Топлинна дифузия на металите като функция на размера на зърната

Въведение

Заедно с топлопроводността λ, топлодифузията a е важен термофизичен параметър. За разлика от топлопроводимостта, която описва стационарния топлообмен, топлодифузията, α, е параметър за преходния топлообмен на даден материал. За да се изчисли топлопроводността, освен специфичния топлинен капацитет, _{Специфичен топлинен капацитет (cp)Топлинният капацитет е физична величина, специфична за материала, която се определя от количеството топлина, подадено на образеца, разделено на полученото увеличение на температурата. Специфичният топлинен капацитет се отнася за единица маса на образеца.cp}, и плътността, ρ , се изисква и топлинната дифузия, a :

λ = _{α-Специфичен топлинен капацитет (cp)Топлинният капацитет е физична величина, специфична за материала, която се определя от количеството топлина, подадено на образеца, разделено на полученото увеличение на температурата. Специфичният топлинен капацитет се отнася за единица маса на образеца.cp-ρ}

Специфичният топлинен капацитет зависи само от химичния състав. Плътността е функция на макроскопичната структура на материала (напр. пори). Топлинната дифузия зависи от макроструктурата, но отчасти и от микроструктурата на образеца.

По-долу е показана термичната дифузия на меден образец като функция на размера на зърната. Като правило, колкото по-малък е размерът на зърната (= колкото повече са границите на зърната), толкова по-малка е термичната дифузия. Структурата на меден образец, произведен чрез адитивно производство, се характеризира с много small зърна и следователно с много граници на зърната, поради относително кратките цикли на нагряване и бързо охлаждане. Закаляването на образеца (1 h при 1000 °C) води до структура със значително по-големи зърна и следователно с по-малко граници на зърната. Сравнението на микроструктурите е показано на фигура 1.

Условия за измерване

Измерването на топлинната дифузия при стайна температура на двата медни образеца е извършено с LFA 467 HyperFlash^®. Образците LFA са с диаметър 12,7 mm и дебелина 3 mm. Преди измерването образците бяха леко, но не непрозрачно, покрити с графит, за да се подобрят свойствата на излъчване и поглъщане на медните образци.

Резултати от измерването

Резултатите са обобщени в таблица 1. Темперираната проба, със 116,88 mm²/s, показва почти същата литературна стойност за чиста мед, със 117 mm²/s [1]. Медната проба непосредствено след адитивното производство, с по-малко зърнеста микроструктура, показва значително по-ниска термична дифузия от 108,97 mm²/s.

Заключение

LFA е безконтактен метод за измерване, който може надеждно да определи дори small разлики, като например тези, причинени от промяна в микроструктурата, без смущаващото влияние на контактните съпротивления.

Потвърждение

Бихме искали да благодарим на Infinite Flex GmbH за адитивното производство и темперирането на медните проби и на Университета в Байройт, катедра "Метали", за предоставянето на микрографиите.

Таблица 1: Топлинна дифузия на чиста мед с различни структури при стайна температура