高导热铝合金综述

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1、高导热铝合金的一些理论与研究成果1.金属的导热机理当材料的相邻区域存在温度差时，热量就会从高温区域经接触部位流向低温区域，产生热传导。单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量就称为热导率（单位是W/(m·K)），式1.1为热传递的表达公式。式1.3中，∆S为截面积，∆Q为通过截面的能量，∆t为时间，代表在x方向传的温度，负号表示热量传递方向和温度梯度方向相反。金属材料内有着大量的自由电子存在，自由电子可以在金属中快速运动，可以快速实现热量的传递，晶格振动是金属热传递的另一种方式，但相对自由电子传递方式来说处于次要地位。金属中的自由电子在运动过程中会受到热运动原子和晶格

2、缺陷的影响，可以将受到的热阻分为两类：晶格振功产生的热阻和杂质缺陷产生的热阻。通常情况下，合金中的合金元素比较多，所以以杂质产生的缺陷热阻为主，合金热导率随温度升高而升高。金属热传导主要靠自由电子完成，因而金属的导电系数和导热系数有着必然联系，事实上，大多数金属的导热系数和导电系数存在一个定值，就是Wiedemann-Franz定律[39]，可以用式1.2表示（1.2）式1.4中，λ为导热系数，δ为导电系数，L为洛伦兹常数，对于铝L=2.2×10-8WΩ·K，T为绝对温度。由于热导率的测量比较复杂，测量结果准确度较差，而导电率的测量比较简单，Wiedemann-Franz定

3、律提供了一条测量热导率简便方法，可以通过测量导电率的间接测得热导率。2.研究意义随着时代的发展与进步，人们对电脑等电子产品的要求与日俱增，电子产品的散热问题引起了人们的关注，目前的散热材料越来越很难满足散热要求，开发具有高强高导热的材料变得更加重要。铝具有密度小；耐腐蚀；易加工；导电和导热性好，仅次于Au、Ag和Cu；铝硅合金含Si量高，具有低熔点、耐蚀性好等特点，铝硅合金的优秀的铸造性、良好的加工性和耐热、耐磨的特性，使得铝硅合金具有非常广泛的应用。在含有Mg、Cu和Ni的铝硅合金，热处理强化提高合金的性能。而且与金、银和铜相比，Al还有着很好的性价比。因此，铝合金在高强

4、高导热方向具有很好的发展前景。因此通过在铝硅合金熔炼，添加变质剂，合金元素，和热处理等工艺，以获得良好的导热性和力学性能的铸造铝硅合金，解决电子产品的散热问题，具有重要的理论意义和实际应用价值。3.前人研究成果从现有文献上显示，铝合金中在导热或导电方面研究比较多的Al-Mg-Si系合金。一般来说，合金元素的掺入会引起杂质缺陷，对自由电子运动产生阻力，会降低合金中的热导率。Si和Mg是Al-Mg-Si系合金中的主要元素，对6063的研究显示，当Mg含量较小时，合金的热导率较高而强度稍低，Mg/Si质量比较大时，过量的Mg不仅会削弱Mg2Si效果，且会溶入到铝基体中，使合金的导

5、热率下降。合金元素由析出态变为固溶态时，会引起热导率变小。当Mg/Si的质量比在1.66时，微量的过剩Si和Fe、Mn形成Al12(FeMn)3Si相弥散在铝基体中，减小了Si、Fe、Mn元素在铝基体中的固溶度，且不易形成粗大的Al9Fe2Si相，合金的热导率较高。当硅过剩量较多时，过剩的硅不仅固溶于铝基体中，容易和Fe形成Al9Fe2Si相，热导率降低。另外，添加0.30%的稀土会使得合金热导率达到最高，加少或加多导电率会有所下]。热处理对合金的强度和导热性有着重要影响，对Al-Mg-Si系合金进行均匀化处理，经过560℃6h均匀化处理后热导率最高，温度过低或过高都对降低

6、热导率。均匀化处理能消除晶内偏析，强化相Mg2Si会溶入基体中，针状含Fe相会变为球化。担当温度过高时，基体中的溶质原子增加，晶粒发生粗化，导电率较低。Al-Mg-Si固溶处理时，固溶温度越高，热导率越低，而强度随温度增加而增加，到达最大值后随温度增加而降低。固溶温度越高，过剩相溶入越充分，而温度较低点会有部分相在晶界处不连续析出，对热传导有利，固溶温度最低点热导率最大。而强化相Mg2Si和合金元素最大限度溶入基体，且不发生过烧的温度，晶格畸变达到最大，强度最高。挤压Al-Mg-Si合金时效时，认为200℃温度最好。时效温度高，导热率随时效时间的增加而提高快，但时效时间过长

7、时，因为部分强化相发生固溶而热导率降低；时效温度低，合金中的缺陷由于原子运动慢而得不到有效的修复。利用铝合金为基体，利用碳化硅，碳和金刚石增强的金属基复合材料，具有高参量增强材料，可以通过添加高热导率的组分增强热导率，以及可控制的热膨胀系数等特点[44]。在金刚石/Al复合材料中，Tan等通过溶胶-凝胶法，在金刚石上引入了一个200nm厚、呈树枝状的W纳米层，有效地提高了金刚石和Al间的界面粘结性和减小了边界热阻。使用具有W纳米层的金刚石颗粒，含50％体积量金刚石的真空热压铝复合材料，热导率提高21%以上，从496