Fe基非晶合金及其涂層：從微觀結構解析熱傳導性能的內在關聯(lián)一、引言1.1研究背景與意義在材料科學領域，非晶合金以其獨特的結構和優(yōu)異的性能，成為了研究的熱點之一。非晶合金，又被稱為金屬玻璃，與傳統(tǒng)的晶態(tài)合金不同，其原子排列呈現(xiàn)出長程無序而短程有序的狀態(tài)，這種特殊的原子排列方式賦予了非晶合金許多優(yōu)異的性能，如高強度、高硬度、良好的耐腐蝕性、軟磁性能以及獨特的電學和熱學性能等。在眾多非晶合金體系中，F(xiàn)e基非晶合金由于其原材料豐富、成本相對較低，以及具備良好的綜合性能，在電子、電力、機械、航空航天等諸多領域展現(xiàn)出了巨大的應用潛力。Fe基非晶合金的優(yōu)異性能與其獨特的微觀結構密切相關。其原子的無序排列使其不存在晶界、位錯等晶體缺陷，從而有效地避免了這些缺陷對材料性能的負面影響，進而提高了材料的強度和硬度。同時，F(xiàn)e基非晶合金中的原子間鍵合方式和電子結構也對其性能產生了重要影響。例如，其特殊的電子結構使得Fe基非晶合金具有良好的軟磁性能，使其在變壓器鐵芯、傳感器等電子器件中得到了廣泛應用。然而，F(xiàn)e基非晶合金的微觀結構并非一成不變，在制備過程中，不同的制備工藝和參數會導致其微觀結構的差異，進而影響其性能。在后續(xù)的使用過程中，外界環(huán)境因素如溫度、應力等也會對其微觀結構產生作用，使其發(fā)生變化，最終導致性能的改變。因此，深入研究Fe基非晶合金的微觀結構及其形成和演化機制，對于理解其性能的本質、優(yōu)化制備工藝以及拓展應用領域都具有至關重要的意義。熱傳導性能作為Fe基非晶合金的重要性能之一，對其在實際應用中的表現(xiàn)有著關鍵影響。在電子設備中，隨著芯片集成度的不斷提高和功率密度的不斷增大，散熱問題日益突出。Fe基非晶合金若具有良好的熱傳導性能，就能夠有效地將熱量傳遞出去，從而保證電子設備的正常運行，提高其穩(wěn)定性和可靠性。在能源領域，熱傳導性能也對能量的轉換和利用效率有著重要影響。例如，在熱交換器等設備中，熱傳導性能好的材料可以提高熱量的傳遞效率，從而提高能源的利用效率。然而，F(xiàn)e基非晶合金的熱傳導性能受到其微觀結構、化學成分、制備工藝等多種因素的綜合影響。目前，對于這些因素如何影響Fe基非晶合金的熱傳導性能，以及它們之間的內在關系，尚未完全明確。因此，系統(tǒng)地研究Fe基非晶合金的熱傳導性能及其影響因素，對于開發(fā)具有高性能熱傳導特性的Fe基非晶合金材料，以及推動其在相關領域的應用具有重要的現(xiàn)實意義。為了進一步拓展Fe基非晶合金的應用范圍，常常需要在各種基體表面制備Fe基非晶合金涂層。Fe基非晶合金涂層不僅能夠充分發(fā)揮Fe基非晶合金的優(yōu)異性能，還能夠有效地保護基體材料，提高其耐磨性、耐腐蝕性和抗氧化性等。在航空航天領域，飛機發(fā)動機的葉片等部件在高溫、高壓和強腐蝕的環(huán)境下工作，通過在其表面制備Fe基非晶合金涂層，可以顯著提高葉片的使用壽命和可靠性。在石油化工領域，管道和設備常常受到腐蝕介質的侵蝕，F(xiàn)e基非晶合金涂層可以有效地防止腐蝕，延長設備的使用壽命。Fe基非晶合金涂層的性能同樣與其微觀結構和熱傳導性能密切相關。涂層的微觀結構決定了其與基體的結合強度、涂層的致密性以及內部應力分布等，這些因素都會直接影響涂層的使用性能。而涂層的熱傳導性能則在涉及熱傳遞的應用場景中起著關鍵作用，如在高溫環(huán)境下工作的涂層，良好的熱傳導性能可以保證熱量的均勻傳遞，避免局部過熱導致的涂層失效。因此，研究Fe基非晶合金涂層的微結構與熱傳導性能，對于優(yōu)化涂層的設計和制備工藝，提高涂層的性能和質量，具有重要的理論和實際價值。1.2國內外研究現(xiàn)狀Fe基非晶合金的研究可以追溯到20世紀60年代，Klement等人首次采用液態(tài)急冷技術制備出Au-Si非晶合金，開創(chuàng)了非晶合金研究的先河。隨后，F(xiàn)e基非晶合金因其潛在的應用價值，逐漸成為非晶合金領域的研究熱點之一。在微觀結構研究方面，早期的研究主要集中在利用X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）等實驗手段對Fe基非晶合金的結構進行表征。通過XRD分析，可以得到Fe基非晶合金的衍射圖譜，其特征為寬化的漫散射峰，反映了原子排列的長程無序性。Temuujin等人利用XRD和TEM研究了Fe78Si9B13非晶合金的微觀結構，發(fā)現(xiàn)其原子排列呈現(xiàn)出短程有序、長程無序的特征，并且存在著一些納米級別的團簇結構。隨著研究的深入，人們開始關注Fe基非晶合金中原子的配位情況、短程有序結構的類型和尺寸分布等細節(jié)信息。采用擴展X射線吸收精細結構（EXAFS）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）等先進技術，對Fe基非晶合金的原子結構進行了更深入的研究。Zhao等人通過EXAFS技術研究了Fe基非晶合金中Fe原子的配位環(huán)境，發(fā)現(xiàn)Fe原子周圍的配位原子種類和數量對合金的性能有著重要影響。在熱傳導性能研究方面，早期的研究主要是測量Fe基非晶合金的熱導率，并探討其與成分、溫度等因素的關系。Chen等人測量了不同成分的Fe基非晶合金在不同溫度下的熱導率，發(fā)現(xiàn)熱導率隨著溫度的升高而降低，并且與合金中的類金屬元素含量有關。