《Calphad》：Thermal conductivity calculation of the Cu-Ni-Mn system by CALPHAD method
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•构建了Cu-Ni-Mn体系的热导率数据库。•在Cu-Ni-Mn体系中实现了热导率的精确预测。•将CALPHAD参数结合用于热导率建模。引言铜是一种具有优异电导率和热导率，以及优良成形性和耐蚀性的金属，使其成为高导电性和快速散热器件材料的首选[1,2]。然而，铜金属在特殊应用
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构建了Cu-Ni-Mn体系的热导率数据库。
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在Cu-Ni-Mn体系中实现了热导率的精确预测。
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将CALPHAD参数结合用于热导率建模。
引言
铜是一种具有优异电导率和热导率，以及优良成形性和耐蚀性的金属，使其成为高导电性和快速散热器件材料的首选[1,2]。然而，铜金属在特殊应用场景中面临机械强度不足的问题。在保留铜本身高热导率/电导率的同时，通过掺杂强化来提高合金强度，对于连接器、电磁继电器和航空航天器件的生产具有重要意义[3,4]。一个典型的例子包括Yang等人总结的Cu-Ni-Si、Cu-Ti和Cu-Cr-Zr合金[5]。同时，纳米孪晶铜在保持粗晶铜高电导率的同时实现了卓越的拉伸强度[6]，使其在工业应用中具有更大优势。镍基合金由于其特殊的磁性而被广泛用于许多磁电子元件[7]。此外，纳米孪晶镍基合金的优异强度和微观组织稳定性是近年来的重要研究课题[8,9]，添加Cr或Fe可以显著提高纳米孪晶迁移的起始温度，从而改善热稳定性和力学性能[10]。当镍掺入锰原子后，由结构和磁性的耦合作用产生的磁致形状记忆效应因这一特殊性质而受到广泛关注[11]。同时，Mn元素在强化合金中的应用已有充分的文献记载，主要体现为细化合金晶粒和提高合金的固溶强化效果[12]。在Cu-Mn合金中，随着Mn含量的增加，合金的强度和塑性同时增加[13]。在固溶处理的Cu-Ni-Mn合金中，Mn原子表现出比Ni原子更高的固溶强化效果，这归因于Mn原子更大的原子尺寸失配[14]。由于这些优异的固溶强化性能，上述合金在航空航天、海洋工程、医疗器械、电子、汽车零部件等领域展现出显著的应用潜力。
热导率是反映材料传热能力的重要热物理性质。在高温服役条件下，材料的热导率与其性能和服务寿命密切相关。高热导率合金在快速冷却应用方面具有巨大潜力。考虑到合金样品制备的复杂性和热导率实验的高成本，对于实际应用而言，进行大量实验是非常困难的。众所周知，合金的热导率对温度变化和成分变化非常敏感。解决这一问题的一个有效方法是通过对温度和相关成分进行关键实验和计算，建立热导率数据库。该数据库可用于预测合金的热导率。当对相同相区使用拟合模型时，该模型具有外推能力[15,16]。然而，随着温度偏离拟合范围，其可靠性会显著降低，尤其是在外推涉及不同热处理条件时。同时，我们的热导率建模为有限元模拟提供了模型参考[17]，并进一步通过模拟促进了实际工程实施[18,19]。
本文全面回顾了先前文献中报道的Cu-Ni-Mn体系的热导率，评估了实验参考文献中的热处理条件，以确保实验样品经过了充分的固溶处理。本工作旨在再现实验数据，并使用最少优化参数预测Cu基固溶体（Cu-Ni、Cu-Mn）和Ni基固溶体（Ni-Cu、Ni-Mn）在宽成分和温度范围内的热导率。目前，尚无关于Cu-Ni-Mn体系热导率CALPHAD建模的已发表工作。因此，有必要建立由其热力学数据库支持的Cu-Ni-Mn热导率数据库[20]。使用此数据库和有限元模拟，我们可以设计Cu-Ni-Mn的温度场。
章节摘要
纯元素的热导率
本工作中使用的纯元素热导率实验数据来源自Ho等人[21]和Klemens等人[22]的汇编，主要采用纵向热流法。此外，还采用了Wen等人[23]使用激光闪射法测量的Ni热导率数据。已确认所测样品已进行退火处理，织构均匀分布，测量值令人信服。CALPHAD
结果与讨论
Cu-Ni-Mn体系的热导率模型参数通过Thermo-Calc软件中PARROT模块的重复运行进行评估。其工作原理是在评估过程中根据实验结果设置信息权重，使用最小二乘法获得适当的参数值，并重复此过程，直到大部分实验数据被包含在估计的不确定度范围内。在热导率
结论
采用CALPHAD方法评估了Cu-Ni-Mn体系中纯元素、Fcc基二元和三元合金的热导率。综合比较表明，本工作的计算结果能够准确地再现可靠的实验数据。基于对实验数据的批判性审查，最终在CALPHAD框架内获得了一组自洽的参数，并构建了Cu-Ni-Mn体系的热导率数据库。此
作者贡献声明（CRediT）
Cong Zhang（张聪）： 撰写——初稿，软件，调查研究。Minsi Liao（廖敏思）： 撰写——初稿，软件，调查研究。Xi Li（李曦）： 撰写——审稿与编辑，方法论，调查研究。Chong Chen（陈聪）： 撰写——审稿与编辑，方法论，概念化。Shizhong Wei（魏世忠）： 监督，方法论，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本论文所报告的工作。
致谢
作者感谢国家自然科学基金委员会（52371002）的支持。
Cong Zhang|Minsi Liao|Xi Li|Chong Chen|Shizhong Wei
