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文檔簡介
1、隨著現代工業(yè)日新月異的發(fā)展,對設備的散熱部件進行熱管理,提高材料的散熱性能,已逐漸引起重視。鎂合金作為目前最輕的金屬結構材料,其零部件的散熱性能目前也受到了極大的關注。純鎂的導熱系數為158W/m·K,在常用金屬結構材料中僅次于純銅及純鋁,因此在某些對散熱性能、力學性能及輕量化有特殊要求的領域,鎂及鎂合金具有特殊的發(fā)展優(yōu)勢,如3C產品、汽車發(fā)動機與大功率LED散熱器等。這些領域的鎂合金產品均面臨著熱設計的問題,非常有必要對鎂合金的傳熱及
2、散熱性能進行研究。
本文研究了鎂合金中主要合金元素對常見二元及三元鎂合金導熱導電系數的影響規(guī)律;建立了導熱及導電系數之間的數值關系;研究了第二相的析出對鎂合金導熱性能的影響規(guī)律;利用合金化及變形對鎂合金導熱系數的影響規(guī)律,開發(fā)設計了可保持高耐熱性及良好可加工性能的高導熱系數新型鎂合金。論文的主要研究結果如下:
在鑄態(tài)和固溶態(tài)下,所選6組二元合金的導熱及導電系數均隨成分的增加逐漸降低;對于Mg-Al、Mg-Zn、Mg-
3、Sn及Mg-Zr合金,固溶處理會降低鑄態(tài)合金的導熱及導電系數;其中對于Mg-9Al、Mg-6Zn、Mg-9Sn、Mg-0.5Zr、Mg-0.5Mn及Mg-0.5Ca,退火處理會大幅提高合金的導熱及導電系數;對于Mg-0.1Mn合金,高溫熱處理會降低鑄態(tài)合金的導熱及導電系數,而對于Mn>0.1wt.%的Mg-Mn合金,高溫熱處理后合金的導熱及導電系數反而增加;對于Ca<1.3wt.%的Mg-Ca合金,高溫熱處理會降低對應鑄態(tài)合金的導熱及導
4、電系數,而鑄態(tài)Mg-1.5Ca合金經高溫熱處理后,對應的導熱及導電系數反而增加;固溶原子在鎂基合金里的“比熱阻率”和“比電阻率”(即每添加一原子百分比溶質原子導致的熱阻率和電阻率的增加值)的大小滿足以下順序:Zn
5、導熱及導電系數隨Al含量的添加呈指數規(guī)律遞減;Al含量不變時,大多數ZA合金的導熱及導電系數隨Zn含量增加逐漸遞減,只有當Al含量為6wt.%時,該系列ZA合金的導熱及導電系數隨Zn含量增加先升高后降低;第二相的轉變及不同元素對導熱導電性能的影響規(guī)律是導致該差異的原因;當Zn含量不變時,隨著Zr含量的增加ZK合金的導熱及導電系數均呈線性規(guī)律不斷降低。
二元Mg-Al及Mg-Zn合金在298K至448K溫度變化范圍內電阻率均隨溫
6、度呈線性遞增關系變化;合金成分最低為Mg-0.3Al及Mg-0.8Zn時的熱導率呈線性規(guī)律遞減,而其他合金的熱導率均隨溫度逐漸增加。導熱系數和導電系數在298K至448K的溫度范圍內可很好的滿足Smith-Palmer關系,得出鎂合金的洛倫茲系數等于2.162×10-8V2·K-2,而對應的晶格熱導率等于5.111W/m·K;
通過研究化合物析出對Mg-Al及Mg-Sn合金熱導率的影響規(guī)律,可知熱處理會大幅提高二元Mg-Al合
7、金的熱導率;提高時效溫度可以明顯的提高第二相析出的飽和速度;固溶態(tài)Mg-6Al及固溶態(tài)Mg-9Al合金在250℃下時效至飽和的熱導率反而比200℃下時效的更低;鑄態(tài)及時效態(tài)合金的熱導率均隨Sn元素的添加而逐漸降低;固溶態(tài)Mg-Sn合金的熱導率隨時效時間的延長而不斷升高,這主要是由于第二相的析出導致的基體純化引起的;大體積分數Mg2Sn沉淀相的存在會對合金的電阻率產生影響,采用Pal模型進行數值模擬的結果同Mg-6Sn合金電阻率的實測值基
8、本吻合。
為驗證溶質原子固溶和析出對鎂合金導熱性能的影響規(guī)律,以Mg-Al-Sr及Mg-Zn-Cu合金作為研究對象,通過合金化等手段對其導熱系數進行了調控。在Mg-3wt.%Al合金中隨著Sr含量的增加,鑄態(tài)合金的熱導率會逐漸增加至85.3W/m·K;經高溫熱處理后,Mg-Al-Sr合金的熱導率均隨著保溫時間的延長而增加,且最高可達90.7W/m·K,這與MgAlSr相向Al4Sr相的轉變有關;鑄態(tài)及固溶態(tài)Mg-6Zn-xCu
9、(x=0,0.5,1.0,1.5)合金的熱導率均隨Cu含量的增加而不斷增大;添加合金元素Cu將極大得提高合金后續(xù)時效過程中的時效硬化效果,同時熱導率也相應的大幅提高;其中1.0Cu合金在固溶處理之后160℃時效16h時的熱導率高達128.9W/m·K。
為研究變形工藝對鎂合金導熱性能變化的影響規(guī)律,以Mg-Zn及Mg-Sn合金板材作為研究對象,通過冷軋工藝等手段調整了該類合金的導熱系數。軋制處理降低了Mg-2Zn擠壓板材的熱導
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