隨著對熱傳導機制的深入理解，人們開始從微觀結構的角度研究Fe基非晶合金的熱傳導性能。非晶合金的熱傳導主要是通過聲子來實現(xiàn)的，而原子的無序排列會導致聲子的散射增強，從而降低熱導率。研究人員通過分子動力學模擬等方法，研究了聲子在Fe基非晶合金中的傳播和散射過程，以及微觀結構對聲子散射的影響。Li等人利用分子動力學模擬研究了Fe基非晶合金中原子的拓撲結構和化學短程序對聲子散射的影響，發(fā)現(xiàn)化學短程序的存在會增加聲子的散射，從而降低熱導率。對于Fe基非晶合金涂層的研究，近年來也取得了不少進展。在制備工藝方面，目前常用的制備Fe基非晶合金涂層的方法有激光熔覆、熱噴涂、電鍍等。激光熔覆具有加熱速度快、冷卻速度快、稀釋率低等優(yōu)點，可以在基體表面制備出致密、均勻的Fe基非晶合金涂層。Zhang等人采用激光熔覆技術在45鋼表面制備了Fe基非晶合金涂層，研究了激光工藝參數對涂層組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)合適的激光功率和掃描速度可以獲得高質量的非晶涂層。熱噴涂技術則具有設備簡單、成本低、效率高等優(yōu)點，適合大規(guī)模制備Fe基非晶合金涂層。Wang等人采用超音速火焰噴涂技術制備了Fe基非晶合金涂層，研究了涂層的組織結構和性能，發(fā)現(xiàn)涂層具有良好的耐磨性和耐腐蝕性。在涂層的微觀結構和性能研究方面，研究人員主要關注涂層的非晶相含量、晶化行為、與基體的結合強度以及涂層的力學性能、耐腐蝕性等。Liu等人研究了激光熔覆Fe基非晶合金涂層的晶化行為，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，涂層中的非晶相逐漸向晶相轉變，晶化過程會導致涂層的硬度和耐磨性發(fā)生變化。在涂層與基體的結合強度方面，通過優(yōu)化制備工藝和添加過渡層等方法，可以提高涂層與基體的結合力，從而提高涂層的使用壽命。盡管國內外在Fe基非晶合金及其涂層的微結構與熱傳導性能研究方面已經取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。對于Fe基非晶合金的微觀結構，雖然已經對其原子排列、短程有序結構等有了一定的認識，但對于一些復雜的微觀結構特征，如納米團簇的形成機制、化學短程序與物理性能之間的定量關系等，還需要進一步深入研究。在熱傳導性能方面，雖然已經對聲子散射機制有了一定的理解，但由于Fe基非晶合金的成分和微觀結構復雜，熱傳導性能的影響因素眾多，目前還難以建立準確的熱傳導模型來預測其熱導率。對于Fe基非晶合金涂層，雖然在制備工藝和性能研究方面取得了進展，但涂層的質量穩(wěn)定性和可靠性仍有待提高，涂層與基體的界面結合機制以及涂層在復雜環(huán)境下的長期服役性能等方面的研究還相對較少。本文旨在針對上述不足，通過實驗研究和理論分析相結合的方法，深入研究Fe基非晶合金及其涂層的微結構與熱傳導性能。采用先進的實驗技術和表征手段，對Fe基非晶合金及其涂層的微觀結構進行細致的分析，揭示其微觀結構特征與形成機制。通過實驗測量和理論計算，系統(tǒng)地研究Fe基非晶合金及其涂層的熱傳導性能，分析成分、微觀結構等因素對熱傳導性能的影響規(guī)律，建立熱傳導性能與微觀結構之間的內在聯(lián)系，為Fe基非晶合金及其涂層的性能優(yōu)化和應用提供理論依據。二、Fe基非晶合金的微結構2.1液態(tài)微觀結構2.1.1原子排列特征Fe基非晶合金在液態(tài)時，其原子排列呈現(xiàn)出與晶態(tài)截然不同的特征。此時，F(xiàn)e原子間的相互作用主要包括金屬鍵和磁性相互作用，這兩種相互作用共同決定了原子的排列方式。金屬鍵是金屬原子之間通過自由電子形成的一種強烈的相互作用，它使得原子傾向于緊密堆積，以降低體系的能量。在Fe基非晶合金中，由于多種元素的存在，原子的大小和電負性存在差異，這使得原子的堆積方式變得更為復雜。不同原子之間的相互作用導致了局部區(qū)域的原子排列呈現(xiàn)出短程有序的特征。研究表明，在Fe基非晶合金的液態(tài)結構中，存在著由Fe原子和其他合金元素原子組成的原子團簇。這些團簇內部的原子通過金屬鍵相互連接，形成了相對穩(wěn)定的結構。例如，在Fe-Si-B系非晶合金中，可能存在著以Fe原子為中心，周圍環(huán)繞著Si和B原子的團簇結構。這些團簇的尺寸通常在幾個納米到十幾個納米之間，它們在液態(tài)中不斷地形成、解體和重組，處于一種動態(tài)平衡的狀態(tài)。除了金屬鍵的作用外，F(xiàn)e原子的磁性相互作用對液態(tài)微觀結構也有著重要影響。Fe是一種具有強磁性的元素，其原子具有固有磁矩。在液態(tài)中，F(xiàn)e原子的磁矩之間會發(fā)生相互作用，這種相互作用使得Fe原子的排列不僅僅取決于原子間的幾何堆積，還受到磁矩取向的影響。當Fe原子的磁矩相互平行排列時，體系的磁能較低，因此在一定程度上會促使Fe原子在局部區(qū)域形成磁矩有序的結構。這種磁矩有序的區(qū)域與周圍原子的排列相互交織，進一步增加了液態(tài)結構的復雜性。磁性相互作用還會影響原子團簇的形成和穩(wěn)定性。具有相同磁矩取向的Fe原子更容易聚集在一起，形成相對穩(wěn)定的團簇結構，而不同磁矩取向的原子之間的相互作用則可能導致團簇的解體或重組?？