游國強(qiáng),白世磊,明 玥,馬小黎
(1. 重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,重慶 400045; 2.重慶大學(xué) 國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心,重慶 400044)
?
鎂合金導(dǎo)熱性能研究進(jìn)展
游國強(qiáng)1,2,白世磊1,明玥1,馬小黎1
(1. 重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,重慶 400045; 2.重慶大學(xué) 國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心,重慶 400044)
綜述了近年來國內(nèi)外針對(duì)鎂合金導(dǎo)熱性能的研究進(jìn)展,在分析鎂合金導(dǎo)熱機(jī)理的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)總結(jié)分析了溫度、合金元素及成分、擠壓變形和熱處理工藝對(duì)鎂合金導(dǎo)熱性能的影響。綜述主要結(jié)論為:(1) 鎂合金導(dǎo)熱是電子和聲子運(yùn)動(dòng)共同作用的結(jié)果,各工藝因素主要通過改變微觀組織,從而影響電子和聲子的運(yùn)動(dòng)方式對(duì)鎂合金導(dǎo)熱性能產(chǎn)生影響;(2) 除某些合金在接近絕對(duì)零度時(shí)熱導(dǎo)率隨溫度升高“先升-后降-再升”外,鎂合金熱導(dǎo)率隨溫度升高主要是呈增加趨勢(shì)的;(3) 除適量添加某些合金元素外,大多數(shù)合金元素的加入均會(huì)導(dǎo)致鎂合金熱導(dǎo)率降低;(4) 擠壓變形使鎂合金導(dǎo)熱率下降,且使熱導(dǎo)率呈現(xiàn)各向異性;(5) 固溶熱處理使鎂合金熱導(dǎo)率下降,但固溶+時(shí)效熱處理可使熱導(dǎo)率增加。
鎂合金;導(dǎo)熱性能;機(jī)理;影響因素;綜述
當(dāng)前,3C產(chǎn)品、通訊電子、航空航天領(lǐng)域均面臨著日益增加的輕量化壓力,同時(shí),一些零部件對(duì)材料的導(dǎo)熱性能往往有較高的要求(尤其是散熱器件),以保證和提高產(chǎn)品的壽命及工作穩(wěn)定性[1-3]。鎂的密度為1.74g/cm3,約為鋁的2/3、鐵的1/4,室溫時(shí)熱導(dǎo)率為156W/(m·K),在常見商用金屬材料中僅次于銅和鋁,比熱導(dǎo)率(即單位質(zhì)量的熱導(dǎo)率)與鋁相當(dāng)[4-5];然而純鎂的力學(xué)性能不足,難以直接作結(jié)構(gòu)材料用,一般需合金化后使用。經(jīng)合金化后,絕大多數(shù)鎂合金力學(xué)性能顯著提升,但其導(dǎo)熱性能卻明顯降低,如常用鑄造鎂合金AZ91D,鑄態(tài)下屈服強(qiáng)度150MPa(鑄鎂約為21MPa左右),但熱導(dǎo)率僅為51.2W/(m·K)(僅為純鎂的1/3左右)[6]。這一矛盾嚴(yán)重阻礙了鎂合金在有力學(xué)-導(dǎo)熱雙重性能需求的工程領(lǐng)域的應(yīng)用。
本文在分析合金導(dǎo)熱機(jī)理的基礎(chǔ)上,綜述了當(dāng)前國內(nèi)外對(duì)于鎂合金導(dǎo)熱性能的相關(guān)研究進(jìn)展,重點(diǎn)分析了溫度、合金元素及成分、擠壓變形和熱處理工藝對(duì)鎂合金導(dǎo)熱性能的影響,以期為研究并開發(fā)具有工程應(yīng)用價(jià)值的高導(dǎo)熱鎂合金提供參考和資料借鑒。
1.1鎂合金的導(dǎo)熱機(jī)理
與其它合金一樣,鎂合金導(dǎo)熱主要有自由電子運(yùn)動(dòng)和晶格振動(dòng)兩種方式,即電子導(dǎo)熱和聲子導(dǎo)熱,由此產(chǎn)生的熱導(dǎo)率分別稱為電子熱導(dǎo)率和聲子熱導(dǎo)率。
電子熱導(dǎo)率λe的數(shù)學(xué)模型為[7-8]
(1)
式(1)中,λA和λB分別是成分A和B的熱導(dǎo)率,x是B元素所占的原子分?jǐn)?shù),k′是與合金系、溫度及Lorentz數(shù)有關(guān)的系數(shù)。
聲子導(dǎo)熱是通過晶格振動(dòng)的格波實(shí)現(xiàn)的,聲子熱導(dǎo)率λl由式(2)計(jì)算
(2)
式(2)中,λ為鎂合金的總熱導(dǎo)率,λe為電子導(dǎo)熱率。
KlemensP等研究認(rèn)為電子導(dǎo)熱在鎂合金的導(dǎo)熱中占主導(dǎo)地位[9]。ARudajevová等的結(jié)果也顯示,在Mg-Sc合金中,相對(duì)于電子導(dǎo)熱而言,聲子熱導(dǎo)對(duì)合金導(dǎo)熱率的貢獻(xiàn)很小[10]。
1.2常見鎂合金的導(dǎo)熱性能
1.2.1Mg-Al系合金
Mg-Al系合金擁有良好的鑄造性能,目前廣泛用于鑄造合金,也部分用于變形合金,針對(duì)其導(dǎo)熱性能的研究相對(duì)較多。常見Mg-Al系合金的熱導(dǎo)率如表1所示,其基本規(guī)律是:相同狀態(tài)下,隨著Al元素含量的增高,合金熱導(dǎo)率呈降低趨勢(shì),同時(shí),固溶處理(T4)使Mg-Al系合金熱導(dǎo)率有所降低,而固溶后再做時(shí)效處理(T6)則有利于提高合金熱導(dǎo)率的提高。
