摘 要

目前对于低熔点合金的研究主要集中于成分对于合金热物性的影响以及传热机理，但对于成分对于微观结构的影响，以及热物性与微观结构之间的联系很少进行系统的探究。因此本次研究将通过对于Bi-Pb合金与Bi-Pb-Zn合金微观结构与热物性的比较，分析成分的不同对于微观结构的改变，以及微观结构对于热物性的影响，以期为低熔点合金热传导介质的应用提供参考。

本课题使用X射线衍射仪（XRD）、X射线荧光光谱仪（XRF）分析合金物相组成；电子探针显微分析仪（EPMA）分析合金的微观形貌;激光导热仪、差示扫描量热分析仪（DSC）分析合金的热物性。通过以上方法对Bi-Pb-Zn系低熔点合金的微观形貌及热物性进行观察和测试。

结果表明，Bi-Pb合金的微观形貌为层片状共晶组织，组织形貌较为规则，Bi-Pb-Zn合金的微观形貌为粒状的三元共晶组织分布在基体固溶体上，组织形貌相对不规则。Bi-Pb-Zn合金与Bi-Pb合金相比，相变温度基本相同，相变焓更高，密度更低，膨胀系数与伸长率更小，比热容变化更大，导热系数更大。热扩散系数有所增大但增大幅度较小，其原因是形成了利于导热的三元共晶组织但同时使组织形貌更不规则，增大了导热界面与热阻。

关键词：低熔点合金，Bi-Pb-Zn，热物性，微观结构

Abstract

At present, the research on low melting point alloy mainly focuses on the influence of the composition on the thermophysical properties of the alloy and the heat transfer mechanism. However, the influence of the composition on the microstructure and the relationship between the thermophysical properties and the microstructure are rarely explored systematically.Therefore, this study will compare the Bi-Pb alloy and Bi-Pb-Zn alloy microstructure and thermal properties to analyze the microstructure changes what different ingredients lead to,as well as the effect of microstructure on thermophysical properties.so as to provide reference for the application of low melting alloy heat transfer medium.

In this paper, the composition of the alloy was analyzed by X-ray diffractometer (XRD) and X-ray fluorescence spectrometer (XRF).;Electron probe microanalysis (EPMA) analysis of the microstructure of the alloy;The thermophysical properties of the alloy were analyzed by laser pyrometer and differential scanning calorimetry (DSC). The microstructure and thermal properties of Bi-Pb-Zn-based low melting alloys were observed and tested by the above method.

The results show that the microstructure of Bi-Pb alloy is lamellar eutectic structure, the microstructure is more regular. The microstructure of Bi-Pb-Zn alloy is a grain-like ternary eutectic structure distributed on the solid solution, and the microstructure is relatively irregular.Compared with Bi-Pb alloy, Bi-Pb-Zn alloy has the same phase transition temperature, higher phase transition enthalpy, lower density, smaller expansion coefficient and elongation, larger specific heat capacity and greater thermal conductivity.The thermal diffusivity is increased but the increase is small. The reason is that the ternary eutectic structure is favorable for thermal conduction, but the microstructure is more irregular and the thermal conductivity interface and thermal resistance are increased.

Key Words：Low melting point alloy, Bi-Pb-Zn, Thermophysical properties, microstructure

目 录

第1章 绪论 1

1.1前言 1

1.2研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.3研究意义 3

1.4研究目的及内容 3

第2章 样品制备及测试方法 5

2.1样品的选择及制备 5

2.1.1合金成分的选择 5

2.1.2样品的制备 6

2.2物相及微观形貌 7

2.2.1 X射线衍射分析 7

2.2.2 X射线荧光光谱分析 8

2.2.3 电子探针显微分析 9

2.3热物性 10

2.3.1相变温度与相变焓 10

2.3.2热膨胀参数 10

2.3.3热扩散参数 10

第3章结果与讨论 12

3.1合金物相与微观形貌 12

3.2热物性分析 14

3.2.1相变温度与相变焓 14

3.2.2热膨胀参数 15

3.2.3比热容与热扩散系数 17

3.2.4导热系数 19

第4章 结论与展望 21

参考文献 22

致 谢 24

第1章 绪论

1.1前言

进入二十一世纪，世界各国对于经济发展的重视程度与日俱增，为了最大限度的实现国家现代化，各国着力发展国家工业，同时日益频繁的商品交易也促进了国家之间的经济交流与合作。能源作为各国工业发展与经济交流的血脉，重要性不言而喻。

世界目前能源消耗结构如下，石油约占33%，煤炭约占30%，天然气约占24%，而化石燃料以外的能源不足15%。然而化石燃料的前景不容乐观：2013年全球已探明的原油储量约为1211亿吨，石油存量418845桶，耗量8976桶，并且耗量还在不断提高，年增长约2%，在中国等能源消耗的大国年增长量约12%。天然气119万亿立方米，耗量为33809亿立方米，并且耗量以0.4％递增，我国年增长量为8.6%。然而二者新探明的储量却都不足消耗量的20%。经相关人员计算，维持石油资源的静态稳定年限不足50年^[1]。已探明煤炭储量虽然可维持200年，但其使用会造成更严重的温室效应与大气污染，并且煤炭在许多领域难以完全代替石油与天然气，将其进行资源转化又会损失近一半的热量，造成严重的能量流失，无异于饮鸩止渴。化石燃料的枯竭已迫在眉睫，严重阻碍了人类文明的进步，寻找用于替代的新能源成为各国科研人员的努力重点。太阳能作为取之不尽用之不竭的清洁能源，是最好的替代能源，太阳能热发电系统应运而生。

太阳能热发电系统相比传统发电系统具有明显的优势。在环境保护方面，太阳能发电系统工作过程完全清洁无污染，没有碳的排放，可以减少温室效应的发生，利于环境的保护与生态文明的建设。在经济性方面，太阳能热发电系统无需任何燃料成本，并且热能的储存成本要远远低于电能，可以提高经济效益。在社会性上来看，太阳能热发电系统可以克服传统发电系统可能出现的断电情况，保证社会用电的持续供应，防止因发电中断造成的社会损失。太阳能系统工作过程如下：收集系统将大量太阳能收集起来，通过导热与蓄热，加热工质，产生大量蒸汽，驱动汽轮机发电^[2]。热传导介质作为吸热与输送热量的关键热载体，对于系统的平稳运行至关重要，然而由于系统的功率越来越大，传统的热传导介质在使用温度，安全性能等多个方面已难以满足实际要求。