Difuzivitatea termică a metalelor ca funcție a dimensiunii granulelor

Introducere

Împreună cu conductivitatea termică, λ, difuzivitatea termică, a, este un parametru termofizic important. Spre deosebire de conductivitatea termică, care descrie transferul de căldură staționar, difuzivitatea termică, α, este un parametru pentru transferul de căldură tranzitoriu al unui material. Pentru a calcula conductivitatea termică, difuzivitatea termică, a, este necesară în plus față de capacitatea termică specifică, _{Capacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp}, și densitatea, ρ:

λ = _{α-Capacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp-ρ}

Capacitatea termică specifică depinde numai de compoziția chimică. Densitatea este o funcție a structurii macroscopice a unui material (de exemplu, pori). Difuzivitatea termică depinde de macrostructura, dar și parțial de microstructura unei probe.

În cele ce urmează, difuzivitatea termică a unei probe de cupru este prezentată ca o funcție a dimensiunii granulelor. De regulă, cu cât dimensiunea granulelor este mai mică (= cu cât există mai multe limite ale granulelor), cu atât difuzivitatea termică este mai scăzută. Structura unei probe de cupru, produsă prin fabricație aditivă, este caracterizată de multe small granule și, prin urmare, de multe limite ale granulelor, datorită ciclurilor relativ scurte de încălzire și răcire rapidă. Prin revenirea probei (1 h la 1000°C) se obține o structură cu granule semnificativ mai mari și, prin urmare, cu mai puține limite ale granulelor. O comparație a microstructurilor este prezentată în figura 1.

Condiții de măsurare

Măsurarea difuzivității termice la temperatura camerei a celor două probe de cupru a fost efectuată cu LFA 467 HyperFlash^®. Probele LFA au avut un diametru de 12,7 mm și o grosime de 3 mm. Probele au fost acoperite ușor, dar nu opac, cu grafit înainte de măsurare pentru a îmbunătăți proprietățile de emisie și absorbție ale probelor de cupru.

Rezultatele măsurătorilor

Rezultatele sunt rezumate în tabelul 1. Proba temperată, la 116,88 mm²/s, prezintă aproape valoarea din literatura de specialitate a cuprului pur, la 117 mm²/s [1]. Proba de cupru imediat după fabricarea aditivă, cu o microstructură cu granulație mai mică, prezintă o difuzivitate termică semnificativ mai mică, de 108,97 mm²/s.

Concluzie

LFA este o metodă de măsurare fără contact care poate rezolva în mod fiabil chiar și diferențele small, cum ar fi cele cauzate de o schimbare în microstructură, fără influența perturbatoare a rezistențelor de contact.

Recunoaștere

Dorim să mulțumim Infinite Flex GmbH pentru fabricarea aditivă și temperarea probelor de cupru și Universității din Bayreuth, Departamentul de metale, pentru furnizarea micrografiilor.

Tabelul 1: Difuzivitatea termică a cuprului pur cu diferite structuri la temperatura camerei