1.2.2Mg-Zn系合金
Mg-Zn系主要用于變形鎂合金,常見Mg-Zn系合金的熱導(dǎo)率如表1所示。與Mg-Al系合金相似,Mg-Zn系合金的導(dǎo)熱性能也與合金元素含量、熱處理工藝等因素有關(guān),且由于Zn對(duì)鎂合金熱導(dǎo)率的影響比Al小[11-12],Mg-Zn系合金的熱導(dǎo)率較Mg-Al系合金高,也是目前重點(diǎn)研究的導(dǎo)熱鎂合金之一。
1.2.3其它鎂合金
目前對(duì)于其它系鎂合金導(dǎo)熱性能的研究相對(duì)較少,如表1所示。由表1可見,由于合金元素的不同,不同鎂合金的熱導(dǎo)率有較大差異,如:QE22A(Mg-2Ag-2Nd)的室溫?zé)釋?dǎo)率高達(dá)116.5W/(m·K),而WGZ115(Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr)的室溫?zé)釋?dǎo)率僅為23.0W/(m·K)。
表1 常見商用鎂合金的導(dǎo)熱性能[4,13-19]
鎂合金中的異類原子、內(nèi)部缺陷及微觀組織形貌等都會(huì)對(duì)電子和聲子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)烈散射,降低導(dǎo)熱效果[20-22],故凡是直接或間接影響電子和聲子運(yùn)動(dòng)能力的因素都會(huì)影響鎂合金的導(dǎo)熱性能,這些因素主要包括溫度、合金元素及成分、擠壓變形和熱處理工藝等。
2.1溫度的影響
與純金屬不同,合金中缺陷熱阻占主導(dǎo)地位,在常用溫度區(qū)間,缺陷熱阻隨溫度升高而降低[6-7,23],即合金熱導(dǎo)率隨溫度的升高而升高。對(duì)于鎂合金,熱導(dǎo)率隨溫度的變化也基本符合該規(guī)律。如:擠壓鑄造AM系合金的熱導(dǎo)率隨溫度的升高逐漸增加,且達(dá)一定溫度后,熱導(dǎo)率的增加速率有所減小,如圖1所示[24];Lee等[25]研究顯示,在148~673K溫度區(qū)間(即-125~400 ℃),雙輥鑄軋AZ31和AZ61鎂合金的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而增加。鑄態(tài)Mg-Zn-Mn、Mg-Zn-Y和Mg-Zn-Gd合金的熱導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律亦是如此[19,26]。
圖1 溫度對(duì)擠壓鑄造AM系合金熱導(dǎo)率的影響[24]
Fig1TemperaturedependenceofthethermalconductivityofsqueezecastingAMalloys[24]
他們認(rèn)為,上述現(xiàn)象的機(jī)理,除了缺陷熱阻隨溫度升高而降低外,還可能存在如下兩個(gè)方面:(1) 升溫使非平衡組織向平衡組織轉(zhuǎn)變,部分過飽和固溶于鎂基體中的合金元素析出,提高了鎂晶格的規(guī)則程度,熱導(dǎo)率增加;(2) 當(dāng)溫度升高到一定程度,合金元素可能部分固溶進(jìn)鎂基體中,對(duì)熱導(dǎo)率增加產(chǎn)生負(fù)面作用,使熱導(dǎo)率的增加速率減小。
在接近絕對(duì)零度的低溫區(qū)間,鎂合金熱導(dǎo)率的變化趨勢(shì)與常溫區(qū)間有所差異。TaoYing等[27]的研究結(jié)果顯示,Mg-Zn二元合金的低溫?zé)釋?dǎo)率隨溫度變化趨勢(shì)如圖2所示:在絕對(duì)零度附近,其熱導(dǎo)率隨溫度升高而升高,在某一溫度(一般在20~40K間,與Debye溫度有關(guān))出現(xiàn)峰值,隨后,熱導(dǎo)率增加速率減小甚至為負(fù),這種趨勢(shì)在純鎂中最為明顯,但隨Zn元素含量增加而弱化直至消失;此后,熱導(dǎo)率隨溫度的升高緩慢增加。Mg-Al、Mg-Mn二元合金隨溫度的變化趨勢(shì)也是如此[27]。
圖2 溫度對(duì)Mg-Zn合金熱導(dǎo)率的影響[27]
Fig2Temperature-dependentthermalconductivityofMg-Znalloys[27]
總之,鎂合金熱導(dǎo)率隨溫度變化的基本規(guī)律是:(1) 在常用溫度區(qū)間,溫度升高,熱導(dǎo)率隨之增加,當(dāng)溫度升高到一定程度后,熱導(dǎo)率的增加速率有所減??;(2) 對(duì)于某些合金,在接近絕對(duì)零度的溫度區(qū)間,熱導(dǎo)率先隨溫度的升高而升高,在20~40K達(dá)到峰值后迅速減小,其后呈增加的趨勢(shì)。
2.2合金元素及成分的影響
合金元素的加入對(duì)鎂合金的導(dǎo)熱性能有較大影響。
