純鎂和二元鎂合金的導熱行為研究.pdf

1、輕質、高導熱的鎂合金是非常有潛力的空間低溫材料以及電子產(chǎn)品散熱器材料。為了開發(fā)高導熱的鎂合金，本文制備了不同含量的5種二元鎂合金來研究合金元素對于熱導率的影響，并且通過擠壓和退火處理來改變純鎂及二元鎂合金的顯微組織，系統(tǒng)地研究晶粒度、織構、孿晶等對純鎂及鎂合金熱導率的影響。采用縱向穩(wěn)態(tài)熱流法測試了純鎂和二元鎂合金在2-300K的低溫熱導率與電阻率，通過閃光法測量了純鎂和二元鎂合金在300-573K的高溫熱擴散系數(shù)和熱導率；利用光學顯微鏡

2、(OM)觀察微觀組織的變化；采用電子背散射(EBSD)分析了織構和孿晶的演變。根據(jù)各因素的影響規(guī)律，揭示了鎂合金熱導率的內(nèi)在機理，從而為高導熱鎂合金的開發(fā)和應用提供了理論指導。
　　純鎂在30-40K的溫度區(qū)域出現(xiàn)熱導率的峰值，該峰值是由于電子-缺陷散射以及電子-聲子散射相互競爭所導致的。織構對于純鎂的低溫熱導率影響不大，但是對于電阻率的影響隨著溫度的增加有增大的趨勢；晶粒度對于純鎂低溫熱導率的峰值高度(即熱導率的極大值)有顯著影

3、響，隨著晶粒度的增加，純鎂的熱導率峰值增加，這與晶粒度的增加減弱了晶界對于電子的散射作用有關。
　　添加了合金元素后，除了低Zn含量的Mg-Zn系合金以外，其他的鑄態(tài)二元合金的熱導率在30-40K都沒有明顯峰值出現(xiàn)，這是由于合金元素的添加造成了晶格的畸變，抑制了熱導率峰值的出現(xiàn)。Mg-Al，Mg-Zn和Mg-Mn三種鑄態(tài)二元系鎂合金的低溫熱導率都隨著合金元素含量的增加而降低，但是降低的幅度明顯不同。Mg-Al和Mg-Zn二元合金的

4、電阻率在20K以下基本保持不變，而Mg-Mn合金在30K左右出現(xiàn)電阻率的極小值，出現(xiàn)Kondo效應。隨著溫度的增加，三種合金系的電阻率均隨著溫度的升高而線性增加。但是電阻率的溫度系數(shù)并不相同，而是與添加合金元素的種類和含量相關。
　　討論了魏德曼-弗蘭茲定律的適用條件，驗證了魏德曼-弗蘭茲定律在低溫區(qū)的不適用性，提出了描述低溫熱導率的公式κ=(A/T+BT2)-1+CT2，該公式不僅僅適用于二元鎂合金，還可以用來描述其他合金體系，

5、如銅合金和鋁合金等。隨著合金元素含量的增加，電子-缺陷散射，電子-聲子散射和聲子-缺陷散射都有所增強。利用擬合后的結果，還可以分離電子熱導率和聲子熱導率，對它們分別進行研究。電子熱導率隨著合金元素含量的增加而大幅下降，聲子熱導率則變化幅度不大；隨著溫度的增加，電子熱導率占總熱導率的比例下降，聲子熱導率的比例上升。
　　與純鎂相比，各鑄態(tài)二元鎂合金的高溫熱導率均有所降低，而且熱導率隨著合金元素含量的增加而下降。經(jīng)過擠壓后，擠壓態(tài)二元

6、鎂合金的熱導率呈現(xiàn)各向異性，平行擠壓方向的熱導率要明顯低于垂直擠壓方向的熱導率，這是由于擠壓后形成了基面平行擠壓方向的織構，而基面又是密排原子面，所以電子和聲子在平行擠壓方向運動時受到散射的幾率更大，導致了該方向相對較低的熱導率。
　　鎂合金的熱導率與合金元素的種類及含量密切相關，不同的合金元素加入對低溫和高溫熱導率的影響都很大。其中，Zn元素對熱導率的降低效果最小，Mn元素最大。當合金元素都固溶在基體中時，合金的熱導率主要由兩個