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(資料圖)

導讀

研究了不同含量Mg-Sn-Ca合金的顯微組織演變與導熱系數的關系。Mg-2Sn-xCa合金的顯微組織隨Ca含量的變化發生顯著改變。Ca的加入能有效提高Mg-2Sn合金的導熱系數。當Sn、Ca摩爾比為1:1時，其導熱系數顯著提高至147 W/(m·K)，這主要是由于溶質原子的消耗和高電阻富Sn區的消除。Mg-Sn-Ca合金隨著含量的增加呈現出不同的凝固行為。當Sn含量低于3%時，導熱系數呈線性下降，當Sn含量高于3%時，導熱系數迅速下降。前者是由于析出相，后者由高電阻的富錫區導致。

可持續發展和環境保護對金屬材料提出了更多的要求，如輕量化和可回收性。鎂合金作為最輕的金屬結構材料，受到廣泛關注。目前，鎂合金的應用主要存在于交通運輸行業和3C產品中，這些產品經常在熱環境中工作。與力學性能相比，鎂合金熱力學性能的研究仍然有限。

純Mg具有良好的導熱性，但是其較低的力學性能不能滿足應用的需要。添加合金元素是調控鎂合金性能的有效手段，然而合金元素會對純鎂的導熱性能產生不利的影響。作為最流行的商用鎂合金，Mg-Al系列合金的導熱性能并不理想，然而，通過添加稀土元素和熱擠壓工藝獲得了導熱性和力學性能優異的Mg-Al-La合金。可以預見，通過引入適當的合金元素來提高二元鎂合金的導熱性是一種方便有效的方法。此外，熱處理、變形等工藝經常被引入以改善Mg-Zn系列合金的導熱性。

Mg-Sn基合金作為不含RE的耐熱合金，近年來逐漸受到研究人員的重視。基于此，華南理工大學杜軍教授課題組研究了富錫區在Mg-Sn-Ca合金導熱系數變化中的作用，揭示了合金的顯微組織演變與導熱系數變化的關系。相關研究成果以題為“Relationship between microstructure evolution and thermal conductivity of Mg–Sn–Ca alloys”發表于期刊《Journal of Materials Research》。

結果表明，Mg-2Sn合金中除α-Mg相外，還存在許多富Sn區。加入Ca后，富Sn區逐漸消失，形成CaMgSn相。過量的Ca誘導形成Mg2Ca相，導致CaMgSn相由連續網絡狀變為不連續分布。隨著Sn和Ca含量的增加，Mg-Sn-Ca合金呈現出不同的凝固行為。Mg-3Sn-1.02 Ca合金中存在Mg2Sn相和Mg2Ca相。Mg-4Sn-1.36Ca合金中出現棒狀CaMgSn相和富Sn區。

Mg-Sn-Ca合金的熱導率與電導率的相關系數約為6.88 (× 10-6·V-2·K-1)。當Sn、Ca摩爾比為1:1時，Mg-2Sn合金的導熱系數從112 W/(m·K)提高到147 W/(m·K)。當Sn含量超過3%時，合金的導熱系數迅速下降。高Sn+Ca含量的Mg-4Sn-1.36Ca合金中重新出現明顯的Sn區，導致當Sn含量超過3%時，Mg-Sn-Ca合金的導熱系數迅速下降。

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