首先,合金元素的加入主要通過如下三種方式影響鎂合金導(dǎo)熱性能:(1) 合金元素固溶于鎂基體中,降低原子結(jié)構(gòu)的規(guī)則性,使電子和聲子運(yùn)動(dòng)更容易被散射,從而合金熱導(dǎo)率降低。Ying等[11-12]對(duì)二元Mg-Zn、Mg-Al合金的研究表明,Zn和Al的添加均會(huì)固溶于鎂基體中,增大電子和聲子被散射的幾率,使合金熱導(dǎo)率隨合金元素的增加而降低;Rudajevová等[10,24]對(duì)AM和MgSc合金的研究也表明,增加的Al和Sc會(huì)固溶于鎂基體中,降低鎂晶格的規(guī)則程度,導(dǎo)致合金熱導(dǎo)率降低;(2) 合金元素與Mg形成低熱導(dǎo)率的金屬間化合物,熱導(dǎo)率降低。Rudajevová等[13]研究表明,Si元素添加到AM20合金中,形成了Mg2Si相,導(dǎo)致其室溫?zé)釋?dǎo)率明顯降低;鑄態(tài)Mg-Zn-Sn合金中Sn的添加會(huì)形成大量Mg2Sn顆粒,使合金的室溫?zé)釋?dǎo)率下降,高溫下的變化規(guī)律亦是如此[15];鑄態(tài)Mg-Zn-Mn合金中,MgZn2相隨Zn含量增加而增加,并相互連接,使合金熱導(dǎo)率隨Zn元素的增加而顯著降低[19,28];Pan等[29]對(duì)Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Sn、Mg-Zr、Mg-Mn及Mg-Ca等二元鎂合金的研究也表明,Al、Zn、Sn、Zr、Mn及Ca元素的加入均會(huì)與Mg形成金屬間化合物,其含量隨合金元素的增加而增加,合金熱導(dǎo)率也隨之降低;Chen[16]和Rzychoń[30]的研究中也證實(shí)了上述結(jié)論,他們還發(fā)現(xiàn),合金元素之間也會(huì)形成化合物相而影響合金熱導(dǎo)率。此外,Rudajevová等[17-18]還研究了SiC對(duì)鎂合金導(dǎo)熱性能的影響,結(jié)果顯示,向QE22(Mg-2Ag-2Nd)中加入SiC顆粒后,導(dǎo)熱性能明顯降低,這應(yīng)該是SiC與基體形成大量不利于電子和聲子運(yùn)動(dòng)的界面所導(dǎo)致的,這與上述反應(yīng)生成的金屬間化合物對(duì)熱導(dǎo)率的影響是類似的;(3) 合金元素之間形成金屬間化合物,可提高鎂合金的熱導(dǎo)率。Peng[31]等研究表明,ZM21合金中加入0.2wt%的Ce元素可生成少量Mg-Zn-Ce沉淀相,該過程會(huì)消耗鎂基體中的固溶原子Zn和Ce,減少鎂基體因晶格畸變而對(duì)電子的聲子運(yùn)動(dòng)的散射,從而合金熱導(dǎo)有所提高;然而,Ce含量過高時(shí),依舊會(huì)固溶于鎂基體中,對(duì)導(dǎo)熱性能不利。
其次,不同合金元素的加入對(duì)鎂合金的熱導(dǎo)率影響程度不同。
A.Beck等[32]研究表明,不同合金元素對(duì)鎂合金熱導(dǎo)率的影響大小有所不同(如圖3所示):Cu、Ni、Zn的加入對(duì)鎂合金的熱導(dǎo)率影響相對(duì)較小,而Al元素的加入會(huì)顯著降低鎂合金的熱導(dǎo)率。Pan等[29]對(duì)二元鎂合金熱導(dǎo)率的研究表明,合金元素對(duì)鎂合金熱導(dǎo)率的影響大小依次為:Zn 圖3 合金元素添加對(duì)二元鎂合金熱導(dǎo)率的影響[32] Fig3Thermalconductivityofbinarymagnesiumalloysasafunctionofalloyingadditives[32] 綜上所述,除適量添加某些元素可使鎂合金熱導(dǎo)率有所提升外,鎂合金中常見的用以提高力學(xué)性能的合金元素往往對(duì)導(dǎo)熱性能不利。筆者認(rèn)為,其根源在于二者機(jī)理上的矛盾:向鎂中添加合金元素,固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化(生成彌散分布的高熔點(diǎn)化合物)是其兩大重要的強(qiáng)化機(jī)制[35-37],這兩種機(jī)制均是通過引入晶體“缺陷”實(shí)現(xiàn)的;但對(duì)于導(dǎo)熱而言,這些“缺陷”恰恰會(huì)使電子和聲子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生散射,從而對(duì)導(dǎo)熱產(chǎn)生負(fù)面影響。從這個(gè)角度而言,在多晶體體系中二者的矛盾很難從根本上調(diào)和。 2.3擠壓變形的影響 研究表明,擠壓變形對(duì)鎂合金導(dǎo)熱性能往往有不利影響。 Ying等[11-12]研究表明,擠壓使鑄態(tài)Mg-Al、Mg-Zn二元合金內(nèi)部產(chǎn)生大量缺陷,晶粒明顯細(xì)化,力學(xué)性能提高,但熱導(dǎo)率有所降低,且呈各向異性,在與擠壓平行的方向上熱導(dǎo)率降低程度較大,在與擠壓方向垂直的方向上則降低較少(如圖4所示)。 圖4擠壓對(duì)不同Zn含量的Mg-Zn二元合金室溫?zé)釋?dǎo)率的影響[11] Fig4Thedependenceofroomtemperaturethermalconductivityofas-castandas-extrudedMg-ZnalloyswiththeconcentrationofZn[11] Yuan等[38]研究表明,ZM51合金擠壓后的熱導(dǎo)率低于其鑄態(tài)合金,且由于形成了沿?cái)D壓方向的纖維結(jié)構(gòu),該方向晶格密實(shí)度增加,熱導(dǎo)率低于其它方向。