پروفسور دو جون از دانشگاه صنعتی چین جنوبی: رابطه بین تکامل ریزساختار و هدایت حرارتی آلیاژ Mg-Sn-Ca

توسعه پایدار و حفاظت از محیط زیست، الزامات بیشتری را در مورد مواد فلزی، مانند سبک وزن و قابلیت بازیافت، مطرح می کند. آلیاژ منیزیم به عنوان سبک ترین ماده ساختاری فلزی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در حال حاضر کاربرد آلیاژهای منیزیم عمدتاً در صنعت حمل و نقل و محصولات 3C وجود دارد که اغلب در محیط های گرم کار می کنند. در مقایسه با خواص مکانیکی، مطالعات روی خواص ترمودینامیکی آلیاژهای منیزیم هنوز محدود است.
منیزیم خالص دارای رسانایی حرارتی خوبی است، اما خواص مکانیکی پایین آن نمی تواند نیازهای برنامه ها را برآورده کند. افزودن عناصر آلیاژی وسیله ای مؤثر برای کنترل خواص آلیاژهای منیزیم است، اما عناصر آلیاژی تأثیر نامطلوبی بر هدایت حرارتی منیزیم خالص خواهند داشت. به عنوان محبوب ترین آلیاژهای تجاری منیزیم، هدایت حرارتی آلیاژهای سری Mg-Al ایده آل نیست. با این حال، آلیاژهای Mg-Al-La با رسانایی حرارتی و خواص مکانیکی عالی با افزودن عناصر خاکی کمیاب و فرآیند اکستروژن گرم به دست آمد. می توان پیش بینی کرد که با معرفی عناصر آلیاژی مناسب، روشی مناسب و مؤثر برای بهبود هدایت حرارتی آلیاژهای دوتایی منیزیم است. علاوه بر این، فرآیندهایی مانند عملیات حرارتی و تغییر شکل اغلب برای بهبود هدایت حرارتی آلیاژهای سری Mg-Zn معرفی می شوند.
آلیاژهای مبتنی بر Mg-Sn به عنوان آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت بدون RE، به تدریج توجه محققان را در سال های اخیر به خود جلب کرده اند. بر این اساس، گروه تحقیقاتی پروفسور دو جون از دانشگاه صنعتی چین جنوبی نقش منطقه غنی از قلع را در تغییر هدایت حرارتی آلیاژ منیزیم-قلع-کلسیم مطالعه کردند و رابطه بین تکامل ریزساختار آلیاژ و تغییر هدایت حرارتی را آشکار کردند. نتایج تحقیقات مربوطه در مجله "Journal of Materials Research" با عنوان "رابطه بین تکامل ریزساختار و هدایت حرارتی آلیاژهای Mg-Sn-Ca" منتشر شد.

 

نتایج نشان می‌دهد که علاوه بر فاز α-منیزیم، نواحی غنی از Sn در آلیاژ Mg-2Sn وجود دارد. پس از افزودن کلسیم، منطقه غنی از Sn به تدریج ناپدید شد و یک فاز CaMgSn تشکیل شد. کلسیم اضافی باعث تشکیل فاز Mg2Ca شد و در نتیجه فاز CaMgSn از شبکه پیوسته به توزیع ناپیوسته رسید. آلیاژهای Mg-Sn-Ca رفتارهای انجماد متفاوتی را با افزایش محتوای Sn و Ca نشان دادند. فاز Mg2Sn و فاز Mg2Ca در آلیاژ Mg-3Sn-1.02 کلسیم وجود دارد. فازهای CaMgSn میله مانند و مناطق غنی از Sn در آلیاژهای Mg-4Sn-1.36Ca ظاهر می شوند.

 

ضریب همبستگی بین هدایت حرارتی و هدایت الکتریکی آلیاژ Mg-Sn-Ca حدود 6.88 (× 10-6·V-2·K-1) است. وقتی نسبت مولی Sn و Ca 1:1 باشد، هدایت حرارتی آلیاژ Mg-2Sn از 112 W/(m·K) به 147 W/(m·K) افزایش می یابد. هنگامی که محتوای Sn از 3٪ بیشتر شود، هدایت حرارتی آلیاژ به سرعت کاهش می یابد. ناحیه واضح Sn در آلیاژ Mg-4Sn-1.36Ca با محتوای Sn+Ca بالا دوباره ظاهر شد، که منجر به کاهش سریع هدایت حرارتی آلیاژ Mg-Sn-Ca هنگامی که محتوای Sn از 3 درصد فراتر رفت.