随着新能源汽车、5G 通信、电力电子设备和轻量化设备的快速发展，散热部件不仅需要热管理，还需要承受机械载荷 [1], [2], [3]。铝合金因其低密度、高比强度、良好的成形性和相对较高的本征热导率，被认为是轻量化散热结构的重要候选材料 [4], [5]。然而，铝合金强度的提高通常依赖于合金化、金属间化合物强化、晶粒细化和工艺致密化。这些方法通常引入溶质原子、第二相界面、晶界和铸造缺陷等电子散射源，从而降低热传递效率 [6], [7], [8]。因此，在铸造铝合金中实现良好的力学性能和高热导率是高性能导热铝合金设计中的关键挑战 [6], [9]。
传统 Al-Si 铸造铝合金具有良好的流动性和成熟的工业应用基础。然而，Si 相和各种合金元素的引入增加了电子散射，从而限制了热导率的进一步提高 [10], [11]。低固溶度的合金体系，如 Al-Fe 和 Al-Ni，有利于保持相对较高的热导率。然而，它们的共晶结构、第二相形态和凝固行为可能无法同时满足复杂薄壁铸件对流动性、结构稳定性和机械性能的要求 [12], [13]。相比之下，Al-RE 合金中的稀土元素通常在α-Al 基体中固溶度较低，因此对铝基体中连续热传导路径的破坏较小。同时，稀土元素可以与 Al 形成热稳定的金属间化合物，并改善凝固结构和铸造性能 [14], [15]。因此，Al-RE 合金为设计高导热性的可铸铝合金提供了一条新途径。
在 Al-RE 合金中，Al-La 合金是高导热性铸造铝合金的有前途的候选材料。La 在α-Al 中的固溶度较低，可以减少由溶质原子引起的散射。它还可以形成 Al11La3 等热稳定相，有助于提高结构稳定性 [16]。但是，当 La 含量过低时，共晶份额不足以有效改善流动性和调节凝固结构。当 La 含量过高时，粗大的 Al-La 金属间化合物容易成为裂纹萌生点，也会增加界面散射 [2], [17]。在此基础上，本工作选择 Al-6La 作为基体合金成分，以平衡热传导路径的连续性、铸态结构稳定性和第二相体积分数。相应地，添加了适量的 Cu 和 Mg 以提高二元 Al-La 合金不足的强度，同时保持强化和电子散射之间的平衡 [18], [19]。
除了成分设计外，成型工艺对铸造铝合金的结构均匀性、缺陷水平、第二相分布和电子传输行为也有重要影响 [20]。金属型铸造 (MMC) 简单，适合评估合金的基本凝固特性，但容易导致粗大枝晶、元素偏析和缩松缺陷 [21]。可控扩散凝固 (CDS) 可以通过控制熔体混合和溶质扩散来抑制枝晶生长并促进非枝晶结构的形成 [22]。相比之下，液态挤压铸造 (LSC) 利用外压和高冷却率的综合作用来提高形核率和补缩能力，从而提高结构致密化并细化凝固组织。对于用于承载散热部件的导热铸造铝合金，核心科学问题是如何通过微观组织细化和缺陷抑制来提高强度，而不引入过多的电子散射来降低热导率。金属型铸造、可控扩散凝固和液态挤压铸造等成型工艺可以显著改变晶粒形态、第二相分布和缺陷特征。然而，这些工艺引起的微观组织变化可能对机械强化和电子传输产生相反的影响 [23]。因此，阐明不同成型工艺如何调节承载行为和电子介导热传导之间的竞争，对于设计具有良好强度 - 热导率平衡的 Al-La 基铸造铝合金至关重要。
为解决这一科学问题，本研究选择了 Al-6La-3Cu-0.6Mg 合金。合金样品通过金属型铸造、可控扩散凝固和液态挤压铸造制备。系统研究了成型工艺对微观组织、第二相分布、力学性能和热导率的影响。进一步使用霍尔测量分析了载流子迁移率和载流子浓度的变化，以揭示不同凝固结构下电子传输行为与热导率之间的关系。此外，使用热力学计算和第一性原理计算分析了主要金属间化合物的形成特性、电子结构和弹性性能。本工作旨在从成型工艺控制、微观组织演化、电子传输行为和金属间化合物本征特性的角度，阐明 Al-6La-3Cu-0.6Mg 合金强度和热导率协同优化的机制，并为 Al-RE 基导热铸造铝合金的成分设计和工艺优化提供参考。