此外,袁家偉等[28]研究認(rèn)為,除上述影響外,擠壓變形中還存在第二相析出,會(huì)消耗固溶體中的合金元素,對(duì)合金的熱導(dǎo)率有一定的有利影響,其作用隨合金元素含量的增加而增大。 總之,擠壓變形基本上是使鎂合金導(dǎo)熱性能降低,但沿?cái)D壓方向比垂直于擠壓方向的降低程度更大。上述現(xiàn)象的機(jī)理主要是:擠壓使晶粒細(xì)化,晶界增多,位錯(cuò)密度增大,形成沿?cái)D壓方向呈帶狀分布的細(xì)小等軸晶[39-41];該過程產(chǎn)生的大量晶界會(huì)成為阻礙電子和聲子運(yùn)動(dòng)的散射源,同時(shí)大幅度降低鎂晶格的排列規(guī)則性,使電子和聲子的運(yùn)動(dòng)在晶界、內(nèi)部缺陷處發(fā)生散射甚至被阻斷,從而對(duì)導(dǎo)熱性能有負(fù)面影響。筆者認(rèn)為,與合金化類似,擠壓變形也主要是通過引入晶體“缺陷”(位錯(cuò)和晶界)的方式實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化,而這些“缺陷”對(duì)電子和聲子運(yùn)動(dòng)傳熱卻是不利的,因此擠壓變形對(duì)于力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能的影響是矛盾的。 2.4熱處理工藝的影響 熱處理是另一個(gè)調(diào)整力學(xué)性能的常用方法,其對(duì)鎂合金導(dǎo)熱性能也有影響,且其影響規(guī)律往往與其對(duì)力學(xué)性能的影響有一定差異,甚至完全相反。 首先,固溶處理往往會(huì)降低合金導(dǎo)熱性能。Rudajevová等[13,24,42]研究表明,鑄態(tài)AM、AZ系鎂合金固溶處理后的熱導(dǎo)率顯著降低,降低量隨Al含量的增加而增加,他們認(rèn)為,固溶處理主要通過使Al原子過固溶于鎂基體而影響鎂合金的熱導(dǎo)率。固溶處理對(duì)Mg-Zn-Sn[15]、Mg-Zn-RE[26]和Mg-Zn二元合金[43]的影響規(guī)律也是如此。此外,Pan等[29]研究表明,固溶處理使二元鎂合金熱導(dǎo)率降低,且固溶態(tài)鎂合金熱導(dǎo)率隨合金成分的變化存在一個(gè)成分閾值:合金成分低于該值時(shí),熱導(dǎo)率隨合金成分的增加呈線性遞減;高于該值時(shí),鎂固溶體已達(dá)飽和,多余的合金元素以單質(zhì)或化合物的形式析出,合金熱導(dǎo)率不再遞減。 其次,固溶后再做時(shí)效處理,可改善鎂合金導(dǎo)熱性能。鑄態(tài)Mg-2.5Nd-1.0Zn-0.5Zr合金經(jīng)固溶處理后再做時(shí)效處理,熱導(dǎo)率有所回升,且在一定范圍內(nèi),熱導(dǎo)率隨時(shí)效時(shí)間的延長顯著升高[44]。Mendis等[45]研究表明,時(shí)效處理可顯著提升擠壓態(tài)Mg-6Zn-1Si-0.5Mn合金的熱導(dǎo)率;Yuan等[46]對(duì)鑄態(tài)ZM41合金的研究也表明,經(jīng)時(shí)效處理后合金熱導(dǎo)率有所增加;此外,有研究表明,鎂合金經(jīng)均勻化處理和退火處理后的熱導(dǎo)率也會(huì)增加[24,29]。 綜上所述,熱處理對(duì)鎂合金熱導(dǎo)率的影響趨勢(shì)可概括為:能促進(jìn)合金原子固溶的熱處理對(duì)熱導(dǎo)率有負(fù)面影響;反之亦反。其機(jī)理應(yīng)該是,前者促進(jìn)固溶體形成,大量合金元素的固溶會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的晶格畸變,降低晶格的規(guī)則程度,增加了電子和聲子的散射幾率,最終降低了導(dǎo)熱性能;后者反之。需要注意的是,固溶處理的本質(zhì)是固溶強(qiáng)化,因此其對(duì)合金力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能的影響是矛盾的;但時(shí)效處理則對(duì)二者的影響是一致的,這與前面提到的彌散強(qiáng)化不同。 鎂合金導(dǎo)熱是電子和聲子運(yùn)動(dòng)共同作用的結(jié)果,晶格畸變、內(nèi)部缺陷和微觀組織形貌等對(duì)電子和聲子運(yùn)動(dòng)有影響的因素均會(huì)影響導(dǎo)熱效果。從宏觀上講,溫度、合金元素及成分、擠壓變形、熱處理工藝對(duì)鎂合金的導(dǎo)熱性能有影響,且其影響規(guī)律往往與其對(duì)力學(xué)性能的影響有一定差異: (1)溫度升高會(huì)引起缺陷熱阻減小并可能產(chǎn)生一定的時(shí)效行為,從而使鎂合金使熱導(dǎo)率逐漸增大;但對(duì)于某些成分的合金,在接近絕對(duì)零度的溫度區(qū)間,熱導(dǎo)率先隨溫度的升高而升高,在20~40K達(dá)到峰值后迅速減小,其后重回增加的趨勢(shì)。 (2)大多數(shù)合金元素的加入會(huì)導(dǎo)致鎂合金熱導(dǎo)率降低,且合金元素含量越多,熱導(dǎo)率降低量越大;這主要是由于合金的加入,一方面由于固溶現(xiàn)象使鎂晶格產(chǎn)生畸變,另一方面可能與Mg生成存在于晶界的低熱導(dǎo)率化合物,均不利于電子和聲子導(dǎo)熱。