基于固溶原子和第二相的镁合金导热机制研究
发布时间：2023-06-05 02:45
随着集成电路功率密度的增加,电子器件的散热装置对散热能力和轻量化提出了更高的要求。金属镁同时具备轻质,高导热和高比强度的特性,是非常有潜力的散热结构材料。纯镁经合金化后力学强度显著提升,但其导热性能却明显降低。如何使镁合金获得良好力学性能和铸造性能的同时,兼顾其导热性能,是开发高导热高强镁合金上面临的重大挑战。金属的导热主要是电子热导,在纯金属中添加合金元素会对电子的自由运动产生散射作用,从而降低金属的热导率,而不同合金元素对镁的热导率影响不同。本研究首先选定了具有代表性的四种合金元素:Ce﹑Nd﹑Sm和Y,制备出不同稀土元素含量的二元镁合金。我们发现,合金热导率都随合金元素含量的增加先快速降低后缓慢减小。这是因为随着合金含量的增加,合金元素越来越难固溶到镁基体中,而第二相含量逐渐增多,固溶原子对热导率的影响显著大于第二相,在二者综合作用下,合金热导率先快速降低后缓慢减小。稀土元素在镁中的固溶度越大,对电子的散射越强,相应稀土合金的热导率越小。而四种稀土元素在镁中的固溶度大小排序为Ce<Nd<Sm<Y,因此等合金含量的二元镁合金,其热导率大小排序为:Mg-Ce?Mg-...
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 金属和合金热导机制
1.2.1 电子热导
1.2.2 声子热导
1.3 镁合金导热性能的影响因素
1.3.1 固溶原子对导热性能的影响
1.3.2 金属间化合物对导热性能的影响
1.3.3 温度对导热性能的影响
1.3.4 织构对导热性能的影响
1.4 高导热镁合金研究进展
1.5 本文研究目的、意义及内容
第二章 试验材料与方法
2.1 试验材料
2.2 合金制备
2.2.1 二元稀土镁合金制备
2.2.2 EA4X镁合金重力铸造
2.2.3 EA4X镁合金高压铸造
2.3 显微组织分析
2.3.1 金相显微组织
2.3.2 扫描电镜和EDS能谱分析
2.3.3 XRD物相分析
2.4 热物性参数测试
2.4.1 密度测试
2.4.2 比热容测试
2.4.3 热扩散系数测试
2.4.4 电导率测试
2.5 力学性能测试
第三章 稀土元素存在形式对镁合金导热性能的影响
3.1 引言
3.2 稀土固溶原子对微观组织和导热性能的影响
3.2.1 Ce固溶原子对微观组织和导热性能的影响
3.2.2 Nd固溶原子对微观组织和导热性能的影响
3.2.3 Sm固溶原子对微观组织和导热性能的影响
3.2.4 Y固溶原子对微观组织和导热性能的影响
3.3 稀土第二相对微观组织和导热性能的影响
3.3.1 Mg12Ce对微观组织和导热性能的影响
3.3.2 Mg41Nd5 对微观组织和导热性能的影响
3.3.3 Mg41Sm5 对微观组织和导热性能的影响
3.3.4 Mg24Y5 对微观组织和导热性能的影响
3.4 分析与讨论
3.4.1 合金元素种类对镁合金导热性能的影响
3.4.2 固溶和时效处理对镁合金导热性能的影响
3.4.3 固溶原子和第二相对导热性能的影响
3.5 本章小结
第四章 基于固溶原子和第二相的镁合金导热结构模型研究
4.1 引言
4.2 两相复合材料导热结构模型
4.3 镁合金导热结构模型的建立
4.3.1 第二相离散分布的导热结构模型
4.3.2 第二相与基体随机分布的导热结构模型
4.4 镁合金导热结构模型的验证
4.5 本章小结
第五章 高导热多元镁合金设计及应用
5.1 引言
5.2 高导热多元镁合金设计原理
5.3 EA4X合金的微观组织分析
5.3.1 重力铸造合金
5.3.2 高压铸造合金
5.4 EA4X合金第二相的形成规律
5.4.1 重力铸造合金
5.4.2 高压铸造合金
5.5 晶格体积对EA4X合金导热性能的影响
5.5.1 EA4X合金导热性能
5.5.2 晶格体积对导热性能的影响
5.6 Al含量对EA4X合金导热性能的影响
5.7 分析与讨论
5.7.1 基于导热结构模型的EA4X热导率计算
5.7.2 基于Wiedemann-Franz定律的EA4X热导率计算