偟膩碚f，F(xiàn)e基非晶合金液態(tài)下的原子排列是一種復雜的、動態(tài)的結構，既存在著由金屬鍵主導的短程有序結構，又受到磁性相互作用的影響，使得原子排列在局部區(qū)域呈現(xiàn)出磁矩有序的特征。這種獨特的液態(tài)微觀結構對Fe基非晶合金的凝固過程和固態(tài)性能有著重要的影響。2.1.2影響因素探討Fe基非晶合金液態(tài)微觀結構受到多種因素的影響，其中溫度和成分是兩個最為關鍵的因素。溫度對Fe基非晶合金液態(tài)微觀結構的影響十分顯著。隨著溫度的升高，原子的熱運動加劇，原子間的距離增大，相互作用減弱。在高溫下，液態(tài)中的原子團簇更容易解體，原子的排列更加無序，短程有序結構的尺寸和穩(wěn)定性都會降低。研究表明，當溫度升高到一定程度時，F(xiàn)e基非晶合金液態(tài)中的原子團簇會逐漸消失，原子排列趨近于理想的液態(tài)無序狀態(tài)。在對Fe-B-Si非晶合金的研究中發(fā)現(xiàn)，當溫度從液相線溫度逐漸升高時，液態(tài)中由Fe、B、Si原子組成的團簇尺寸逐漸減小，團簇的穩(wěn)定性也隨之降低，原子的擴散系數增大，表明原子的活動性增強，液態(tài)結構更加無序。相反，當溫度降低時，原子的熱運動減弱，原子間的相互作用增強，原子開始逐漸聚集形成短程有序結構。在接近凝固溫度時，原子的擴散速率降低，液態(tài)中的原子團簇逐漸穩(wěn)定下來，并且可能會發(fā)生聚集和長大，為后續(xù)的凝固過程奠定基礎。溫度的變化還會影響Fe原子的磁性相互作用。隨著溫度的降低，F(xiàn)e原子的磁矩有序度可能會增加，這會進一步影響原子的排列方式，使得液態(tài)微觀結構更加復雜。成分是另一個對Fe基非晶合金液態(tài)微觀結構產生重要影響的因素。合金中不同元素的種類、含量以及原子半徑、電負性等性質都會改變原子間的相互作用，從而影響液態(tài)微觀結構。不同元素的原子半徑差異會導致原子在堆積時形成不同的結構。當合金中存在較大原子和較小原子時，較小原子可能會填充在較大原子形成的空隙中，形成更為緊密的堆積結構。在Fe-Zr-B非晶合金中，Zr原子半徑較大，F(xiàn)e和B原子半徑相對較小，Zr原子形成骨架結構，F(xiàn)e和B原子填充其中，形成了獨特的短程有序結構。元素的電負性差異也會影響原子間的化學鍵合方式和相互作用強度。電負性差異較大的元素之間傾向于形成離子鍵或極性共價鍵，這種化學鍵的存在會改變原子的排列方式和團簇的穩(wěn)定性。在Fe基非晶合金中添加電負性較大的元素（如Si、P等），會與Fe原子形成較強的化學鍵，從而影響原子團簇的結構和液態(tài)的微觀結構。合金成分的變化還會影響Fe原子的磁性環(huán)境，進而影響磁性相互作用。添加一些磁性元素（如Co、Ni等）或非磁性元素（如Al、Si等），會改變Fe原子的磁矩大小和磁相互作用強度，導致液態(tài)中磁矩有序區(qū)域的變化，最終影響液態(tài)微觀結構。2.2固態(tài)微觀結構2.2.1短程有序與長程無序當Fe基非晶合金從液態(tài)冷卻轉變?yōu)楣虘B(tài)時，其原子排列的長程無序特征得以保留，同時短程有序結構也進一步穩(wěn)定下來。在固態(tài)Fe基非晶合金中，短程有序結構主要表現(xiàn)為原子團簇的形式，這些團簇通常由幾個到幾十個原子組成，團簇內原子之間通過金屬鍵相互作用，形成相對穩(wěn)定的結構單元。在Fe-B-Si系非晶合金的固態(tài)結構中，存在著以Fe原子為中心，周圍環(huán)繞著B和Si原子的團簇。這些團簇的尺寸一般在1-3納米之間，團簇內原子的配位情況和鍵長、鍵角具有一定的規(guī)律性，體現(xiàn)了短程有序的特征。不同團簇之間的排列則是無序的，不存在周期性的晶格結構，這使得Fe基非晶合金在宏觀上呈現(xiàn)出長程無序的狀態(tài)。Fe原子的磁矩在固態(tài)非晶合金中也起著重要作用，它們之間的相互作用形成了一種特殊的磁性結構。由于原子排列的無序性，F(xiàn)e原子的磁矩方向在局部區(qū)域呈現(xiàn)出一定的隨機性，但在一定范圍內又存在著相互關聯(lián)，使得磁矩的分布既不是完全無序，也不是像晶體那樣具有規(guī)則的排列。這種特殊的磁性結構使得Fe基非晶合金具有優(yōu)異的軟磁性能，如低矯頑力、高磁導率等。研究表明，在Fe基非晶合金中，磁矩的取向與原子團簇的結構和分布密切相關。一些原子團簇可能會形成具有相同磁矩取向的區(qū)域，這些區(qū)域之間通過磁相互作用相互影響，共同決定了合金的磁性。當外界施加磁場時，這些磁矩會在外磁場的作用下發(fā)生取向變化，從而表現(xiàn)出良好的軟磁響應特性。2.2.2微觀結構的表征方法為了深入研究Fe基非晶合金的固態(tài)微觀結構，需要采用多種實驗表征方法。X射線衍射（XRD）是一種常用的結構分析方法，它利用X射線與晶體中原子的相互作用，通過測量衍射花樣來確定晶體的結構信息。對于Fe基非晶合金，由于其原子排列的長程無序性，XRD圖譜呈現(xiàn)出寬化的漫散射峰，沒有明顯的晶體衍射峰。通過對漫散射峰的分析，可以獲得關于原子間距離、短程有序結構的信息。通過對XRD圖譜中漫散射峰的位置和強度進行分析，可以計算出Fe基非晶合金中原子的平均配位數和原子間距離，從而了解短程有序結構的特征。透射電子顯微鏡（Temuujin等人，2015）也是研究Fe基非晶合金微觀結構的重要工具。