低温无机相变储能材料与铝合金封装材料间的相容性研究
电子器件尺寸的不断减小以及集成电路功率的不断提升，对电子系统的散热效果提出了越来越高的要求。无机相变材料因其不可燃性以及高的热导率在集成散热系统中得到广泛关注。无机相变材料因过冷度大、相分离以及与封装金属的相容性等问题，这极大的限制了其在实际工程中的应用。本文制备了六水硝酸镁(MNH)和六水氯化镁(MCH)的共晶混合物(后称为MNH-MCH复合相变材料)，并采用DSC技术，研究了共晶混合物的热物理性能。通过添加成核剂，降低了过冷度。在此基础上，研究了 6063铝合金、3A21铝合金、ZL104和3D打印铝合金在MNH-MCH复合相变材料中的相容性，得到结论如下: (1)采用DSC技术研究了六水硝酸镁(MNH)不同添加量对镁基复合相变材料相变焓值的影响。结果表明:当MNH添加量为在30～60 wt.％存在一个明显的吸热峰和放热峰，说明在这条件下，六水硝酸镁和六水氯化镁已经形成共晶混合物。当六水硝酸镁添加量为57 wt.％时，相变焓最高为155.46 J/g,相变温度为58.5℃,过冷度11.7℃。在此基础上,研究了 CaSO4·2H2O,MgBr2·6H2O和SrCl2· 6H2O做成核剂对过冷度的影响。结果表明，添加SrCl2· 6H2O降低过冷度效果显著，当添加量为0.3wt.％时，过冷度降低至0.4℃,相变焓降低14.7％,即使固液相变循环50次后，过冷度基本保持不变。 (2)采用失重法，研究了 6063和3A21铝合金在MNH-MCH复合相变材料固液交替过程的腐蚀规律。结果表明，6063铝合金腐蚀速率先随时间先增大后减小最后趋于平稳;而3A21铝合金随着时间呈逐渐降低的趋势;这两种铝合金的腐蚀形貌均呈局部腐蚀状态，在腐蚀产物中均含有O、Cl和Al,这是由于酸性的腐蚀介质含有大量的Cl-造成。 (3)6063和3A21铝合金在熔融态的MNH-MCH复合相变材料中的初期，两种铝合金的阻抗谱均呈现出两个时间常数;随着浸泡时间的延长，两种铝合金的阻抗谱在低频区域均出现感抗特征，这是由于酸性介质中共含大量的Cl-的腐蚀环境发生局部腐蚀现象。 与上述铝合金在熔融态中的电化学响应相比，两种铝合金在固液循环过程中的凝固状态时，6063铝合金阻抗谱呈现出一个时间常数，3A21铝合金呈两个时间常数;在固液循环过程中的熔融状态时，阻抗谱均呈现出两个时间常数，并且在低频区域也都未出现感抗。凝固状态下的溶液电阻Rs为熔融状态的十倍左右，其原因在于凝固状态中导致其离子迁移的阻力远远大于熔融状态。 (4)进一步研究了铸造和3D打印铝合金在相变材料中腐蚀行为，结果表明，在固液交替循环过程中，这两种不同成形工艺的铝合金的腐蚀规律基本一致，但在腐蚀后期，3D打印铝合金腐蚀比较严重;虽然两种不同成形工艺的铝合金腐蚀形貌均呈现局部腐蚀，且腐蚀产物中含有相同的元素，但ZL104中Mg的含量较高。此外，不同成形工艺铝合金在熔融态MNH-MCH复合相变材料中也有明显的电化学差异。虽然两种铝合金的阻抗谱均呈现两个时间常数，但是在低频区，ZL104表现为容抗弧，而3D打印铝合金表现为感抗弧。在固液循环过程中，这两种铝合金均呈现两个时间常数，但ZL104的阻抗膜值相对较高，腐蚀较轻。
无机相变材料;六水硝酸镁;六水氯化镁;制备工艺;成核剂;过冷度;铝合金;相容性
北京化工大学
硕士
材料与化工
雍兴跃;曹剑峰
2023
中文
TB34
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）