基于激光闪射法测量3D打印铝合金的热物性参数

摘要

热管理是许多高科技设备的关键。本文使用激光闪射法测量3D打印铝合金在高温下的关键“热能力”——包括它传递热量的快慢（热扩散系数）、储存热量的多少（比热容）以及综合的导热性能（导热系数）。研究发现：(1)选对“尺子”很重要：在测量时，使用石墨作为参考样品（标样）得到的结果最接近铝合金的真实导热能力，比用铜或不锈钢更准确；（2）选择石墨标样，温度越高，导热能力越强：随着温度从室温升高到500°C，这种3D打印铝合金传递热量的能力（热扩散系数和导热系数）都逐渐变强了；（3）方向有影响：在3D打印过程中层层堆叠的特性，使得材料在水平方向（横向）传递热量比竖直方向（竖向）更快（热扩散系数和导热系数横向更高）。相反，材料在竖直方向储存热量的能力（比热容）略高于水平方向。这些“热能力”数据对于3D打印铝合金在需要良好散热的领域（比如航空航天中的火箭喷嘴、汽车制造中的发动机部件、船舶中的复杂零件）的设计和应用至关重要。了解材料在不同温度和方向上的导热表现，能帮助工程师设计出性能更好、更可靠的部件。本研究为3D打印高性能铝合金零件的热管理设计提供了重要的基础数据。