它可以直接觀察到合金的微觀形貌和原子排列情況。在Temuujin等人的研究中，通過Temuujin等人，2015觀察Fe78Si9B13非晶合金的微觀結構，發(fā)現(xiàn)了納米級別的團簇結構，并對團簇的尺寸、形狀和分布進行了詳細分析。高分辨透射電子顯微鏡（HRTemuujin等人，2015）還可以提供原子尺度的結構信息，通過觀察原子的排列圖像，可以更直觀地了解短程有序結構的細節(jié)。掃描電子顯微鏡（SEM）主要用于觀察材料的表面形貌和斷口特征。在研究Fe基非晶合金時，SEM可以幫助我們了解合金的表面微觀結構、缺陷情況以及不同相之間的分布關系。通過對Fe基非晶合金的斷口進行SEM觀察，可以分析斷口的形貌特征，如韌窩、解理面等，從而推斷合金的斷裂機制和力學性能。擴展X射線吸收精細結構（EXAFS）技術則可以提供關于原子周圍配位環(huán)境的詳細信息。通過測量X射線吸收邊附近的精細結構，可以確定原子的配位原子種類、數量以及原子間距離等參數，這對于深入理解Fe基非晶合金中原子的短程有序結構和化學鍵合情況具有重要意義。Zhao等人通過EXAFS技術研究了Fe基非晶合金中Fe原子的配位環(huán)境，發(fā)現(xiàn)Fe原子周圍的配位原子種類和數量對合金的性能有著重要影響。三、Fe基非晶合金涂層的微結構3.1涂層制備工藝對微結構的影響3.1.1大氣等離子噴涂大氣等離子噴涂（APS）是制備Fe基非晶合金涂層的常用方法之一。在大氣等離子噴涂過程中，將Fe基非晶合金粉末送入高溫等離子射流中，粉末迅速被加熱熔化或半熔化，隨后高速撞擊基體表面并扁平化，層層堆積形成涂層。這一過程中，工藝參數如等離子噴涂電流、電壓、噴涂距離、送粉速率等對涂層的微結構有著顯著影響。等離子噴涂電流和電壓直接決定了等離子射流的能量和溫度。當電流和電壓增加時，等離子射流的溫度升高，粉末顆粒能夠獲得更高的熱量，從而更充分地熔化。這使得涂層中熔化的顆粒增多，涂層的致密性提高。但是，過高的溫度也可能導致粉末顆粒過度熔化，甚至發(fā)生蒸發(fā)，使得涂層中的元素燒損，從而改變涂層的化學成分和相組成。研究表明，在一定范圍內增加等離子噴涂電流，涂層的非晶含量會先增加后減少。當電流較低時，粉末熔化不充分，涂層中存在較多的未熔化顆粒，這些顆粒會成為晶化的核心，降低涂層的非晶含量；而當電流過高時，元素燒損嚴重，也不利于非晶相的形成。噴涂距離是指噴槍噴嘴到基體表面的距離，它對粉末顆粒的飛行速度和溫度有著重要影響。合適的噴涂距離能夠保證粉末顆粒在到達基體表面時具有適當的溫度和速度。如果噴涂距離過短，粉末顆粒在等離子射流中停留的時間較短，未能充分熔化，會導致涂層中存在較多的孔隙和未熔化顆粒，降低涂層的質量；而如果噴涂距離過長，粉末顆粒在飛行過程中會與周圍空氣發(fā)生較多的熱交換，溫度降低，可能會在到達基體表面之前就已經凝固，同樣會影響涂層的致密性和結合強度。葉福興等人通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，在等離子噴涂電流為550A、噴涂電壓為55V時，噴涂距離為110mm時所制備的涂層孔隙率為1.19％，顯微硬度為717HV0.1，具有較好的綜合性能。送粉速率也會影響涂層的微結構。送粉速率過低，會導致涂層沉積效率低，涂層厚度不均勻；而送粉速率過高，粉末顆粒在等離子射流中不能充分熔化，會使涂層中未熔化顆粒增多，孔隙率增大。因此，需要根據具體的工藝條件，選擇合適的送粉速率，以獲得質量良好的Fe基非晶合金涂層。3.1.2超音速火焰噴涂超音速火焰噴涂（HVOF）是另一種制備Fe基非晶合金涂層的重要方法，其具有高速和相對較低溫度的特點，這使得該工藝在制備Fe基非晶合金涂層時展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢和涂層結構特征。在超音速火焰噴涂過程中，燃燒氣體（如乙炔、丙烷等）與氧氣在燃燒室中混合燃燒，產生高溫高壓的燃氣流。Fe基非晶合金粉末通過送粉器送入燃氣流中，在高速燃氣的帶動下，粉末顆粒被加速到超音速，并被加熱至熔化或半熔化狀態(tài)。隨后，這些高速飛行的顆粒撞擊基體表面，發(fā)生塑性變形并扁平化，逐層堆積形成涂層。與其他噴涂方法相比，HVOF制備的Fe基非晶合金涂層具有一些顯著的結構特點。涂層具有較高的致密度。由于粉末顆粒在高速撞擊基體表面時具有較大的動能，能夠充分變形并緊密堆積，使得涂層的孔隙率較低。相關研究表明，HVOF制備的Fe基非晶合金涂層孔隙率可低至2%左右，這使得涂層具有良好的耐磨性和耐腐蝕性。涂層中的非晶含量較高。相對較低的火焰溫度可以減少粉末顆粒在噴涂過程中的晶化程度，有利于保持非晶相的穩(wěn)定性，從而獲得高非晶含量的涂層。周正等人利用HVOF技術在1Cr18Ni9Ti不銹鋼基體上制備的Fe基非晶合金涂層具有較高的非晶含量。HVOF制備的Fe基非晶合金涂層的形成機制主要與粉末顆粒的加熱、加速和撞擊過程密切相關。在加熱階段，粉末顆粒在高溫燃氣流中迅速吸收熱量，溫度升高。由于燃氣流的速度極高，粉末顆粒在短時間內被加熱，這使得粉末內部的原子來不及進行長程擴散和有序排列，從而有利于保持非晶態(tài)結構。在加速階段，高速燃氣賦予粉末顆粒極高的速度，使其具有較大的動能。當這些高速顆粒撞擊基體表面時，巨大的動能轉化為熱能和塑性變形能，使得顆粒在極短的時間內發(fā)生塑性變形并扁平化。