新型Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2非晶合金导热性能研究毕业论文.doc
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1、南昌航空大学学士学位论文毕业设计(论文)题 目:新型Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2非晶合金导热性能研究 学 院: 材料科学与工程学院 专业名称: 金属材料工程班级学号: 学生姓名: 指导教师: 二O一二 年 六 月 学士学位论文原创性声明本人声明,所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期:学位论文版权使用授权
2、书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名: 日期:导师签名: 日期:新型Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2非晶合金导热性能研究 学生姓名:张俐 班级:080121指导老师:陈庆军摘要:采用非自耗真空电弧熔炼仪铜模吸铸法制备技术制备出厚度为2mm的Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2(x=0,2,4,6,8)铁基非晶合金,将
3、其线切割成直径为12.65mm圆饼状样品,并对Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2非晶合金进行退火处理,退火工艺温度选择分别是700、920,保温时间为1小时。利用X射线衍射仪、金相显微镜对非晶的热物理性能及热处理对非晶组织性能影响进行了研究,研究导热性能的变化规律。采用德国NETZSCH LFA447激光闪射法导热系数测量仪测定了非晶及其非晶/纳米晶合金在25、50、100、150、200和250温度区间的热导率、热扩散系数及比热容,研究了温度、组分以及热处理温度对Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2非晶合金的热导性能的影响,探讨了热物理性能与组织结构、温
4、度之间的关系。结果表明:(1) Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2(x=0,2,4,6,8)非晶合金晶化后合金分别在25、50、100、150、200、250热导率数据表明,非晶合金的热导率均比较小,在25250之间,非晶及其非晶/纳米晶试样的热导率均随温度的升高总体上升;(2) 合金成分与导热系数没有直接关系;(3) (完全非晶态)(700部分晶化)(920晶化),25时,1号试样完全非晶态合金的导热率最小,仅为7.225 w/mK ;250时,2号试样在920退火晶化后的热导率最大达26.344w/mK,但此时Fe28Co20Cr15Mo14C15B6Y2在920退火晶
5、化后晶粒很细,导热系数为为16.049 w/mK,相对较小。(4) Fe28Co20Cr15Mo14C15B6Y2合金在700及920晶化过程依次为:非晶相Cr23C6+Fe23B6+-Fe固溶体+非晶相Cr23C6+Fe23B6+-Fe固溶体+非晶相关键词:铁基非晶合金 热处理 晶化 导热性能 指导老师签名:Performance of thermal conductivity properties of Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2 amorphous alloy Student name: Li Zhang class:080121 Supervisor: Qi
6、ngjun Chen Abstract: Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2(x=0,2,4,6,8) bulk metallic glass(BMG) with a thickness of 2mm was fabricated by copper mold drop-casting, through the using of non-consumable vacuum arc melting equipment. The diameter of 12.65mm round pie samples was prepared by electric discharge wi
7、re-cutting technologyThe partially crystallized Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2 alloys were fabricated by annealing. Annealing temperatures were separately set at 700 and 920The characteristic crystallization processes and the variation of the thermal conductivity properties of amorphous alloys were ide
8、ntified by X-ray 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
9、temperature, composition and heat-treated 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 o
10、f temperature, the thermal conductivity of Fe24+xCo24-xCr15Mo14C15B6Y2(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 composition and thermal conductivity.(3) The thermal conductivity from low to high is amorph
11、ous alloy, 700C, 920C. the thermal conductivity of Fe24Co24Cr15Mo14C15B6Y2 alloys are only 7.225 w/mK at the temperature of 250 ; After crystallization treatment at 920, the thermal conductivity of Fe26Co22Cr15Mo14C15B6Y2 alloys are up to 26.344w/mK at the temperature of 250 .But Fe28Co20Cr15Mo14C15
12、B6Y2 grain is very small the thermal conductivity is relatively small just 16.049 w/mK in the same situation.(4) The Fe28Co20Cr15Mo14C15B6Y2 alloys crystallization process were as follows: amorphous phase Cr23C6 + Fe23B6 + -Fe solid solution + amorphous phase Cr23C6 the + Fe23B6 + -Fe solid solution
13、 +amorphous phase at 700 C and 920 CKey words: Fe-based amorphous alloy Heating treatment Crystallization Thermal conductivity propertySignature of Supervisor:南昌航空大学学士学位论文目录1 引言11.1 选题的背景和意义11.2 高熵铁基非晶合金的国内外研究现状及进展31.3 非晶合金的形成基本理论51.3.1非晶合金形成理论51.3.2 非晶合金的形成热力学原理51.3.3 非晶形成的动力学原理61.3.4 非晶形成的晶体学原理81.
