力位于過共晶成分點(diǎn)。 對(duì)于長(zhǎng)大過程，晶體長(zhǎng)大速率可表示為： U =a0v0exp(﹣ Eg／ rt) (17) 式中， —原子直徑； —原子躍遷速率； Eg—晶核長(zhǎng)大激活能。除了上述幾種傳統(tǒng)的制作加工方法外，新型非晶合金還可通過快速凝固、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。 傳熱系數(shù)與材料的組成結(jié)構(gòu)，密度，含水率，溫度等因素有關(guān)。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 表 11 非晶合金運(yùn)用領(lǐng)域 性能 運(yùn)用 高斷裂強(qiáng)度 模具材料 高 耐蝕性 耐蝕材料 高強(qiáng)度 機(jī)械結(jié)構(gòu)材料 高彈性模量 體育器材材料 高耐磨性 儲(chǔ)存器材材料 高儲(chǔ)氫能力 儲(chǔ)氫材料 好的生物相容性 醫(yī)療器材 精密的鑄造性能 微電子 高硬度 刀具材料 光亮的表面和高的反射比 首飾和裝飾材料 高粘稠可流動(dòng)性 復(fù)合材料 低導(dǎo)熱性能 隔熱材料 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 2 研究的主要內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)方向 新型鐵基非晶合金導(dǎo)熱性能分析實(shí)驗(yàn)要求我們?cè)谡J(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)之后，仔細(xì)推敲實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，在實(shí)驗(yàn)過程中認(rèn)真對(duì)各實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行修改和完善，以達(dá)到很好的測(cè)量各種高熵鐵基非晶合金的 導(dǎo)熱性能，并找到需要的合金成分及溫度。 先用擴(kuò)散泵將將電弧爐內(nèi)抽真空到 改用分子泵將其抽真空到 5103~4104Pa，在氬氣的保護(hù)下，首先通過電離出氫離子后引弧熔煉熔化純 Ti 大約 3 分鐘，以此盡可能降低氧化性氣氛，隨后再熔煉原料。就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束 X射線通過物質(zhì)分為三部分：散射，吸收，透過物質(zhì)沿原來的方向傳播，如下圖 22，其中相干散射是產(chǎn)生衍射花樣原因。 金相試樣的制備及觀察 熱處理后會(huì)得到不同的組織，每種組織有自己的形貌特征。配套的軟件可以記錄在設(shè)定溫度時(shí)的時(shí)間 溫升動(dòng)態(tài)曲線。時(shí) 存在彌散的非晶漫射峰 , 而不存在尖銳的晶態(tài)相衍射峰 , 又沒有長(zhǎng)程周期性及特定間距的晶面存在，證明樣品結(jié)構(gòu)為完全的非晶態(tài)。 (6)觀察和拍照：在金相顯微鏡上通過調(diào)節(jié)顯微鏡的調(diào)節(jié)旋鈕將組織調(diào)至清晰后進(jìn)行組織觀察組織和在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域拍攝照片。之后在 20 K/min 升溫速率下從室溫升到 1700℃ ，再隨爐冷卻，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理畫出熱流與溫度的關(guān)系曲線，測(cè)量出合金的熱穩(wěn)定系數(shù)。 Xray衍射試驗(yàn)采用的是日本理光 D/maxrB型衍射儀，采用的是 Cu Kα輻射 (波長(zhǎng)為 )，石墨單色器濾波，管電壓為 45Kv，管電流為 40mA，掃描速度為 (2theta) : 5deg/min，掃描范圍 (2theta):20deg~l00deg，步長(zhǎng)為 。 6) 分析熱處理對(duì)合金導(dǎo)熱性能的影響。這些良好的性能使得非晶合金非常 適合用在涂層材料，可用于導(dǎo)熱也可用于隔熱材料，而且很適用于對(duì)部件的精度和強(qiáng)度有特殊要求的醫(yī)療設(shè)備（如血栓吸引泵、微創(chuàng)或無創(chuàng)手術(shù)器具、胃腸內(nèi)視鏡驅(qū)動(dòng)裝置等）、體內(nèi)作用機(jī)、體內(nèi)攝像機(jī)等。m1它的過程會(huì)引起原子分布、化合價(jià)、電子組態(tài)、鍵配位的變化，也會(huì)引起原子擴(kuò)散、缺陷運(yùn)動(dòng)等。 所有非晶均按上述晶化機(jī)制中的一種結(jié)晶。 20xx 年呂昭平和 Liu 也提出了 γ 判據(jù)， γ=Tx／（ Tg＋ T1)， γ與樣品的臨界冷卻速度存在一定的關(guān)系（ Rc=1021exp(－)）。 αβ1/3＞ 時(shí)，在一定的冷卻速率下可以抑制結(jié)晶而形成非晶；當(dāng) αβ1/3＜ 時(shí)，則無法抑制非晶的形成。多組元等原子比具有高混合熵的合金熱力學(xué)上易處于亞穩(wěn)態(tài)，對(duì)金屬間化合物具有強(qiáng)烈的抑制作用，更能展現(xiàn)出非晶化的傾向，其組織結(jié)構(gòu)和性能與傳統(tǒng)合金相比具有更多的特殊性。主要工作是制備出了強(qiáng)度更高的體心立方（ BCC）高熵熔體合金，并對(duì)新型非晶合金的合金化結(jié)構(gòu)變化做了系統(tǒng)的工作。 20xx 年 ，美國(guó)的 Ponnabalam 等制備成了非鐵磁性、高硬度（顯微硬度達(dá) 13GPa）非晶鋼，使鐵基塊狀非晶態(tài)合金在結(jié)構(gòu)材料中也有了應(yīng)用前景。于是，研究員們利用這些新的制造加工工藝又開發(fā)出新的高性能合金。完成這一系列試驗(yàn)后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果作必要的分析，其中最主要的是對(duì)非晶合金及其晶化條件下進(jìn)行導(dǎo)熱性能的分析。波爾茲曼（ Boltzmann）定義： S = klnΩ，Ω為體系可以具有的排列構(gòu)型數(shù)。 