北理工在非晶合金熱傳輸機理研究方面取得新進展


  北京理工大學材料學院王魯教授團隊與北京工業大學賀定勇教授團隊通力合作,在Fe基非晶合金微結構演化與熱傳輸性能的關聯機制方面取得突破。金屬材料領域頂級期刊《Acta Materialia》以“Thermal transport property correlated with microstructural evolution of Fe-based amorphous alloy”為題在線報道了這一研究進展。北京理工大學材料學院博士後姚海華為第一作者,北京理工大學薛雲飛副教授與北京工業大學周正副研究員為共同通訊作者。

  非晶合金是一類兼有金屬和玻璃特性的新型固體材料,也稱“金屬玻璃”。基於拓撲無序結構對傳熱載流子散射增強的作用,團隊探索了鐵基非晶合金作為新型隔熱材料應用於中低温熱防護領域的潛力,其中非晶態結構在長週期熱作用條件下的穩定性是影響其應用的關鍵問題。

  為此,研究團隊根據服役條件,突破以往利用熱力學條件評價非晶合金穩定性的傳統方式,從動力學角度切入,發現在長週期熱作用下,動力學效應雖然能夠引起納米晶化但並不會造成合金熱導率的顯著升高,原因是超細納米晶析出引入的相界增加了對傳熱載流子的額外散射,抵消了因晶化帶來的不利影響。這一新發現和認識不僅有助於我們更好的理解非晶合金材料的結構轉變特點,也為設計新型金屬基熱防護材料提供了更多可能。

圖1 合金微微結構演化與熱導率關係

圖2 納米晶析出與長大對合金熱傳輸性能影響示意圖

  論文鏈接://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.072

 

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