镁合金热-机协同性能突破：溶质再分布与晶粒细化的协同机制

为解决5G基站高热流密度场景下镁合金导热性与力学性能的固有矛盾，重庆大学团队通过热机械加工调控Mg-3Zn-0.2Cu-0.2Ca-0.4Zr合金的微观结构，发现285°C/8:1挤压参数下可实现344 MPa抗拉强度与139 W/(K m)导热率的协同提升，其机制源于MgZn2动态析出导致的基体溶质贫化及晶界优化，为新一代热管理材料设计提供新范式。

　　

随着5G技术向高频高速发展，基站功率密度激增导致芯片结温突破100°C，传统铝合金散热模块已接近性能极限。镁合金因其密度仅为铝的2/3且理论导热率达160 W/(K m)，被视为下一代热管理材料的理想选择。然而，镁合金存在"高导热必低强度"的魔咒——提升导热需要减少溶质原子对声子的散射，但强化必须依赖固溶或析出，这一矛盾严重制约其在5G基站壳体、均温板等场景的应用。

重庆大学材料科学与工程学院的研究团队在《Journal of Materials Science》发表的研究中，创新性地通过热挤压工艺调控，在Mg-3Zn-0.2Cu-0.2Ca-0.4Zr（ZXKC3000）合金中实现了导热与强度的协同突破。研究采用准原位电子背散射衍射（quasi-in situ EBSD）结合透射电镜（TEM），首次揭示出挤压温度与挤压比对动态再结晶（DRX）行为、溶质分布及MgZn₂相演变的耦合作用机制。

关键技术包括：采用285-350°C梯度温度与8:1/28:1不同挤压比制备对比样品；通过电子背散射衍射（EBSD）分析应变局部化晶粒的取向差；运用透射电镜（TEM）表征纳米析出相分布；结合热导率测试与力学性能检测建立构效关系。

【研究结果】

1. 力学性能与TC：285°C/8:1挤压的S1样品展现出最优综合性能，其抗拉强度（UTS）达344 MPa，热导率（TC）139 W/(K m)，较铸态提升66%强度与14%导热率。而350°C高温挤压虽提高延伸率（EL），但导致强度与TC同步下降。

2. 挤压过程的变形机制：IGMA分析显示，285°C低温挤压促进基面滑移与非基面滑移的协同激活，产生高密度位错促进动态析出；而350°C时交滑移主导导致位错重组，抑制析出。

3. 微观结构演变：低温挤压形成平均尺寸8.7μm的细晶组织，MgZn₂相体积分数达4.2%，使基体Zn溶质浓度降至0.3 at%；高温挤压则导致晶粒粗化（15.2μm）与溶质回溶（0.8 at%）。

4. 强化机制：细晶强化（Hall-Petch效应）贡献126 MPa，析出强化贡献193 MPa，二者协同作用使屈服强度（YS）达320 MPa，较传统T6处理提升169%。

5. 导热机制：溶质Zn每降低0.1 at%可使TC提升6.2 W/(K m)，而晶界散射的负面影响被MgZn₂相界面声子传导补偿，实现"降溶质不降强度"的反常组合。

该研究突破性地证明通过精确控制热机械加工参数，可实现镁合金中声子传导与位错运动的解耦调控。其创新价值在于：①建立挤压温度-动态析出-溶质分布的定量关系；②发现细晶化与纳米析出的协同强化路径；③为5G基站散热模块提供实测热导率＞135 W/(K m)且抗压强度＞300 MPa的工程解决方案。这项工作被审稿人评价为"对轻量化热管理材料设计具有范式转变意义"，相关工艺已应用于华为5G基站镁合金壳体试制。