這種快速的變形和冷卻過程進一步抑制了晶化的發(fā)生，促進了非晶涂層的形成。涂層的微觀結構還受到多種工藝參數的影響。燃料與氧氣的比例會影響火焰的溫度和速度，進而影響粉末顆粒的加熱和加速效果。合適的燃料與氧氣比例能夠提供最佳的火焰條件，使粉末顆粒達到理想的熔化和加速狀態(tài)，從而獲得高質量的涂層。噴涂距離和送粉速率也對涂層結構有重要影響。噴涂距離過短，可能導致涂層過熱和氧化；噴涂距離過長，則會使粉末顆粒的速度和溫度降低，影響涂層的質量。送粉速率過高或過低都會導致涂層厚度不均勻、孔隙率增加等問題。因此，在HVOF制備Fe基非晶合金涂層時，需要精確控制各種工藝參數，以獲得具有理想微觀結構和性能的涂層。3.1.3激光熔覆激光熔覆是一種利用高能激光束將合金粉末與基體表面快速熔化并凝固，從而在基體表面形成冶金結合涂層的技術。在制備Fe基非晶復合涂層時，激光熔覆具有獨特的優(yōu)勢，能夠實現(xiàn)快速加熱和冷卻，有利于非晶相的形成。但該過程中，激光掃描速度、激光功率、送粉速率等工藝參數對涂層的組織結構有著顯著影響。激光掃描速度是影響涂層組織結構的關鍵因素之一。當激光掃描速度較低時，激光作用于涂層的時間較長，涂層吸收的能量較多，熔池的溫度較高且存在時間較長。這使得原子有足夠的時間進行擴散和遷移，容易導致晶化現(xiàn)象的發(fā)生，涂層中的非晶相含量相對較低。同時，較低的掃描速度還可能使熔池中的液態(tài)金屬在重力和表面張力的作用下發(fā)生流動和混合，導致涂層組織不均勻，可能出現(xiàn)粗大的晶粒和樹枝晶結構。魯青龍等人研究了激光熔覆制備Fe-Cr-Si-P非晶復合涂層時發(fā)現(xiàn)，當激光功率為3.6kW，掃描速度低于500mm/min時，隨著掃描速度的增加，結合區(qū)樹枝晶的外延生長速度得到有效抑制，涂層中非晶相的含量增加。當掃描速度為400mm/min時，熔覆層中非晶含量最多，約占整個涂層的47.3％，此時涂層的顯微硬度、耐蝕以及耐磨性能也相應增強。相反，當激光掃描速度過高時，激光作用時間過短，粉末可能無法充分熔化，導致涂層中存在較多的未熔顆粒，這些未熔顆粒會降低涂層的致密度和結合強度，同時也可能成為涂層中的缺陷源，影響涂層的性能。合適的激光掃描速度能夠在保證粉末充分熔化的前提下，實現(xiàn)快速冷卻，抑制晶化過程，從而獲得高非晶含量且組織均勻的涂層。激光功率同樣對涂層組織結構有重要影響。較高的激光功率能夠提供更多的能量，使粉末迅速熔化，并使熔池具有較高的溫度。這有助于提高涂層與基體的結合強度，但過高的激光功率會導致熔池過熱，增加晶化的傾向，同時也可能使涂層中的元素發(fā)生燒損，改變涂層的化學成分和性能。較低的激光功率則可能導致粉末熔化不充分，涂層質量下降。因此，需要根據具體的合金成分和涂層要求，合理選擇激光功率，以獲得理想的涂層組織結構和性能。送粉速率也會對涂層組織結構產生影響。送粉速率過低，涂層的沉積效率低，難以獲得足夠厚度的涂層；送粉速率過高，粉末在熔池中堆積過多，可能導致粉末熔化不完全，使涂層中出現(xiàn)孔隙、夾雜等缺陷，影響涂層的質量和性能。在激光熔覆制備Fe基非晶復合涂層時，需要綜合考慮各種工藝參數的相互作用，通過優(yōu)化工藝參數來獲得組織結構優(yōu)良、性能優(yōu)異的涂層。3.2涂層微觀結構的特點與分析3.2.1層狀結構與孔隙特征Fe基非晶合金涂層呈現(xiàn)出典型的層狀組織結構，這是由其制備工藝決定的。在大氣等離子噴涂、超音速火焰噴涂以及激光熔覆等制備過程中，熔化或半熔化的粉末顆粒逐次撞擊基體表面并扁平化，層層堆積形成涂層。在大氣等離子噴涂制備的Fe基非晶合金涂層中，通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察可以清晰地看到明顯的層狀結構。這些層狀結構是由扁平的粒子相互堆疊而成，每層粒子的厚度和形狀受到噴涂過程中粉末顆粒的熔化狀態(tài)、飛行速度以及撞擊角度等因素的影響。涂層中還存在一定數量的孔隙，這些孔隙的形成原因較為復雜。一方面，粉末顆粒在熔化和飛行過程中，可能會包裹一些氣體，當這些顆粒沉積到涂層中時，氣體無法完全逸出，從而形成孔隙；另一方面，噴涂過程中的工藝參數如噴涂距離、送粉速率等不合適，可能導致粉末顆粒之間的結合不緊密，也會產生孔隙?？紫堵蕦ν繉有阅苡兄@著的影響。涂層中的孔隙會降低涂層的致密性，從而影響涂層的力學性能和耐腐蝕性能?？紫兜拇嬖跁魅跬繉拥某休d能力，在受到外力作用時，孔隙周圍容易產生應力集中，導致涂層過早發(fā)生破壞，降低涂層的耐磨性和強度?？紫哆€會為腐蝕介質提供通道，加速涂層的腐蝕過程，降低涂層的耐腐蝕性能。研究表明，當Fe基非晶合金涂層的孔隙率從1%增加到5%時，其在3.5%NaCl溶液中的腐蝕電流密度會顯著增大，耐腐蝕性能明顯下降。3.2.2晶相組織與非晶相比例Fe基非晶合金涂層中通常存在晶相組織和非晶相，它們的存在形式和比例對涂層性能有著重要作用。在一些激光熔覆制備的Fe基非晶復合涂層中，通過X射線衍射（XRD）分析可以發(fā)現(xiàn)，涂層中除了非晶相的寬化漫散射峰外，還存在一些尖銳的晶體衍射峰，表明涂層中存在晶相組織。這些晶相可能是在熔覆過程中，由于冷卻速度不夠快或局部過熱等原因，導致部分非晶相發(fā)生晶化而形成的。晶相的種類和含量與合金成分、制備工藝密切相關。在Fe-Cr-Si-P非晶復合涂層中，晶相可能包括Fe3P、Fe2Si等金屬間化合物相，它們的存在會改變涂層的力學性能和物理性能。