在鎂合金的功能應用中，熱導率和機械性能之間的平衡仍然是長期的挑戰。應當更多地關注合金設計和優化製造工藝，從而開發具有優異熱性能和機械性能的鎂合金。
隨著3C產品（計算機，通信和消費產品）的高度集成，消除電子部件和熱交換器運行過程中產生的過多熱量變得更加迫切，因為這些熱量會導致部件由於過熱或變形而失效。對具有優異散熱和機械性能的材料需求正在迅速增加。選擇適當導熱率的材料對於實現組件的最佳性能顯得非常重要。鎂及其合金是質量輕的金屬結構材料，因具有密度低，比強度高和剛度高等優點，在3C電子產品，汽車，航空航天等領域具有極其廣泛的應用。純Mg的導熱係數為156 W m-1 K-1，相對低於銅（Cu，398 W m-1K-1）和鋁（Al，237 W m-1 K-1），儘管如此，純鎂的機械性能卻僅有拉伸強度（UTS）11.5 MPa，屈服強度（YS）2.5 MPa，不足以滿足作為結構材料的實際需求。
通常，將合金元素添加到α-Mg基體中是改善純機械性能的常用方法，但添加可以不同程度地降低其導熱係數。因此，增強鎂合金的導熱係數非常重要。鎂合金由於其較小的熱容量和更好的發熱量，且具有作為散熱材料的巨大潛力。耗散效應要比鋁合金高。為此，將系統地闡述了當前幾種具有代表性的鎂合金如Mg-Zn，Mg-Al，Mg-Mn和Mg-RE的導熱性的研究。
1. Mg–Zn系列合金
Zn是最重要的合金元素之一，在低共熔溫度下，其在α-Mg基質中的最大固溶度為6.2wt％。Zn的熱導率和熱擴散率分別為116 W m-1 K 11和42 m2 s-1，低於Mg的156 W m-1K-11和87.6 m2 s-1。Mg-Zn二元合金由於晶粒粗大而顯示出高導熱率和較差的機械性能。為了平衡熱導率和機械性能，必不可少的是添加其他合金元素以細化微觀結構。目前，已經成功開發了Mg-Zn-RE，Mg-Zn-Zr，Mg-Zn-Mn和Mg-Zn-Cu合金。研究可以發現，無稀土的Mg-Zn系列合金總體上比Mg-Zn-RE合金具有更高的熱導率和更低的機械性能。
特別是，在鋅的最大固溶度範圍內，Mg-Zn二元合金的熱導率高於100 W m-1 K-11。通過添加合金元素，特別是Zr元素，可增加Zn在α-Mg基質中的固溶度，從而減弱晶格畸變並改善導熱性。此外，添加Zr還可以顯著細化晶粒並改善Mg-Zn合金的機械性能。特別是，在峰值時效Mg-2Zn-Zr合金的情況下，熱導率為132.1 W m-1 K-11，UTS為279MPa，YS為196MPa，伸長率（El）為25.2％。Mg-2Zn-Zr合金的軋製，退火和隨後的時效工藝可以很好地協調熱導率和機械性能。Mg-Zn-Mn三元合金由於無RE和低成本的優點而被廣泛研究，其熱導率和UTS分別高於120 W m-1 K-11和280MPa。眾所周知，在所有常用的結構金屬中，Cu（398 W m-1 K-11）的熱導率都很高。Cu的含量可以顯著提高共晶溫度，並進一步提高Mg-Zn合金的熱導率。Pan等人開發了一種時效的Mg-6Zn-1.0Cu合金，該合金具有128.9 W m-1 K-11的優良導熱性和94 HV的顯微硬度。他們認為，MgZnCu相加速析出歸因於Zn，Cu與空位之間的良好相互作用。
