Phase Lab铝基热导率数据库助力高导热铝合金成分设计

高导热铝合金在航空航天热防护系统、电子设备散热器、以及新能源汽车动力总成等领域具有不可替代的核心价值。传统高导热铝合金开发依赖试错法，面临成分-性能矛盾突出、工艺窗口狭窄、微观组织调控困难等瓶颈。

Phase Lab团队基于CALPHAD方法构建铝合金热导率数据库，旨在耦合热力学数据库，实现合金成分-工艺-组织-热导性能的定量关联，实现多元多相铝合金的导热性能的精准预测。结合高通量计算与机器学习算法，可加速筛选兼具高导热与强韧性的合金成分区间，显著缩短合金研发周期并降低试错成本。

当前面向7xxx系铝合金的开发与应用需求，建立的Al-Cu-Mg-Zn-Sc-Ti-Zr系热导率数据库已经过大量内测和验证，即将集成至鸿之微云。

单组元热导率计算

基于纯元素在不同物相下的热导率实验数据和第一性原理计算结果，在CALPHAD框架下构建铝合金单组元热导率参数，保证数据库计算结果与实验吻合。如图1所示，Al、Cu、Mg、Zn、Zr元素稳态相的热导率计算结果与实验数据高度吻合，为更高组元体系的热导率预测奠定基础。

图1 单组元FCC相热导率（a）Al；（b）Cu；

HCP相热导率（c）Mg；（d）Zn；（e）Zr

二元系热导率计算          

溶质元素和第二相析出会阻碍电子传递热量，通常合金的导热系数会随着基体中溶质原子的增加和析出物的增加而降低。当前Phase Lab软件团队开发的铝合金热导率数据库，支持精准预测二元系合金热导率随温度与成分的演变规律。图2计算了Al-Cu和Al-Mg二元系FCC单相的热导率，与实验测定结果具有较高的一致性。以高精度的二元体系为基础，可有效提升数据库外推预测高组元体系热导率的可靠性。

图2 二元系FCC相热导率计算（a）Al-Cu；（b）Al-Mg

多元系热导率计算    

在CALPHAD框架下评估三元系热导率参数，能够精准量化合金元素交互作用以及复杂析出相对热传导性能的影响机制。如图3所示，Al-Mg-Zn三元合金FCC单相的热导率在一定温度范围内随温度升高而增大。计算结果与实验数据误差在±3%以内，可为高导热铝合金设计提供关键理论支撑。

图3 Al-Mg-Zn三元系FCC相热导率计算与实验对比