【摘要】：鎂合金以其輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、優(yōu)良的電磁屏蔽性能等優(yōu)勢成為工程應(yīng)用中的研究對(duì)象,隨著航空航天、電子電路的發(fā)展,對(duì)電子封裝材料提出了輕質(zhì)、低成本、高導(dǎo)熱、低膨脹等要求,高性能LED器件也需要低密度高性能的新型功能材料,利用鎂基體良好的導(dǎo)熱性,引入低膨脹的第二相,使得鎂合金的輕質(zhì)優(yōu)勢可以在以上領(lǐng)域得到應(yīng)用。同為輕質(zhì)合金的高硅鋁合金,在電子封裝應(yīng)用領(lǐng)域有著越來越多的研究,而鎂合金的熱物理性能相關(guān)研究較為缺乏,尤其是在熱膨脹性能方面。本文通過引入具有低膨脹系數(shù)的Mg_2Si相,研究了合金元素、第二相對(duì)鎂合金熱物理性能的影響,討論了組織與鎂合金熱物理性能之間的關(guān)系。制備了不同Si含量的鑄態(tài)鎂硅二元合金,利用激光導(dǎo)熱分析儀和熱膨脹儀測定了合金的熱物理性能,利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射儀(XRD)分析了合金的相組成。隨溫度的升高,低含量鎂硅二元合金的導(dǎo)熱率逐漸下降,繼續(xù)添加Si元素,熱導(dǎo)率有上升趨勢,隨著Si含量的增加,二元合金熱導(dǎo)率逐漸下降,Si元素引入了晶格畸變和Mg_2Si第二相界面,增加了電子和聲子的散射,使得熱導(dǎo)率下降。共晶成分附近,析出的初生Mg_2Si相消耗了Mg基體中的Si元素,使晶格畸變減小,熱導(dǎo)率升高,達(dá)到了130.9 W/m·K。隨著溫度的升高,Mg-Si二元合金的熱膨脹系數(shù)先線性上升,再緩慢上升。隨著Si含量的增加,在合金中引入了大量的硬質(zhì)低膨脹Mg_2Si相,使得合金材料的熱膨脹系數(shù)下降。添加Ca元素對(duì)Mg-4Si合金的進(jìn)行變質(zhì)處理,通過吸附在Mg_2Si相表面,抑制了Mg_2Si相的優(yōu)先生長,使得初生相轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的規(guī)則多邊形,Ca元素能在合金中形成針狀CaMgSi相,由此產(chǎn)生的應(yīng)力集中會(huì)降低合金力學(xué)性能。Ca元素的添加使得合金的熱導(dǎo)率小幅下降,這是由于Ca元素添加使得固溶元素增加與含Ca化合物的生成以及初生Mg_2Si相的細(xì)化與共晶Mg_2Si相形態(tài)的改變相互作用的結(jié)果,繼續(xù)添加Ca元素,合金室溫?zé)釋?dǎo)率有明顯的降低后趨于平穩(wěn),這是因?yàn)楣倘茉诨w中的Ca元素增加和Mg_2Si相變質(zhì)效果變化不大導(dǎo)致的。隨著Ca元素的添加,合金的熱膨脹系數(shù)先下降后上升,在含量為0.4wt.%時(shí)有最低的熱膨脹系數(shù),低膨脹第二相的細(xì)化使得合金熱膨脹系數(shù)下降,而尺寸的進(jìn)一步降低導(dǎo)致的隨動(dòng)效應(yīng)和內(nèi)應(yīng)力的增加使得合金熱膨脹系數(shù)上升。添加相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Ce元素與Ca元素對(duì)Mg-4Si合金進(jìn)行變質(zhì),Ca元素的變質(zhì)效果較Ce元素更佳,Ce元素的變質(zhì)機(jī)理同樣為吸附毒化機(jī)制,Ca變質(zhì)下初生相尺寸更小,共晶相呈短棒狀存在,合金材料熱導(dǎo)率較Ce變質(zhì)差別不大,而熱膨脹系數(shù)更低,力學(xué)性能更佳。
【圖文】：

1 材料制備.1 試驗(yàn)材料本研究以鎂硅二元合金為主要研究對(duì)象，所用的合金原材料為純 Mg（99.95%）、-5%Si 中間合金，變質(zhì)劑為 Mg-30%Ce 中間合金、Mg-30%Ca 中間合金。.2 合金熔煉工藝合金熔煉采用低碳鋼制雙層保溫坩堝，在 SG-5-12 型電阻爐中加熱。首先按成分例配備原料，將合金原料預(yù)熱干燥，將純鎂、Mg-5%Si 中間合金放入坩堝中升溫熔，熔煉過程中通入 SF6+N2混合氣體保護(hù)，合金熔化后加入中間合金進(jìn)行變質(zhì)處理，，完全熔化后向熔體中通入高純 Ar2精煉 5min，扒去表面浮渣，保溫靜置 30min，將屬液澆入標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣模具中，如下圖 2-1 所示。部分熔體澆入鋼制階梯模樣中。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文樹枝晶狀 α-Mg 基體和網(wǎng)狀共晶 Mg2Si 相組成，共晶 Si 含量大的等軸晶，在組織中出現(xiàn)少量細(xì)小的初生 Mg2Si 相；添加枝晶變?yōu)閴K狀晶，初生 Mg2Si 的尺寸增加，向多邊形狀發(fā)g 晶粒逐漸變得細(xì)小，分布均勻，初生 Mg2Si 相數(shù)量增多，Si 含量時(shí)，初生 Mg2Si 形成粗大的樹枝狀，共晶 Mg2Si 相呈
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2650312