適量添加某些合金元素,可使合金元素之間形成金屬間化合物,消耗了鎂基體中的固溶原子,熱導(dǎo)率略有提升。 (3)擠壓變形使鎂合金導(dǎo)熱率下降,這主要是因?yàn)閿D壓變形使晶粒細(xì)化,晶界增多,位錯(cuò)也增多,對(duì)電子和聲子導(dǎo)熱不利。 (4)固溶熱處理使合金元素過飽和固溶于鎂基體中,鎂合金熱導(dǎo)率有所下降;但再經(jīng)時(shí)效處理,合金元素重新析出,其熱導(dǎo)率又逐漸增加。 總之,在力學(xué)-導(dǎo)熱雙重性能需求的工程應(yīng)用中,需保證二者的平衡。固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化和變形強(qiáng)化是合金力學(xué)性能強(qiáng)化的3種常用方法,但均對(duì)鎂合金導(dǎo)熱性能有不利影響;析出強(qiáng)化(時(shí)效處理)則能同時(shí)提高鎂合金力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能。筆者認(rèn)為,將合金化、變形與熱處理3種手段有機(jī)結(jié)合、加強(qiáng)析出強(qiáng)化效果,是獲得良好力學(xué)-導(dǎo)熱綜合性能的有效方法。 [1]WatanabeaH,FukusumiM,SomekawaH,etal.Textureandmechanicalpropertiesofsuperplasticallydeformedmagnesiumalloyrod[J].MaterialsScienceandEngineeringA, 2010, 527(23): 6350-6358. [2]ShaeriMR,YaghoubiM.Thermalenhancementfromheatsinksbyusingperforatedfins[J].EnergyConversionandManagement, 2009, 50(5): 1264-1270. [3]ChristensenA,GrahamS.Thermaleffectsinpackaginghighpowerlightemittingdiodearrays[J].AppliedThermalEngineering, 2009, 29(2-3): 394-371. [4]AsmInternational.Magnesiumandmagnesiumalloy[M].Ohio:MetalPark, 1999: 7-11. [5]ChenJK,HungHY,WangCF,etal.ThermalandelectricalconductivityinAl-Si/Cu/Fe/Mgbinaryandternaryalalloys[J].JournalofMaterialsScience, 2015, 50(16): 5630-5639. [6]HorstEFriedrich,BarryLMordike.Magnesiumtechnology:metallurgy,designdata,applications[M].HeidelbergBerlin:Springer-Verlag, 2006: 63-107. [7]ChungDDL.Materialsforthermalconduction[J].AppliedThermalEngineering, 2001, 21(16): 1593-1605. [8]BermanIL.Thermalconductioninsolids[M].Oxford:OxfordUniversityPress, 1976: 13-15. [9]KlemensP,WilliamsR.Thermalconductivityofmetalsandalloys[J].InternationalMaterialsReviews, 1986, 31(1):197-215. [10]RudajevováA,VonBuchF,MordikeBL.ThermaldiffusivityandthermalconductivityofMgScalloys[J].JournalofAlloysandCompounds, 1999, 292(1-2): 27-30. [11]YingT,ZhengMY,LiZT,etal.Thermalconductivityofas-castandas-extrudedbinaryMg-Znalloys[J].JournalofAlloysandCompounds, 2015, 621:250-255. [12]YingT,ZhengMY,LiZT,etal.Thermalconductivityofas-castandas-extrudedbinaryMg-Alalloys[J].JournalofAlloysandCompounds, 2014, 608:19-24. [13]RudajevováA,Luká?P.ComparisonofthethermalpropertiesofAM20andAS21magnesiumalloys[J].MaterialsScienceandEngineeringA, 2005, 