采用無壓燒結(jié)制備韌性Zn Al顆粒增強(qiáng)Fe基非晶復(fù)合材料,利用X射線衍射儀、掃描電鏡、差熱分析儀和激光閃射熱導(dǎo)率測(cè)試儀分析了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性及導(dǎo)熱性能。結(jié)果表明:在過冷液相區(qū)內(nèi)無壓燒結(jié)可得到致密的Zn Al/Fe基非晶復(fù)合材料;Zn Al的引入沒有影響Fe基非晶基體的本質(zhì);燒結(jié)過程中沒有界面反應(yīng)相生成;復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性有所降低,但降低幅度不大;在298~423 K范圍內(nèi),復(fù)合材料比Fe基非晶合金有更低的熱傳導(dǎo)系數(shù),其熱擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的升高變化不大,表明材料具有較好的保溫性能。 

【文章來源】：稀有金屬材料與工程. 2017年09期 第2523-2527頁(yè) 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

Fe基非晶粉末的外觀形貌及XRD圖譜

高，原子遷移和元素?cái)U(kuò)散的速度越快，界面與孔隙的消除越完全，試樣的致密度越大。ZnAl顆粒硬度較低，在燒結(jié)初始階段塑性變形嚴(yán)重，塑性流動(dòng)傳質(zhì)充分，可提高復(fù)合材料的致密度。圖3為復(fù)合材料、Fe基非晶粉末和ZnAl粉末的X射線衍射譜。燒結(jié)后的樣品很好地保留了非晶和ZnAl原有的各峰。ZnAl相完全轉(zhuǎn)移到了復(fù)合材料中，非晶也沒有出現(xiàn)晶化峰。復(fù)合材料同非晶合金一樣，X射線衍射譜在2θ=44.5°出現(xiàn)1個(gè)彌散的、無明顯晶化相的非晶饅頭峰。復(fù)合材料在2θ=36.5°，44°和55°附近出現(xiàn)了晶相峰。與ZnAl的衍射譜線對(duì)比發(fā)現(xiàn)，圖2Fe基非晶復(fù)合材料燒結(jié)試樣Fig.2SinteredsampleofFe-basedamorphouscomposites圖3Fe基非晶及復(fù)合材料的XRD圖譜Fig.3XRDpatternsofFe-basedamorphousanditscompositesZnAl的晶相峰主要位置在2θ=36.5°，44°和55°。查找PDF卡片知，析出的晶化相是Zn。從XRD衍射結(jié)果可以看出，復(fù)合材料的衍射峰中除了ZnAl的衍射峰外沒有其它晶體的衍射峰出現(xiàn)，表明ZnAl的引入沒有過多影響Fe基非晶基體的本質(zhì)，下面的熱分析試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。圖4a為Fe基非晶復(fù)合材料的界面形貌。由圖可見，樣品表面是連續(xù)的平面，但平面上存在一些孔隙。這是由于樣品是大氣環(huán)境下的無壓燒結(jié)，孔隙可能是粉末與粉末間存在的氣體造成的。界面處有相對(duì)清晰的界面，說明沒有界面反應(yīng)相生成。復(fù)合材料界面元素的電子探針線掃描分析結(jié)果如圖4b。燒結(jié)時(shí)界面處不僅存在ZnAl合金元素向非晶中的固相擴(kuò)散，同時(shí)存在固相基體合金元素向ZnAl合金的溶解擴(kuò)散，這種雙向擴(kuò)散在復(fù)合材料的界面處形成了2~3μm的擴(kuò)散層。當(dāng)固液兩相接觸時(shí)，熔融的液態(tài)原子向固態(tài)金屬中的擴(kuò)散與固態(tài)金屬向液態(tài)金屬中的溶解過程同時(shí)發(fā)生[10]。本實(shí)驗(yàn)證明，在Fe基非晶過冷

第9期楊曉萌等：無壓燒結(jié)ZnAl/Fe基非晶復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能研究·2525·圖4Fe基非晶復(fù)合材料的界面形貌及界面元素的電子探針線掃描圖Fig.4InterfacemorphologyofFe-basedamorphouscompo-sites(a)andelectronprobelinescanoftheinterfaceelements(b)圖5Fe基非晶及復(fù)合材料的DSC曲線Fig.5DSCcurvesofFe-basedamorphousandamorphouscomposites表1是通過DSC分析得到的Fe基非晶粉末及復(fù)合材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg、晶化溫度Tx、過冷液相區(qū)(ΔTx=Tx–Tg)和晶化峰溫度Tp。添加ZnAl后，F(xiàn)e基非晶粉末與復(fù)合材料具有一樣的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg，而ΔTx值低于非晶基體（ΔTx=59K），說明非晶復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性有所降低，但降低幅度不大。圖6為Fe基非晶合金及復(fù)合材料試樣的熱導(dǎo)率，可以看出，在測(cè)試溫度范圍內(nèi)，試樣的熱導(dǎo)率值均很表1Fe基非晶及復(fù)合材料的熱力學(xué)參數(shù)Table1ThermodynamicparametersofFe-basedamorphousandamorphouscompositesParameterTg/KTx/KΔTx/KTp/KAmorphouspowder86192059964Amorphouscomposites86191352943圖6Fe基非晶及復(fù)合材料的熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系Fig.6TemperaturedependenceofthermalconductivityofFe-basedamorphousandamorphouscomposites小，且均隨著溫度的升高而增大。在298K時(shí)，F(xiàn)e基非晶合金與復(fù)合材料的熱導(dǎo)率分別為1.510和1.998W/m·K，當(dāng)溫度升高至423K時(shí)，分別為3.908和2.829W/m·K，由固體導(dǎo)熱機(jī)理分析可知，合金的導(dǎo)熱系數(shù)與其聲子及電子的平均自由程成正比。非晶的熱導(dǎo)主要靠聲子導(dǎo)熱，由于非晶獨(dú)特的長(zhǎng)程無序而短程有序，其聲子的平均自由程被限制在幾個(gè)晶胞間距的量級(jí)[12]，且非晶的組織處于無序排列狀態(tài)，具有晶體材料沒有的低能激發(fā)，?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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