14、4 非晶合金的玻璃形成能力81.5 非晶合金的晶化行为和结构弛豫91.5.1 非晶合金的晶化91.5.2 非晶合金晶化形核及长大速率91.5.3 非晶合金晶化方法101.5.4 非晶合金的结构弛豫101.6 非晶合金的制备方法111.7 非晶合金的导热性能研究及非晶合金的运用112 研究的主要内容及实验方法142.1 实验方向142.2 实验设备及测试仪器142.3 实验方案152.3.1 实验步骤152.3.3 试样制备162.3.4 X-ray 衍射试验172.3.5 差热分析测定玻璃转化温度变182.3.6 非晶合金晶化192.3.7 金相试样的制备及观察192.3.8 合金导热性能实验
15、213 实验结果分析233.1 非晶合金的XRD分析233.2 非晶合金的DSC分析233.3 非晶合金的导热性能分析263.3.1 合金导热性能线型图分析263.3.1 合金导热性能柱状图分析283.3.1 Fe28Co20Cr15Mo14C15B6Y2合金金相、XRD与导热性能分析324 结论35参考文献36致谢38附录391 引言1.1 选题的背景和意义自然界中物质从组成物质的原子模型考虑,可以分为有序结构和无序结构两类。晶体是典型的有序固体结构,而液态、气态和某些固体都属于无序结构。因此,固体物质可以分为晶态固体和非晶态固体1。非晶态合金是指由超急冷凝固,合金凝固时原子来不及有序排列结
16、晶,得到的固态合金是长程无序结构,没有晶态合金的晶粒、晶界存在。也称为玻璃态合金或非结晶合金。新型非晶合金则是在开发玻璃形成能力强的非晶合金的基础上发现的一类由等原子比多组元、高混合熵稳定的固溶体合金,即由五种或五种以上主要元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的高混乱度的合金。熵是热力学上代表混乱度的一个参数,一个系统元素越多,混乱度越大,熵就越大2。波尔兹曼(Boltzmann)定义:S = kln,为体系可以具有的排列构型数。组态熵(Sc)对非晶的形成与稳定非晶重要。块体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,与微合金化合金相比,新型非晶合金组元数多
17、(n5,每种元素都可看为是溶质原子;每个主元含量都不超过35,但也不低于5,因此没有一种元素能占50)、含量高(每个主元含量都不低于5,但也不超过35)3,研究难度很大,比如其位于五元相图的中心位置,并且是固溶体相等。但是与传统合金不同,多主元高熵非晶合金是由多种主元集体领导而表现其特色的合金,在多项使用性能方面具有十分明显的优势,它的优异的力学性能、良好的加工性能、优良的软磁、硬磁性能、独特的膨胀特性等物理特性、良好的生物相容性能、极高的抗多种介质腐蚀的能力等等,使其成为工业应用潜力的新型合金、理想的航天飞行器结构材料,具有很高的学术研究价值,引起了科学界的广泛关注和积极探索。 因为新型非晶
18、合金中的元素比较多,元素的混乱度很大,高熵效应促进了元素间的混合,使得多种金属主元素倾向于混乱排列而形成简单的结晶相,即混合成体心立方晶体BCC)、面心立方晶体(FCC)或密排六方体(HCP)等简单密堆体结构,甚至非晶体化,却抑制了脆性的金属间化合物的形成4。而在此之前从来没有人用过如此多种主金属元素做出单纯的晶体结构,所以这一发现意义重大。近几十年来非晶合金领域里有两大突破:其一,就是用多种金属元素配制成了大块非晶、多功能的超弹塑性合金;其二,就是制成了纳米结构的新型非晶合金。作为其中之一的新型的高熵铁基非晶合金就目前而言,还是一片处女地,但同时又是一个蕴含工业发展潜力的宝藏,可以开发出大量