397(1-2):16-21. [14]ZhouJiemin,YangYing,MagneLamvik,etal.Determinationofthermalconductivityofmagnesium-alloys[J].JournalofCentralSouthUniversityofTechnology, 2011, 8(1):60-63. [15]WangChunming,ChenYungui,XiaoSufen,etal.Thermalconductivityandmechanicalpropertiesofas-castMg-3Zn-(0.5-3.5)Snalloys[J].RareMetalMaterialsandEngineering, 2013, 42(10): 2019-2022. [16]ChenCJ,WangQD,YinDD.ThermalpropertiesofMg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr(wt%)alloy[J].JournalofAlloysandCompounds, 2009, 487(1): 560-563. [17]RudajevováA,Luká?P.InterfacialeffectsonthethermalconductivityofQE22alloyinSiC/QE22composites[J].MaterialsScienceandEngineeringA, 2002, 324(1-2):118-121. [18]RudajevováA,Luká?P.ThermalpropertiesofreinforcedQE22magnesiumalloy[J].PhysicaStatusSolidi(a), 1999, 172(2):457-465. [19]YuanJiawei,ZhangKui,ZhangXuhu,etal.ThermalcharacteristicsofMg-Zn-Mnalloyswithhighspecificstrengthandhighthermalconductivity[J].JournalofAlloysandCompounds, 2013, 578: 32-36. [20]TrittTM.Thermalconductivitytheory,propertiesandapplications[M].NewYork:KluwerAcademic/Plenumpublishers, 2004: 290-291. [21]NobkeB,PikeT.DeviationsfromMatthiessen'sruleinsomemagnesium-basedalloys[J].JournalofPhysicsF, 2000, 11(3):587-595. [22]GaoQiannan,DuYong.Elastic,phononandthermodynamicpropertiesofMg-Gacompoundsfromfirst-principlescalculations[J].Calphad-ComputerCouplingofPhaseDiagramsandThermochemistry, 2012, 37:137-144. [23]LindemannA,SchmidtJ,TodteM,etal.ThermalanalyticalinvestigationsofthemagnesiumalloysAM60andAZ91includingthemeltingrange[J].ThermochimicaActa, 2002, 382(1):269-275. [24]RudajevováA,StaněkM,Luká?P.DeterminationofthermaldiffusivityandthermalconductivityofMg-Alalloys[J].MaterialsScienceandEngineeringA, 2003, 341(1-2): 152-157. [25]LeeS,HamHJ,KwonSY,etal.Thermalconductivityofmagnesiumalloysinthetemperaturerangefrom-125 ℃to400 ℃[J].IntJThermophys, 2013, 34(12):2343-2350. [26]MichiakiYamasaki,YoshihitoKawamura.ThermaldiffusivityandthermalconductivityofMg-Zn-rareearthelementalloyswithlong-periodstackingorderedphase[J].ScriptaMaterialia, 2009, 60(4): 264-267. [27]YingTao,ChiHang,ZhengMingyi,etal.Low-temperatureelectricalresistivityandthermalconductivityofbinarymagnesiumalloys[J].ActaMaterialia, 2014, 80: 288-295. [28]YuanJiawei.StudyonpropertiesofMg-Zn-Mnalloyswithhighthermalconductivity[D].Beijing:GeneralResearchInstituteforNonferrousMetals, 2013. 56-63. 袁家偉. 高導(dǎo)熱Mg-Zn-Mn合金及其性能研究[D]. 