铜材料与镓基液态金属相容性的研究进展

2021-04-19丁建伟邱长军杨帆

机械工程师 2021年4期

丁建伟，邱长军，杨帆

（南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001）

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目前已知的熔点低于或接近室温的金属元素有钫（Fr）、铯（Cs）、铷（Rb）、汞（Hg）和镓（Ga）。其中，铯的固有放射性、钫和铷的极端不稳定性及汞的毒性限制了它们在某些特定领域的应用[1]。镓具有熔点低（29.7 ℃）、无毒、导电及导热性能良好等优越特性，此外，如镓铟（EGaIn）、镓锡（EGaSn）和镓铟锡（EGaInSn, Galinstan）等体系的镓基共晶合金的熔点温度可以通过改变合金组分比例进行调控[2]。由于镓基液态金属具有这些独特的性质，使其在功能电子、柔性器件、生物器件、热管理及核工业等方面显示出作为液态金属的广泛应用潜力[2-4]。

值得注意的是，镓基液态金属会对大多数的金属材料产生较强的腐蚀作用。但目前，对镓基液态金属的研究多集中于应用方面，对镓基液态金属与金属材料相容性方面的研究多集中于低温键合方面，而对于作为冷却剂使用的镓基液态金属对结构材料的腐蚀及防护方面的研究相对较少。铜材料因具有优良的导电导热性能，被广泛应用于电气工业、电子工业、热交换器制造等领域[5]。已有研究表明[4,6]，常用作热沉材料的铜合金会在镓基液态金属中发生严重的腐蚀现象。本文全面综述了铜材料与镓基液态金属相容性的研究进展，分别对铜材料在镓基液态金属中的腐蚀行为及机理与腐蚀防护现状进行了综述，以期对今后的研究具有一定的参考意义。