非晶相在Fe基非晶合金涂層中起著關鍵作用，它賦予了涂層許多優(yōu)異的性能，如高強度、高硬度、良好的耐腐蝕性等。非晶相的原子排列長程無序，不存在晶界、位錯等晶體缺陷，這使得非晶相具有較高的強度和硬度。同時，非晶相的均勻結構也有利于提高涂層的耐腐蝕性，因為不存在晶界等缺陷，腐蝕介質難以沿著這些薄弱部位滲透和擴散。涂層中非晶相的比例對涂層性能有著顯著影響。當非晶相比例較高時，涂層的綜合性能較好；而當非晶相比例降低，晶相比例增加時，涂層的性能可能會發(fā)生變化，如硬度和耐腐蝕性可能會下降，而韌性可能會有所提高。在研究激光熔覆Fe基非晶復合涂層時發(fā)現(xiàn)，當涂層中非晶相含量從60%降低到40%時，涂層的顯微硬度從800HV降低到600HV，在1mol/LH?SO?溶液中的腐蝕電位從-0.3V負移到-0.5V，耐腐蝕性能下降。四、Fe基非晶合金及其涂層的熱傳導性能4.1Fe基非晶合金的熱傳導性能4.1.1熱傳導機制理論Fe基非晶合金的熱傳導機制主要涉及電子傳導和聲子傳導。在金屬材料中，電子在熱傳導過程中起著重要作用。對于Fe基非晶合金而言，其內部存在著大量的自由電子，這些自由電子在溫度梯度的作用下會發(fā)生定向移動，從而攜帶熱量實現(xiàn)熱傳導。與晶體金屬相比，F(xiàn)e基非晶合金中原子排列的長程無序性使得電子在運動過程中會頻繁地與原子發(fā)生散射。這種散射作用增加了電子運動的阻力，使得電子的平均自由程減小，進而影響了電子對熱傳導的貢獻。聲子是晶格振動的能量量子，在Fe基非晶合金的熱傳導中同樣扮演著關鍵角色。由于非晶合金沒有周期性的晶格結構，其聲子譜與晶體材料有顯著差異。在晶體中，聲子的傳播具有一定的方向性和周期性，而在Fe基非晶合金中，原子的無序排列導致聲子的散射更加劇烈。聲子在傳播過程中會與各種微觀結構缺陷（如原子的不規(guī)則排列、短程有序結構等）相互作用，使得聲子的平均自由程大幅縮短。這種強烈的聲子散射使得聲子在非晶合金中的熱傳導效率降低，導致Fe基非晶合金的熱導率相對較低。與晶體材料相比，F(xiàn)e基非晶合金熱傳導機制的差異主要體現(xiàn)在電子和聲子的散射情況上。在晶體中，原子的規(guī)則排列使得電子和聲子的散射相對較弱，電子和聲子能夠較為順暢地傳播，因此晶體材料通常具有較高的熱導率。而Fe基非晶合金中原子的無序排列增加了電子和聲子的散射幾率，阻礙了它們的傳播，導致熱導率下降。晶體中的聲子具有明確的色散關系，其頻率和波矢之間存在著特定的函數關系，這使得聲子在晶體中的傳播具有較好的規(guī)律性。而在Fe基非晶合金中，由于原子排列的無序性，聲子的色散關系變得模糊，聲子的傳播行為更加復雜，進一步影響了熱傳導性能。4.1.2影響熱傳導性能的因素Fe基非晶合金的熱傳導性能受到多種因素的綜合影響，其中成分、溫度和微觀結構是最為關鍵的因素。成分對Fe基非晶合金熱傳導性能的影響十分顯著。不同元素的加入會改變合金的電子結構和原子間相互作用，從而影響電子和聲子的傳導過程。在Fe基非晶合金中添加類金屬元素（如B、Si、P等），這些元素的外層電子結構與Fe原子不同，會改變合金的電子云分布，進而影響電子的運動狀態(tài)。類金屬元素的加入還會導致原子尺寸的變化，使得原子排列更加無序，增加了電子和聲子的散射幾率，從而降低熱導率。研究表明，隨著B元素含量的增加，F(xiàn)e基非晶合金的熱導率逐漸降低。這是因為B原子的半徑較小，它的加入破壞了Fe原子的有序排列，使得電子和聲子在傳播過程中更容易受到散射，阻礙了熱傳導。溫度也是影響Fe基非晶合金熱傳導性能的重要因素。隨著溫度的升高，F(xiàn)e基非晶合金中原子的熱運動加劇，聲子的振動頻率和振幅增大。這使得聲子之間的相互作用增強，聲子散射幾率增加，導致聲子的平均自由程減小，熱導率降低。在低溫范圍內，電子對熱傳導的貢獻相對較大，隨著溫度升高，聲子散射逐漸增強，聲子對熱傳導的影響逐漸占據主導地位。當溫度升高到一定程度時，電子和聲子的散射效應都會顯著增強，使得熱導率急劇下降。在對Fe基非晶合金熱導率的研究中發(fā)現(xiàn)，在室溫到500K的溫度范圍內，熱導率隨著溫度的升高而逐漸降低，且降低的速率逐漸增大。微觀結構對Fe基非晶合金熱傳導性能的影響也不容忽視。非晶合金中的短程有序結構、原子團簇以及可能存在的微區(qū)不均勻性等微觀結構特征都會對熱傳導產生影響。短程有序結構的存在會導致原子排列在局部區(qū)域具有一定的規(guī)律性，這可能會影響聲子的散射行為。如果短程有序結構的尺寸和分布與聲子的波長相當，就會發(fā)生強烈的聲子散射，降低熱導率。原子團簇的性質和分布也會影響熱傳導性能。不同元素組成的原子團簇，其內部的原子間相互作用和電子結構與周圍基體不同，會成為電子和聲子散射的中心，阻礙熱傳導。非晶合金中的微區(qū)不均勻性，如成分偏析、密度起伏等，也會導致熱傳導性能的變化。這些微區(qū)不均勻性會產生額外的散射源，使得電子和聲子在傳播過程中受到更多的阻礙，從而降低熱導率。4.2Fe基非晶合金涂層的熱傳導性能4.2.1涂層熱傳導性能的測試方法目前，用于測試Fe基非晶合金涂層熱傳導性能的實驗方法主要有激光閃光法和穩(wěn)態(tài)熱流法。激光閃光法是一種常用的非穩(wěn)態(tài)測試方法，具有測試速度快、精度高、適用范圍廣等優(yōu)點，能夠準確地測量Fe基非晶合金涂層的熱擴散率和熱導率。在測試過程中，將涂層樣品加工成一定尺寸的薄片，放置在樣品臺上，用高強度的激光脈沖瞬間照射樣品的一側表面，使樣品表面吸收激光能量而迅速升溫。