通常，含稀土的Mg-Zn合金在高溫下表現出優異的機械性能和抗蠕變性。由於應用需求，使Mg-Zn-RE合金的UTS和YS達到500 MPa以上的高強度是一個至關重要的目標。這些稀土元素通常包括Er，Y，Gd等。Zhao等探究了具有不同重量比的Zn / Er的鑄態Mg-Zn-Er合金，結果表明只有W相（Mg3Zn2Er3，面心立方）或I相（Mg3Zn6Er1，當比率小於1或在6-10之間時，存在二十面體準晶體。不同的相對Mg-Zn-RE合金的熱導率有各種影響。考慮到W相的影響，Shi等人開發了具有W相的鑄態Mg92Zn4Y4和Mg92Zn4Y3Gd1合金，結果表明，晶界中存在網狀連續W相會提高晶界強化效果並消耗溶質元素。在基質中促進聲子的長距離運動，從而改善熱性能。從這些結果可以發現，Mg-Zn-RE合金的熱導率比Mg-Zn二元合金的低。
2. Mg-Al系列合金
根據Mg-Al二元合金的相圖，Al在α-Mg基體中的最大固溶度為12.7wt％。由於適當的機械性能，鑄態和變形的Mg-Al系列合金得到了廣泛的應用。然而鋁的添加使鎂合金的熱導率急劇下降，這主要由於Al的固溶體，鑄造的Mg–1.5Al合金的熱導率僅為100 W m-1 K-11。在Mg-Al合金中，主要的強化相是Mg17Al12相，其熔點較低。Mg17Al12相易於在高溫下軟化和溶解，這與增加α-Mg基體中Al的濃度有關。這將導致Mg-Al合金的導熱係數迅速下降。Mn，Sn，Zn和RE作為合金元素通常用於Mg-Al系列合金。這些合金元素易於形成高熔點相併同時還原Mg17Al12相。近年來，許多研究人員對Mg-Al系列合金的熱導率進行了大量研究。研究可以發現，作為鑄態AZ91合金的導熱係數較低，為51.2 W m-1 K-11，鑄態的AM20和AS21合金的導熱係數分別為97 W m-1 K-11和68 W m-1 K-11。AS21合金導熱係數下降的原因有兩個，一個是所有的Al都溶解在α-Mg基體中，另一個是細小的Mg2Si沉澱物使導熱係數顯著降低。
3. Mg-Mn系列合金
Mg-Mn系列合金被認為是新型的Mg合金，具有優異的耐腐蝕性，良好的抗蠕變性和低成本。與純Mg相比，添加0.5wt％Mn的Mg-Mn合金的熱導率降低約20 W m-1 K-11，UTS改善約200MPa。隨著Mn含量的增加，鑄態和變形Mg-Mn合金的熱導率降低。為了開發具有高強度和中等導熱性的Mg-Mn合金，通常需要RE。例如，可以通過添加Ce來增強擠壓Mg-Mn合金的UTS和YS，這主要與析出相有關。通常，擠壓後的Mg–0.5Mn-xCe合金具有較高的熱穩定性，並且電導率高於鑄態。此外，擠壓Mg-Mn合金的導熱係數要比擠壓Mg-Al和Mg-Zn合金的導熱係數高。
4. Mg-RE系列合金
稀土元素不僅提高了強度而且還增強了Mg 合金的可塑性和耐腐蝕性。通常，添加的稀土可以顯著地淨化鎂熔體並誘導強化的形成。不過，稀土可顯著降低鎂的導熱係數合金。其中Mg-11Y-5 Gd-2Zn-0.5Zr時效合金導熱係數僅為23 W m-1 K-11。將鋅添加到二元或三元Mg-RE合金中LPSO（Mg12YZn，有序的長期堆放）結構可以在室溫下實現優異的機械性能。導熱係數的研究具有LPSO結構的Mg-RE合金成為新的熱門話題，並有研究者認為LPSO結構會阻礙聲子在晶粒內部或晶界的擴散。熱導率降低的主要原因是LPSO結構、層錯和晶界散射數目較多。
綜上所述，Mg-Zn和Mg-Mn系列合金的電導率通常高於Mg-Al和Mg-RE系列合金的電導率。在鎂合金的功能應用中，熱導率和機械性能之間的平衡仍然是長期的挑戰。應當更多地關注合金設計和優化製造工藝，從而開發具有優異熱性能和機械性能的鎂合金。
A review on thermal conductivity of magnesium and its alloys
https://doi.org/10.1016/j.jma.2019.08.002
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