Er和Si对铝基储热合金导热系数及相变潜热的影响

发布时间：2021-07-14 07:57

　　为探究Er、Si对铝基储热合金导热系数和相变储热值的影响,制备了Si的质量分数分别为12%、14%、16%,上述Si含量条件下,Er的质量分数分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的合金。根据实验测得的比热容、热扩散系数和密度,通过计算得到合金的导热系数,同时测量了合金的相变潜热,运用理论模型对合金的相变潜热进行计算,通过方差分析Er和Si含量对合金相变潜热的影响。分析结果表明,Er可以有效改善Al-Si合金中的初生Si形态,细化组织;Si含量为16%时,加入0.2%、0.6%Er的合金相变潜热分别为414.8和406.5 J/g。理论模型计算表明,考虑组元固-液相之间的比热容差对熵的贡献时,得到的合金相变潜热较未考虑的计算结果误差更小;对Al-12Si-x Er、Al-16Si-x Er相变潜热理论计算模型进行了修正,修正模型计算得到的合金相变潜热值和实测潜热值更为吻合。方差分析显示,在显著性水平p=0.05的条件下,Si含量对材料相变潜热有显著影响。 

【文章来源】：金属学报. 2020,56(11)北大核心EISCICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

Er/Al-Si合金显微组织的OM像

Al-16Si-0.6Er合金的SEM像及EDS结果

式中，α为热扩散系数，mm2/s；ρ为密度，g/m3,cp为比热容，J/(g·K)。图6a～c分别为Si含量为12%、14%、16%,Er含量不同时，合金的导热系数随温度的变化折线图。铝合金导热主要通过2种方式，自由电子和声子。声子作为晶格振动的能量量子，当温度高于该金属Debye温度时，可以忽略声子导热，合金主要通过自由电子导热，电子波受到散射作用时，合金导热能力下降[30,31]。由图6中导热系数随温度的变化趋势可以看出，合金导热系数随温度总体上呈下降趋势。以自由电子传导为主实现导热的合金，如果电子波受到散射，合金导热能力减弱。合金中的空位、晶格畸变、位错使得晶格点阵遭到破坏。Er元素细化晶粒可以增加晶界面积，合金中τ2相(Er2Al3Si2)，都可以使电子波受到散射作用，降低电子通过能力。从图6还可以看出，温度低于300℃时，电子波散射作用受温度影响很大，合金导热系数随温度升高快速下降；当温度进一步升高，电子波散射作用增加，但因合金中原子振动增强，高于300℃时，合金导热系数随温度升高下降减缓。

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本文编号：3283743