北京:北京有色金屬研究總院, 2013. 56-63. [29]PanHucheng,PanFusheng,YangRumin.Thermalandelectricalconductivityofbinarymagnesiumalloys[J].JournalofMaterialsScience, 2014, 49(8):3107-3124. [30]RzychońT,KiebusA.TheinfluenceofrareearthstrontiumandcalciumonthethermaldiffusivityofMg-Alalloys[J].DefectDiffusionForum, 2011, 312-315:824-829. [31]JianPeng,LipingZhong,YongjianWang,etal.EffectofCeadditiononthermalconductivityofMg-2Zn-1Mnalloy[J].JournalofAlloysandCompounds, 2015, 639: 556-562. [32]BeckA.Thetechnologyofmagnesiumanditsalloys[M].London:FAHughesCo.Ltd, 1940. [33]SalkovitzEI,SchindlerAI,KammerEW.Transportpropertiesofdilutebinarymagnesiumalloys[J].PhysicalReview, 1957, 105(3): 887-896. [34]SchindlerA,SalkovitzE.BrillouinzoneinvestigationofMgalloys. Ⅰ.halleffectandconductivity[J].PhysicalReview, 1953, 91(6):1320-1322. [35]BankotiaAKS,MondalaAK,SubodhKumarb,etal.Individualandcombinedadditionsofcalciumandantimonyonmicrostructureandmechanicalpropertiesofsqueeze-castAZ91Dmagnesiumalloy[J].MaterialsScienceandEngineeringA, 2015, 626:186-194. [36]PanFusheng,YangMingbo.PreliminaryinvestigationsabouteffectsofZr,ScandCeadditionsonas-castmicrostructureandmechanicalpropertiesofMg-3Sn-1Mn(wt%)magnesiumalloy[J].MaterialsScienceandEngineeringA, 2011, 528(15):4973-4981. [37]JiangLuyao,ZhangDingfei,FanXiaowei,etal.TheeffectofSnadditiononagingbehaviorandmechanicalpropertiesofwroughtAZ80magnesiumalloy[J].JournalofAlloysandCompounds, 2015, 620:368-375. [38]YuanJiawei,ZhangKui,LiTing,etal.AnisotropyofthermalconductivityandmechanicalpropertiesinMg-5Zn-1Mnalloy[J].MaterialsandDesign, 2012, 40: 257-261. [39]LuL,DahleAK,StJohnDH.GrainrefinementefficiencyandmechanismofaluminiumcarbideinMg-Alalloys[J].ScriptaMaterialia, 2005, 53(5): 517-522. [40]WangQudong,ChenYongjun,LiuManping,etal.MicrostructureevolutionofAZseriesmagnesiumalloysduringcyclicextrusioncompression[J].MaterialsScienceandEngineeringA, 2010,527(9):2265-2273. [41]HommaT,KunitoN,KamadoS.Fabricationofextraordinaryhigh-strengthmagnesiumalloybyhotextrusion[J].ScriptaMater, 2009, 61(6):644-647. [42]RudajevováA,KiehnJ,KainerKU,etal.Thermaldiffusivityofshort-fibrereinforcedMg-Al-Zn-Mnalloy[J].ScriptaMaterialia, 1999, 40(1): 57-62. [43]PanHucheng,PanFusheng,etal.High-conductivitybinaryMg-Znsheetprocessedbycoldrollingandsubsequentaging[J].JournalofAlloysandCompounds, 2013, 578: 493-500. [44]MiaoXiaowei,PengKexue,ZhangJieyu,etal.EffectofsolutionandagingtreatmentonmicrostructureandthermalconductivityofMg-2.5Nd-1.0Zn-0.5Zralloy[J].ShanghaiMetals, 2013, 35(6):1-5. 