5.8 高导热压铸EA4X合金应用
5.9 本章小结
第六章 温度对镁合金热扩散系数的影响
6.1 引言
6.2 电子和声子的散射机制介绍
6.3 温度对纯Mg和 Mg-Ce合金热扩散系数的影响
6.4 温度对Mg-Y合金热扩散系数的影响
6.5 温度对EA4X多元合金热扩散系数的影响
6.6 本章小结
第七章 结论与展望
主要结论
创新点
展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的学术成果
本文编号：3831532
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 金属和合金热导机制
1.2.1 电子热导
1.2.2 声子热导
1.3 镁合金导热性能的影响因素
1.3.1 固溶原子对导热性能的影响
1.3.2 金属间化合物对导热性能的影响
1.3.3 温度对导热性能的影响
1.3.4 织构对导热性能的影响
1.4 高导热镁合金研究进展
1.5 本文研究目的、意义及内容
第二章 试验材料与方法
2.1 试验材料
2.2 合金制备
2.2.1 二元稀土镁合金制备
2.2.2 EA4X镁合金重力铸造
2.2.3 EA4X镁合金高压铸造
2.3 显微组织分析
2.3.1 金相显微组织
2.3.2 扫描电镜和EDS能谱分析
2.3.3 XRD物相分析
2.4 热物性参数测试
2.4.1 密度测试
2.4.2 比热容测试
2.4.3 热扩散系数测试
2.4.4 电导率测试
2.5 力学性能测试
第三章 稀土元素存在形式对镁合金导热性能的影响
3.1 引言
3.2 稀土固溶原子对微观组织和导热性能的影响
3.2.1 Ce固溶原子对微观组织和导热性能的影响
3.2.2 Nd固溶原子对微观组织和导热性能的影响
3.2.3 Sm固溶原子对微观组织和导热性能的影响
3.2.4 Y固溶原子对微观组织和导热性能的影响
3.3 稀土第二相对微观组织和导热性能的影响
3.3.1 Mg12Ce对微观组织和导热性能的影响
3.3.2 Mg41Nd5 对微观组织和导热性能的影响
3.3.3 Mg41Sm5 对微观组织和导热性能的影响
3.3.4 Mg24Y5 对微观组织和导热性能的影响
3.4 分析与讨论
3.4.1 合金元素种类对镁合金导热性能的影响
3.4.2 固溶和时效处理对镁合金导热性能的影响
3.4.3 固溶原子和第二相对导热性能的影响
3.5 本章小结
第四章 基于固溶原子和第二相的镁合金导热结构模型研究
4.1 引言
4.2 两相复合材料导热结构模型
4.3 镁合金导热结构模型的建立
4.3.1 第二相离散分布的导热结构模型
4.3.2 第二相与基体随机分布的导热结构模型
4.4 镁合金导热结构模型的验证
4.5 本章小结
第五章 高导热多元镁合金设计及应用
5.1 引言
5.2 高导热多元镁合金设计原理
5.3 EA4X合金的微观组织分析
5.3.1 重力铸造合金
5.3.2 高压铸造合金
5.4 EA4X合金第二相的形成规律
5.4.1 重力铸造合金
5.4.2 高压铸造合金
5.5 晶格体积对EA4X合金导热性能的影响
5.5.1 EA4X合金导热性能
5.5.2 晶格体积对导热性能的影响
5.6 Al含量对EA4X合金导热性能的影响
5.7 分析与讨论
5.7.1 基于导热结构模型的EA4X热导率计算
5.7.2 基于Wiedemann-Franz定律的EA4X热导率计算
5.8 高导热压铸EA4X合金应用
5.9 本章小结
第六章 温度对镁合金热扩散系数的影响
6.1 引言
6.2 电子和声子的散射机制介绍
6.3 温度对纯Mg和 Mg-Ce合金热扩散系数的影响
6.4 温度对Mg-Y合金热扩散系数的影响
6.5 温度对EA4X多元合金热扩散系数的影响
6.6 本章小结
第七章 结论与展望
主要结论
创新点
展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的学术成果
本文编号：3831532
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