“ 本文介绍重庆大学潘复生院士团队最近在Acta Materialia发表的镁合金研究论文，其报道的镁合金不仅具有突破性的高导热系数（130.0 W·K⁻¹·m⁻¹），且同时具有高强度（257 MPa），突破了镁合金导热性与强度的倒置关系。”
通过调控合金元素偏吉布斯自由能，打破镁合金的力学性能与热导率之间倒置关系
背景和问题
随着3C技术（控制、通信和计算机）以及汽车和航空航天工业的快速发展，集成电路中电子元件的密度显著增加，导致单位时间和面积的热量产生增加，这对热管理提出了重大挑战。因此，开发高性能散热材料变得尤为重要。镁（Mg）及其合金因其低密度、高比强度和良好的热导率而受到关注，但其力学性能与热导率之间存在反比关系，限制了其在散热组件中的应用。因此，如何在镁合金中实现高机械性能和高热导率的协同提升成为研究的关键问题。
主要方法
本研究通过相图计算调控合金元素的部分吉布斯自由能，设计了一系列Mg–xZn–0.4E–0.4Zr（x = 1, 2, 3, 4 wt.%，E包括Sc、Sr、Gd、Sn、Ag、Si、Cu、Ca）合金。研究发现，降低基体中溶质元素的浓度可以显著提高热导率。通过调控Zn的添加量，实现了Cu和Ca的偏吉布斯自由能降低，从而减少了这些元素在基体中的固溶浓度，减少了晶格畸变，同时保持了合金的强化效果。此外，通过实验验证了合金的力学性能和热导率的协同优化，并揭示了偏吉布斯自由能与热导率之间的关系。
主要结果和意义
●本研究成功开发了一系列高性能镁合金，通过调控合金元素的偏吉布斯自由能，打破了热导率与力学性能之间的反比关系。
●当Zn添加量在2–3 wt.%时，合金中Cu和Ca的固溶浓度显著降低，减少了晶格畸变，从而形成了热导率“稳定窗口”。
●ZXKC3000合金在T6处理后展现出优异的综合性能：抗拉强度257 MPa、延伸率19.1%、热导率达到130.0 W·K⁻¹·m⁻¹。
●细小的MgZn₂相弥散分布在基体中，显著提高了合金的力学性能，而晶界处的共晶相则对热导率产生负面影响。
●本研究为设计高性能镁合金提供了新的理论依据，通过调控合金元素的偏吉布斯自由能，有望实现镁合金在力学性能和热导率上的协同提升，为开发新一代高性能散热材料提供了重要参考。
论文信息
●Breaking the trade-off between mechanical properties and thermal conductivity of magnesium alloys via regulating the partial Gibbs energy of alloying elements
●Hao Lv, Qi Shang, Jun Tan, Quan Dong, Yunxuan Zhou, Guozhi Wu, Puhua Yu, Bin Jiang, Aitao Tang, Fusheng Pan
●通讯作者：谭军（重庆大学）、周云轩（重庆大学）、 汤爱涛（重庆大学）
●Acta Materialia, Available online 3 March 2025, 120894
●https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.120894
图片摘要，Hao Lv, et al., Acta Mater., 2025
声明：文章内容转自高强材料学科前沿，版权归原作者所有。
版权所有 © 明月湖实验室 渝ICP备2024030505号
