Difusividade térmica de metais como uma função do tamanho do grão

Introdução

Junto com a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica, λ, a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, a, é um parâmetro termofísico importante. Em contraste com a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica, que descreve a transferência de calor estacionária, a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, α, é um parâmetro para a transferência de calor transitória de um material. Para calcular a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica, a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, a, é necessária, além da capacidade de calor específica, _{Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade de calor específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp}, e da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade, ρ:

λ = _{α-Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade de calor específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp-ρ}

A capacidade térmica específica depende apenas da composição química. A DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade é uma função da estrutura macroscópica de um material (por exemplo, poros). A Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica depende da macroestrutura, mas também depende parcialmente da microestrutura de uma amostra.

A seguir, a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica de uma amostra de cobre é mostrada como uma função do tamanho do grão. smallComo regra geral, quanto maior o tamanho do grão (= quanto mais limites de grão), menor a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica. A estrutura de uma amostra de cobre, produzida por meio de manufatura aditiva, é caracterizada por muitos small grãos e, portanto, muitos limites de grãos, devido aos ciclos relativamente curtos de aquecimento e resfriamento rápido. O revenimento da amostra (1 h a 1.000 °C) produz uma estrutura com grãos significativamente larger e, portanto, menos limites de grãos. Uma comparação das microestruturas é mostrada na figura 1.

Condições de medição

A medição da Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica à temperatura ambiente das duas amostras de cobre foi realizada com o LFA 467 HyperFlash^®. As amostras do LFA tinham um diâmetro de 12,7 mm e uma espessura de 3 mm. As amostras foram levemente, mas não opacamente, revestidas com grafite antes da medição para melhorar as propriedades de emissão e absorção das amostras de cobre.

Resultados da medição

Os resultados estão resumidos na tabela 1. A amostra temperada, com 116,88 mm²/s, apresenta quase o valor da literatura para o cobre puro, com 117 mm²/s [1]. A amostra de cobre diretamente após a manufatura aditiva, com uma microestrutura smallmais granulada, apresenta uma Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica significativamente menor, de 108,97 mm²/s.

Conclusão

O LFA é um método de medição sem contato que pode resolver de forma confiável até mesmo diferenças small, como as causadas por uma mudança na microestrutura, sem a influência perturbadora das resistências de contato.

Reconhecimento

Gostaríamos de agradecer à Infinite Flex GmbH pela manufatura aditiva e pela têmpera das amostras de cobre e à Universidade de Bayreuth, Departamento de Metais, por fornecer as micrografias.

Tabela 1: Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.Difusividade térmica do cobre puro com diferentes estruturas à temperatura ambiente