純鎂和二元鎂合金的導(dǎo)熱行為研究.pdf

1、輕質(zhì)、高導(dǎo)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(dǎo)熱的鎂合金，本文制備了不同含量的5種二元鎂合金來(lái)研究合金元素對(duì)于熱導(dǎo)率的影響，并且通過(guò)擠壓和退火處理來(lái)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(gòu)、孿晶等對(duì)純鎂及鎂合金熱導(dǎo)率的影響。采用縱向穩(wěn)態(tài)熱流法測(cè)試了純鎂和二元鎂合金在2-300K的低溫?zé)釋?dǎo)率與電阻率，通過(guò)閃光法測(cè)量了純鎂和二元鎂合金在300-573K的高溫?zé)釘U(kuò)散系數(shù)和熱導(dǎo)率；利用光學(xué)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(gòu)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(dǎo)率的內(nèi)在機(jī)理，從而為高導(dǎo)熱鎂合金的開發(fā)和應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。
　　純鎂在30-40K的溫度區(qū)域出現(xiàn)熱導(dǎo)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(jìng)爭(zhēng)所導(dǎo)致的?？棙?gòu)對(duì)于純鎂的低溫?zé)釋?dǎo)率影響不大，但是對(duì)于電阻率的影響隨著溫度的增加有增大的趨勢(shì)；晶粒度對(duì)于純鎂低溫?zé)釋?dǎo)率的峰值高度(即熱導(dǎo)率的極大值)有顯著影

3、響，隨著晶粒度的增加，純鎂的熱導(dǎo)率峰值增加，這與晶粒度的增加減弱了晶界對(duì)于電子的散射作用有關(guān)。
　　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(dǎo)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(dǎo)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?zé)釋?dǎo)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(yīng)。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(guān)。
　　討論了魏德曼-弗蘭茲定律的適用條件，驗(yàn)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?zé)釋?dǎo)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(lái)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(qiáng)。利用擬合后的結(jié)果，還可以分離電子熱導(dǎo)率和聲子熱導(dǎo)率，對(duì)它們分別進(jìn)行研究。電子熱導(dǎo)率隨著合金元素含量的增加而大幅下降，聲子熱導(dǎo)率則變化幅度不大；隨著溫度的增加，電子熱導(dǎo)率占總熱導(dǎo)率的比例下降，聲子熱導(dǎo)率的比例上升。
　　與純鎂相比，各鑄態(tài)二元鎂合金的高溫?zé)釋?dǎo)率均有所降低，而且熱導(dǎo)率隨著合金元素含量的增加而下降。經(jīng)過(guò)擠壓后，擠壓態(tài)二元

6、鎂合金的熱導(dǎo)率呈現(xiàn)各向異性，平行擠壓方向的熱導(dǎo)率要明顯低于垂直擠壓方向的熱導(dǎo)率，這是由于擠壓后形成了基面平行擠壓方向的織構(gòu)，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(yùn)動(dòng)時(shí)受到散射的幾率更大，導(dǎo)致了該方向相對(duì)較低的熱導(dǎo)率。
　　鎂合金的熱導(dǎo)率與合金元素的種類及含量密切相關(guān)，不同的合金元素加入對(duì)低溫和高溫?zé)釋?dǎo)率的影響都很大。其中，Zn元素對(duì)熱導(dǎo)率的降低效果最小，Mn元素最大。當(dāng)合金元素都固溶在基體中時(shí)，合金的熱導(dǎo)率主要由兩個(gè)