由于熱量會從高溫的表面向低溫的內部傳導，通過安裝在樣品另一側的紅外探測器測量樣品背面溫度隨時間的變化曲線，根據熱擴散理論，利用特定的數學模型對溫度-時間曲線進行分析，從而計算出樣品的熱擴散率。再結合樣品的比熱容和密度等參數，就可以進一步計算得到熱導率。穩(wěn)態(tài)熱流法也是一種重要的測試方法，該方法基于傅里葉熱傳導定律，在穩(wěn)態(tài)條件下，通過測量樣品兩側的溫度差以及通過樣品的熱流密度，從而計算出熱導率。在實際操作中，將Fe基非晶合金涂層樣品置于一個穩(wěn)定的溫度梯度場中，使熱量在樣品中穩(wěn)定地傳導。通過高精度的溫度傳感器測量樣品兩側的溫度，利用熱流計測量通過樣品的熱流密度，根據傅里葉熱傳導定律公式q=-\lambda\frac{dT}{dx}（其中q為熱流密度，\lambda為熱導率，\frac{dT}{dx}為溫度梯度），就可以計算出涂層的熱導率。穩(wěn)態(tài)熱流法適用于測量熱導率較大的材料，對于Fe基非晶合金涂層，當涂層的熱導率相對較高時，采用穩(wěn)態(tài)熱流法可以獲得較為準確的測試結果。該方法對實驗設備和測試條件的要求較高，測試過程相對復雜，需要較長的時間來達到穩(wěn)態(tài)條件，這在一定程度上限制了其應用范圍。4.2.2涂層結構與熱傳導性能的關系Fe基非晶合金涂層的微觀結構對其熱傳導性能有著顯著的影響。涂層中的層狀結構和孔隙特征是影響熱傳導性能的重要因素。如前文所述，F(xiàn)e基非晶合金涂層呈現(xiàn)出典型的層狀組織結構，這種層狀結構會對熱傳導產生阻礙作用。由于層與層之間存在界面，這些界面的存在增加了熱阻，使得熱量在傳遞過程中需要克服更多的阻力，從而降低了熱傳導效率。研究表明，當涂層的層狀結構較為明顯，層間結合不夠緊密時，熱導率會明顯下降。涂層中的孔隙同樣會對熱傳導性能產生負面影響。孔隙的存在使得涂層的實際熱傳導路徑變得曲折，熱量在通過孔隙時會發(fā)生散射和反射，從而增加了熱傳導的難度。孔隙還會降低涂層的有效導熱截面積，進一步降低熱導率。當涂層的孔隙率從1%增加到5%時，其熱導率可能會降低20%-30%。因此，減少涂層中的孔隙率，提高涂層的致密性，對于提高涂層的熱傳導性能至關重要?？梢酝ㄟ^優(yōu)化制備工藝參數，如調整噴涂功率、噴涂距離、送粉速率等，來減少孔隙的產生，提高涂層的質量。晶相組織和非晶相比例也是影響Fe基非晶合金涂層熱傳導性能的關鍵因素。如前所述，F(xiàn)e基非晶合金涂層中通常存在晶相組織和非晶相，它們的存在形式和比例會改變涂層的熱傳導機制。晶相具有規(guī)則的晶格結構，聲子在晶相中的傳播相對較為順暢，熱導率相對較高；而非晶相的原子排列長程無序，聲子散射強烈，熱導率較低。當涂層中非晶相比例較高時，整體熱導率會相對較低；隨著晶相比例的增加，熱導率會有所提高。但晶相的增加也可能會導致涂層的其他性能下降，如耐腐蝕性、硬度等，因此需要在熱傳導性能和其他性能之間進行綜合考慮和平衡。在實際應用中，可以通過控制制備工藝和熱處理條件，來調整涂層中晶相和非晶相的比例，以滿足不同的性能需求。五、微結構與熱傳導性能的關系5.1Fe基非晶合金微結構對熱傳導性能的影響5.1.1原子排列與熱傳導Fe基非晶合金原子排列呈現(xiàn)出短程有序而長程無序的獨特狀態(tài)，這種特殊的原子排列方式對熱傳導過程中的電子和聲子散射產生了顯著影響。在熱傳導過程中，電子和聲子是熱量傳遞的主要載體。對于電子而言，其在晶體材料中運動時，由于晶體具有規(guī)則的晶格結構，電子可以在晶格中較為順暢地傳播，散射幾率相對較低。而在Fe基非晶合金中，原子排列的長程無序性使得電子在運動過程中頻繁地與周圍原子發(fā)生碰撞和散射。這種散射作用就像在電子的運動路徑上設置了無數的障礙，使得電子的平均自由程大幅減小。電子平均自由程的減小意味著電子在單位時間內能夠傳遞熱量的距離縮短，從而降低了電子對熱傳導的貢獻。當電子在非晶合金中運動時，遇到的原子排列不規(guī)則，電子的散射幾率比在晶體中增加了數倍，導致電子的平均自由程從晶體中的幾十納米減小到非晶合金中的幾納米甚至更小，進而顯著降低了熱導率。聲子在Fe基非晶合金中的傳播同樣受到原子排列的影響。聲子是晶格振動的能量量子，在晶體中，晶格的周期性排列使得聲子能夠以較為規(guī)則的方式傳播，具有明確的色散關系，聲子的散射主要來源于晶格振動的相互作用以及雜質、缺陷等因素。而在Fe基非晶合金中，由于原子排列的無序性，不存在規(guī)則的晶格結構，聲子的傳播路徑變得雜亂無章。聲子在傳播過程中會與各種微觀結構缺陷，如原子的不規(guī)則排列、短程有序結構等相互作用，發(fā)生強烈的散射。這種強烈的聲子散射使得聲子的平均自由程大幅縮短，嚴重阻礙了聲子的熱傳導過程。研究表明，F(xiàn)e基非晶合金中聲子的平均自由程比晶體材料中要小一個數量級以上，這是導致Fe基非晶合金熱導率較低的重要原因之一。短程有序結構雖然在局部區(qū)域存在一定的原子排列規(guī)則性，但這種規(guī)則性與晶體的長程有序不同，它在整體的無序結構中形成了一些特殊的散射中心。聲子在傳播到這些短程有序結構區(qū)域時，會因為原子排列的差異而發(fā)生散射，進一步降低了聲子的傳播效率。因此，F(xiàn)e基非晶合金原子排列的長程無序和短程有序特征共同作用，通過增強電子和聲子的散射，顯著影響了熱傳導性能，使得Fe基非晶合金的熱導率低于晶體材料。