利用 X射線衍射儀、金相顯微鏡對(duì)非晶的熱物理性能及熱處理對(duì)非晶組織性能影響進(jìn)行了研究，研究導(dǎo)熱性能的變化規(guī)律。采用 德國(guó) NETZSCH LFA447激光閃射法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x測(cè)定了非晶及其非晶 /納米晶合金在 25℃ 、 50℃ 、 100℃ 、 150℃ 、 200℃ 和 250℃ 溫度區(qū)間的熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散系數(shù)及比熱容，研究了溫度、組分以及熱處理溫度對(duì)Fe24+xCo24xCr15Mo14C15B6Y2非晶合金的熱導(dǎo)性能的影響，探討了熱物理性能與組織結(jié)構(gòu)、溫度之間的關(guān)系。組態(tài)熵（ Sc）對(duì)非晶的形成與穩(wěn)定非晶重要。 一系列實(shí)驗(yàn)的完成對(duì)今后的非晶態(tài)合金的研究有很大 的助益，高熵鐵基非晶合金的研究還處于一個(gè)比較新的階段，而導(dǎo)熱性能的研究更是很少被涉及。而金屬合金由于其內(nèi)部金屬鍵的無方向性和飽和性，極容易結(jié)晶，而且晶體結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，所以研究人員認(rèn)為金屬是不能制成非晶態(tài)的。在中國(guó)大陸最早開始研究新型非晶合金的應(yīng)該是北京科技大學(xué)張勇教授，清華大學(xué)的劉源也在 20xx 年開始了新型非晶合金的研究，吉林大學(xué)趙明等人也開始研究高熵輕合金的組織及性能特點(diǎn)。到目前為止，新型非晶合金的文章大約發(fā)表了有 180 多篇。 當(dāng)合金有兩種元素等原子比混合時(shí)其合金熔體的混 合熵為 ，由五種元素組成的等原子比合金熔體的混合熵達(dá)到了 ，但是一般金屬合金的熔化熵為 1R 左右。粘度 η反映了單個(gè)原子運(yùn)動(dòng)是周圍原子所強(qiáng)加的摩檫力 大小， η越大，原子擴(kuò)散阻力越大，從而抑制晶核的形成與長(zhǎng)大，提高過冷液體的穩(wěn)定性，形成非晶體。通過計(jì)算出臨界冷卻速度 Rc 可以知道非晶形成能力。在給定的條件下按哪一種方式進(jìn)行結(jié)晶，不僅取決于熱力學(xué)的驅(qū)動(dòng)力，也取決于每一反應(yīng)的激活能壘，即每一反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) [13]。目前研究非晶結(jié)構(gòu)弛豫的實(shí)驗(yàn)方法主要有原子探針、 DSC、 XRD、電阻法、聲發(fā)射、Mossbauer 等技術(shù)。K 1）。非晶合金在軍事（穿甲彈）、航天（太陽風(fēng)收集器）、通信（手機(jī)和電腦外殼）、和體育（高爾夫球桿頭）等領(lǐng)域有明顯可見的應(yīng)用前景。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 實(shí)驗(yàn)工藝過程 圖 21 實(shí)驗(yàn)工藝流 程 Fig 21 Experimental process 試樣制備 選定合金元素，熔煉合金。試驗(yàn)用的樣品為塊狀，線切割后依次經(jīng)過 100、 1000、 20xx、耐水砂紙 研磨之后， 用 5號(hào)、 6號(hào)金相砂紙研磨， 并用 Cr2O3懸浮液進(jìn)行機(jī)械拋光的試樣。非晶態(tài)是亞穩(wěn)狀態(tài)，處于高能態(tài)， DSC 可以判斷出存在玻璃轉(zhuǎn)變區(qū)，測(cè)定玻璃轉(zhuǎn)化溫度 Tg，看 DSC 曲線上的晶化焓的大小，和已報(bào)道過的非晶合金作一下比較或者是和自己的已經(jīng)確定非晶樣品的比較；相差不多就可以確定合金的成分為非晶。 經(jīng) 1000水砂紙 經(jīng) 20xx水砂紙 經(jīng)絨布精細(xì)拋光 經(jīng) 5 號(hào)金相砂紙 經(jīng)初帆布拋光 100水 砂粗磨 用酒精沖洗吹干 經(jīng) 6 號(hào)金相砂紙 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 合金導(dǎo)熱性能實(shí)驗(yàn) 在激光閃射法導(dǎo)熱儀 LFA447 上測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)。 20 30 40 50 60 70 80Intensity(a.u)2 θ /176。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。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)）。 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。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。主要運(yùn)用領(lǐng)域見表 11[ 22， 23 ]。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。 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。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。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。 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）。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。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。 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。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。導(dǎo)熱性能好的物體，往往吸熱快，散熱也快。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