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导读

研究了不同含量Mg-Sn-Ca合金的显微组织演变与导热系数的关系。Mg-2Sn-xCa合金的显微组织随Ca含量的变化发生显著改变。Ca的加入能有效提高Mg-2Sn合金的导热系数。当Sn、Ca摩尔比为1:1时，其导热系数显著提高至147 W/(m·K)，这主要是由于溶质原子的消耗和高电阻富Sn区的消除。Mg-Sn-Ca合金随着含量的增加呈现出不同的凝固行为。当Sn含量低于3%时，导热系数呈线性下降，当Sn含量高于3%时，导热系数迅速下降。前者是由于析出相，后者由高电阻的富锡区导致。

可持续发展和环境保护对金属材料提出了更多的要求，如轻量化和可回收性。镁合金作为最轻的金属结构材料，受到广泛关注。目前，镁合金的应用主要存在于交通运输行业和3C产品中，这些产品经常在热环境中工作。与力学性能相比，镁合金热力学性能的研究仍然有限。

纯Mg具有良好的导热性，但是其较低的力学性能不能满足应用的需要。添加合金元素是调控镁合金性能的有效手段，然而合金元素会对纯镁的导热性能产生不利的影响。作为最流行的商用镁合金，Mg-Al系列合金的导热性能并不理想，然而，通过添加稀土元素和热挤压工艺获得了导热性和力学性能优异的Mg-Al-La合金。可以预见，通过引入适当的合金元素来提高二元镁合金的导热性是一种方便有效的方法。此外，热处理、变形等工艺经常被引入以改善Mg-Zn系列合金的导热性。

Mg-Sn基合金作为不含RE的耐热合金，近年来逐渐受到研究人员的重视。基于此，华南理工大学杜军教授课题组研究了富锡区在Mg-Sn-Ca合金导热系数变化中的作用，揭示了合金的显微组织演变与导热系数变化的关系。相关研究成果以题为“Relationship between microstructure evolution and thermal conductivity of Mg–Sn–Ca alloys”发表于期刊《Journal of Materials Research》。

结果表明，Mg-2Sn合金中除α-Mg相外，还存在许多富Sn区。加入Ca后，富Sn区逐渐消失，形成CaMgSn相。过量的Ca诱导形成Mg2Ca相，导致CaMgSn相由连续网络状变为不连续分布。随着Sn和Ca含量的增加，Mg-Sn-Ca合金呈现出不同的凝固行为。Mg-3Sn-1.02 Ca合金中存在Mg2Sn相和Mg2Ca相。Mg-4Sn-1.36Ca合金中出现棒状CaMgSn相和富Sn区。

Mg-Sn-Ca合金的热导率与电导率的相关系数约为6.88 (× 10-6·V-2·K-1)。当Sn、Ca摩尔比为1:1时，Mg-2Sn合金的导热系数从112 W/(m·K)提高到147 W/(m·K)。当Sn含量超过3%时，合金的导热系数迅速下降。高Sn+Ca含量的Mg-4Sn-1.36Ca合金中重新出现明显的Sn区，导致当Sn含量超过3%时，Mg-Sn-Ca合金的导热系数迅速下降。

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