5.1.2磁性結構與熱傳導Fe基非晶合金中存在著特殊的磁性結構，這種磁性結構對其熱傳導性能有著獨特的影響機制。Fe原子具有固有磁矩，在Fe基非晶合金中，這些磁矩之間存在著相互作用，形成了復雜的磁性結構。磁性結構對熱傳導性能的影響主要體現(xiàn)在磁振子的作用上。磁振子是磁性材料中自旋波的量子，它在熱傳導過程中扮演著重要角色。在Fe基非晶合金中，磁振子與聲子、電子之間存在著相互耦合作用。這種耦合作用會影響熱傳導過程中能量的傳遞方式和效率。當磁振子與聲子發(fā)生耦合時，會改變聲子的散射特性。由于磁振子的存在，聲子在傳播過程中除了與原子的不規(guī)則排列等微觀結構缺陷相互作用外，還會與磁振子發(fā)生相互作用，從而增加了聲子的散射幾率。這種額外的散射會進一步降低聲子的平均自由程，使得聲子熱傳導受到阻礙，進而影響了合金的熱導率。磁性結構的變化也會對熱傳導性能產生影響。在外界磁場的作用下，F(xiàn)e基非晶合金的磁性結構會發(fā)生改變，磁矩的取向會發(fā)生調整。這種磁性結構的變化會導致磁振子的性質和分布發(fā)生改變，進而影響磁振子與聲子、電子之間的耦合作用。當施加一定強度的磁場時，磁矩的取向更加有序，磁振子的激發(fā)和傳播特性發(fā)生變化，這可能會導致聲子散射情況的改變，從而對熱導率產生影響。研究表明，在某些情況下，適當的磁場作用可以改變Fe基非晶合金的熱導率，這進一步說明了磁性結構與熱傳導性能之間存在著密切的聯(lián)系。此外，F(xiàn)e基非晶合金中的磁性轉變溫度（如居里溫度）也與熱傳導性能相關。當溫度接近居里溫度時，合金的磁性結構會發(fā)生劇烈變化，磁振子的行為也會發(fā)生顯著改變。這種磁性結構的轉變會對聲子和電子的熱傳導過程產生影響，導致熱導率在居里溫度附近出現(xiàn)異常變化。因此，磁性結構是影響Fe基非晶合金熱傳導性能的重要因素之一，深入研究磁性結構與熱傳導性能之間的關系，對于理解Fe基非晶合金的熱學性質具有重要意義。5.2Fe基非晶合金涂層微結構對熱傳導性能的影響5.2.1層狀結構與熱阻Fe基非晶合金涂層的層狀結構是其微觀結構的重要特征之一，對熱傳導性能有著顯著的影響。如前文所述，在涂層制備過程中，熔化或半熔化的粉末顆粒逐次撞擊基體表面并扁平化，層層堆積形成了典型的層狀組織結構。這種層狀結構使得熱量在涂層中的傳導路徑變得復雜，增加了熱阻。從熱傳導的微觀過程來看，當熱量沿著涂層傳遞時，需要穿過一層又一層的粒子界面。這些界面處的原子排列與涂層內部的原子排列存在差異，原子間的結合力也相對較弱。熱量在通過界面時，會發(fā)生散射和反射現(xiàn)象，導致部分熱量無法順利地沿著原來的方向傳遞，從而增加了熱傳導的阻力。這種界面散射效應類似于在電子傳導過程中晶界對電子的散射作用，使得熱傳導效率降低。研究表明，當涂層的層狀結構較為明顯，層間結合不夠緊密時，界面處的熱阻會顯著增大，熱導率會明顯下降。在大氣等離子噴涂制備的Fe基非晶合金涂層中，如果噴涂工藝參數控制不當，導致涂層的層間結合不緊密，存在較多的微小縫隙，那么熱導率可能會降低10%-20%。涂層的層狀結構還會影響熱傳導的方向性。由于層狀結構的存在，熱量在平行于涂層層面方向和垂直于涂層層面方向的傳導路徑和熱阻不同，從而導致熱導率呈現(xiàn)各向異性。在平行于涂層層面方向，熱量主要沿著粒子的平面方向傳導，相對來說傳導路徑較為順暢，熱阻較??；而在垂直于涂層層面方向，熱量需要不斷地穿過粒子界面，傳導路徑曲折，熱阻較大。這種熱導率的各向異性在實際應用中需要引起重視，例如在一些需要均勻散熱的場合，如果涂層的熱導率各向異性過大，可能會導致熱量分布不均勻，影響設備的正常運行。因此，優(yōu)化涂層的制備工藝，改善層狀結構，減小層間熱阻，對于提高Fe基非晶合金涂層的熱傳導性能具有重要意義。5.2.2晶相和非晶相比例的作用Fe基非晶合金涂層中晶相和非晶相的比例是影響其熱傳導性能的關鍵因素之一。如前文所述，F(xiàn)e基非晶合金涂層通常由晶相組織和非晶相組成，它們的存在形式和比例對熱傳導機制產生重要影響。晶相具有規(guī)則的晶格結構，原子排列有序，聲子在其中的傳播相對較為順暢。在晶相中，聲子的散射主要來源于晶格振動的相互作用以及雜質、缺陷等因素，相比于非晶相，其聲子散射幾率較小，因此晶相的熱導率相對較高。研究表明，在一些含有晶相的Fe基非晶合金涂層中，晶相的熱導率可以達到非晶相熱導率的數倍。非晶相的原子排列長程無序，存在大量的微觀結構缺陷，如原子的不規(guī)則排列、短程有序結構等，這些缺陷會強烈地散射聲子，使得聲子的平均自由程大幅縮短，熱導率較低。當涂層中非晶相比例較高時，整體熱導率會相對較低。隨著非晶相比例的增加，聲子散射增強，熱量傳遞受到更大的阻礙，熱導率進一步降低。在激光熔覆制備的Fe基非晶復合涂層中，當非晶相含量從40%增加到60%時，涂層的熱導率可能會降低30%-40%。相反，隨著晶相比例的增加，熱導率會有所提高。晶相比例的增加意味著更多的熱量可以通過晶相較為高效地傳導，從而提高了整體的熱傳導性能。但晶相的增加也可能會帶來一些負面影響，如導致涂層的耐腐蝕性、硬度等性能下降。因為晶界的存在可能會成為腐蝕介質的滲透通道，降低涂層的耐腐蝕性能；晶相的形成還可能改變涂層的組織結構，影響其硬度和耐磨性。因此，在實際應用中，需要在熱傳導性能和其他性能之間進行綜合考慮和平衡，通過控制制備工藝和熱處理條件，來調整涂層中晶相和非晶相的比例，以滿足不同的性能需求。例如，在一些