高導(dǎo)熱鋁合金在航空航天熱防護(hù)系統(tǒng)、電子設(shè)備散熱器、以及新能源汽車動(dòng)力總成等領(lǐng)域具有不可替代的核心價(jià)值。傳統(tǒng)高導(dǎo)熱鋁合金開發(fā)依賴試錯(cuò)法，面臨成分-性能矛盾突出、工藝窗口狹窄、微觀組織調(diào)控困難等瓶頸。

PhaseLab團(tuán)隊(duì)基于CALPHAD方法構(gòu)建鋁合金熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)庫，旨在耦合熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)合金成分-工藝-組織-熱導(dǎo)性能的定量關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多元多相鋁合金的導(dǎo)熱性能的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。結(jié)合高通量計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可加速篩選兼具高導(dǎo)熱與強(qiáng)韌性的合金成分區(qū)間，顯著縮短合金研發(fā)周期并降低試錯(cuò)成本。

當(dāng)前面向7xxx系鋁合金的開發(fā)與應(yīng)用需求，建立的Al-Cu-Mg-Zn-Sc-Ti-Zr系熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)庫已經(jīng)過大量內(nèi)測(cè)和驗(yàn)證，即將集成至鴻之微云。

單組元熱導(dǎo)率計(jì)算

基于純?cè)卦诓煌锵嘞碌臒釋?dǎo)率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和第一性原理計(jì)算結(jié)果，在CALPHAD框架下構(gòu)建鋁合金單組元熱導(dǎo)率參數(shù)，保證數(shù)據(jù)庫計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合。如圖1所示，Al、Cu、Mg、Zn、Zr元素穩(wěn)態(tài)相的熱導(dǎo)率計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)高度吻合，為更高組元體系的熱導(dǎo)率預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

圖1單組元FCC相熱導(dǎo)率（a）Al；（b）Cu；

HCP相熱導(dǎo)率（c）Mg；（d）Zn；（e）Zr

二元系熱導(dǎo)率計(jì)算

溶質(zhì)元素和第二相析出會(huì)阻礙電子傳遞熱量，通常合金的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)隨著基體中溶質(zhì)原子的增加和析出物的增加而降低。當(dāng)前Phase Lab軟件團(tuán)隊(duì)開發(fā)的鋁合金熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)庫，支持精準(zhǔn)預(yù)測(cè)二元系合金熱導(dǎo)率隨溫度與成分的演變規(guī)律。圖2計(jì)算了Al-Cu和Al-Mg二元系FCC單相的熱導(dǎo)率，與實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果具有較高的一致性。以高精度的二元體系為基礎(chǔ)，可有效提升數(shù)據(jù)庫外推預(yù)測(cè)高組元體系熱導(dǎo)率的可靠性。

圖2二元系FCC相熱導(dǎo)率計(jì)算（a）Al-Cu；（b）Al-Mg

多元系熱導(dǎo)率計(jì)算

在CALPHAD框架下評(píng)估三元系熱導(dǎo)率參數(shù)，能夠精準(zhǔn)量化合金元素交互作用以及復(fù)雜析出相對(duì)熱傳導(dǎo)性能的影響機(jī)制。如圖3所示，Al-Mg-Zn三元合金FCC單相的熱導(dǎo)率在一定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而增大。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差在±3%以內(nèi)，可為高導(dǎo)熱鋁合金設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵理論支撐。

圖3 Al-Mg-Zn三元系FCC相熱導(dǎo)率計(jì)算與實(shí)驗(yàn)對(duì)比