苗小偉, 彭科學(xué), 張捷宇, 等. 固溶時(shí)效對(duì)Mg-2.5Nd-1.0Zn-0.5Zr合金組織和導(dǎo)熱性能的影響[J]. 上海金屬, 2013, 35(6):1-5. [45]MendisCL,Oh-ishiK,OhkuboT,etal.MicrostructuresandmechanicalpropertiesofextrudedandheattreatedMg-6Zn-1Si-0.5Mnalloys[J].MaterialsScienceandEngineeringA, 2012, 553:1-9. [46]YuanJiawei,LiTing,LiXinggang,etal.HomogenizingheattreatmentandthermalconductivityofMg-4Zn-1Mnmagnesiumalloy[J].TransactionsofMaterialsandHeatTreatment, 2012, 33(4): 27-32. 袁家偉, 李婷, 李興剛, 等.Mg-4Zn-1Mn鎂合金均勻化熱處理及導(dǎo)熱率[J]. 材料熱處理學(xué)報(bào), 2012, 33(4):27-32. Researchprogressonthermalconductivityofmagnesiumalloys YOUGuoqiang1,2,BAIShilei1,MINGYue1,MAXiaoli1 (1.CollegeofMaterialScienceandEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China;2.NationalEngineeringResearchCenterforMagnesiumAlloys,Chongqing400044,China) Therecentresearchprogressofthermalconductivityofmagnesiumalloywasreviewed.Theeffectsoftemperature,alloyingelements,extrusionandheattreatmentonthermalconductivityofmagnesiumalloywereanalyzedrespectively.Thechiefconclusionsareasfollows: (1)Thermalconductivityofmagnesiumalloyisbasedonthemovementofelectronandphonon.Theprocessingfactorsinfluencethethermalconductivitybychangingthemicrostructureofalloythathasdirecteffectsonthemovementofelectronandphonon; (2)Thermalconductivityofmostmagnesiumalloysincreasewithincreasingtemperature,whilethatofsomemagnesiumalloysincreasefirstly,followedbydecreasingandincreasingagainnearthetemperatureofabsolutezero; (3)Exceptforsomealloyingelements,theadditionofmostalloyingelementshasanegativeeffectonthermalconductivityofmagnesiumalloy; (4)Extrusiondecreasethermalconductivityofmagnesiumalloyandleadtoanisotropyofthermalconductivity; (5)Thermalconductivityofmagnesiumalloydecreaseaftersolutiontreatmentandslightlyincreaseaftersubsequentagingtreatment. magnesiumalloy;thermalconductivity;mechanism;influencefactors;review 1001-9731(2016)05-05030-06 四川省科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013G20128);重慶大學(xué)大型儀器設(shè)備開放基金資助項(xiàng)目(201512150010) 2015-07-15 2016-01-10 通訊作者:游國強(qiáng),E-mail:ygq@cqu.edu.cn 游國強(qiáng)(1978-),男,四川自貢人,博士,副教授,主要從事輕合金及其成型技術(shù)研究。 TG146.2+2 A 10.3969/j.issn.1001-9731.2016.05.0063 結(jié) 語