19、的高技术材料,而目还可以制作成块材、涂层或薄膜。新型非晶合金的研究具有前瞻性,具有学术研究及应用价值。由于新型非晶合金的应用潜力多元化,面对的产业也多元化,因此传统合金工业的升级及高科技产业的发展也将为新型非晶合金开辟无限发挥的空间,这无疑对传统冶金的钢铁行业的提升具有重大意义。新型非晶合金主要通过快速凝固、机械合金化获得,利用这两种方法获得的新型非晶合金,其组织更倾向于形成纳米晶体,甚至非晶体。目前高熵合金的研究多事集中在铸态下的性能测试,我们知道铸态下的合金产品有着天然的性能缺陷(空洞、疏松等),我们要致力于解决这些缺陷的同时加强其他性能的研究。本课题的目的是为了在指导老师的指导之下设计一
20、系列的实验检验各种高熵铁基非晶合金的导热性能,并对比在不同合金成分、温度及晶化条件下的高熵铁基非晶合金的性能,得到想要的合金的性能。其中包括:合金元素的选择、合金的熔炼及制备合金的组织分析合金的性能分析及一系列的具体试验等等。本实验从第四、五、六和第四、五副族中选择了多种元素,使其在具有高强度、高硬度、良好的耐蚀性等好的性能的情况下同时具有良好的导热性。通过电弧熔炼将各种元素制备成圆柱状非晶合金,X射线衍射法(XRD)、非晶合金导热性能测定等试验对合金进行各种性能测定。完成这一系列试验后对试验结果作必要的分析,其中最主要的是对非晶合金及其晶化条件下进行导热性能的分析。一系列实验的完成对今后的非
21、晶态合金的研究有很大的助益,高熵铁基非晶合金的研究还处于一个比较新的阶段,而导热性能的研究更是很少被涉及。但是某些零件在使用中需要大量吸热或散热时,则要用导热性好的材料。导热性能好的物体,往往吸热快,散热也快。金属具有整齐的点阵,它的原子是严格地按周期排列的,因而具有相当高的导热性能。玻璃的原子则是紊乱而长程无序的,其导热性能不是很好。而好的导热性能材料多用于空间技术和尖端工业,所有发展非晶态合金的导热性对科技的发展与进步是很有帮助的。同样导热性能不好的情况下对金属材料镀非晶合金后,涂层与基体的结合强度低,热障涂层的主要作用是降低热端部件的工作温度,防止部件发生高温腐蚀,提高航空发动机操作温度
22、和热效率,降低排气量,节约燃料,延长零件的使用寿命等。有文献报道,目前先进的热障涂层可使高温燃气与金属基体表面之间产生高达170的隔热温降。而航空航天工业对所用隔热材料的重量和体积要求较为苛刻,往往还要求它兼有隔音、减振、防腐蚀等性能。导弹仪器舱隔热的同时需要具有防腐蚀能力的材料,而非晶涂层正好满足这一条件。研究发现,在成本相同的条件下,非晶材料具有比传统晶态隔热材料更大的潜在应用价值和商业效益。非晶态合金已经深入到现代化社会的材料及航空航天等多种领域,很多专业的公司都在做相关方面的产品,也有很多人在研究相关方面的东西。商业化的产品,为的是给社会上其他有需要的机构与特定行业而设计的,而理论知识
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- 新型 Fe24 xCo24 xCr15Mo14C15B6Y2 合金 导热 性能 研究 毕业论文
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