رسانایی حرارتی آلومینیوم: داده های آلیاژ، اثرات دما و چرایی اهمیت آن

یک نقطه شروع عملی: رسانایی حرارتی آلومینیوم

اگر یک هیت سینک آلومینیومی را برای مبدل برق، درایور LED یا مجموعه بخاری مشخص می کنید، معمولاً یک عدد اول می آید: هدایت حرارتی آلومینیوم. آلومینیوم خالص نزدیک است 237 W/m·K ، اما آلیاژ اکسترود شده در نقاشی شما تقریباً به طور قطع کمتر خواهد بود. این تفاوت یک جزئیات آزمایشگاهی نیست. ضخامت باله، سطح صفحه پایه و هزینه مونتاژ را تغییر می دهد.

برای اکثر قطعات اتلاف حرارت اکسترود شده، 6063-T5 و 6061-T6 گزینه های پیش فرض هستند. 6063-T5 حدود 209 W/m·K را ارائه می دهد، در حالی که 6061-T6 نزدیک تر به 167 W/m·K است. این فاصله 42 W/m·K تعیین می‌کند که به چند باله نیاز دارید و قطعه چقدر سریع گرما را از منبع دور می‌کند.

مس گرما را بسیار بهتر هدایت می کند، اما آلومینیوم گزینه عملی برای بسیاری از هیت سینک ها، پروفیل های بخاری و قطعات ساختاری است زیرا وزن آن حدود یک سوم مس است و هزینه هر قطعه کمتر است. وقتی عملکرد حرارتی را در هر کیلوگرم مقایسه می‌کنید، شکست آلومینیوم دشوار است.

اندازه‌گیری‌های رسانایی حرارتی و چرا واحدها اهمیت دارند

رسانایی حرارتی (k) میزان سرعت جریان گرما را در یک ماده تحت یک گرادیان دما کمی نشان می دهد. بر حسب وات بر متر کلوین (W/m·K)، به شما می گوید که وقتی یک وجه از وجه مقابل آن 1 K گرمتر است، چند وات از یک مکعب 1 متری عبور می کند. k بالاتر به معنای مقاومت داخلی کمتر در برابر جریان گرما است.

چگونه اندازه گیری می شود

برای محصولات آلومینیومی فله، سازندگان از روش هایی مانند تکنیک فلاش لیزری برای نمونه های کوچک و روش های محافظ صفحه داغ یا جریان سنج حرارتی برای مقاطع بزرگتر استفاده می کنند. دمای اندازه گیری اهمیت دارد زیرا با افزایش دما از دمای اتاق، رسانایی آلومینیوم کاهش می یابد. برگه داده ای که فقط یک عدد را گزارش می کند ممکن است محدوده عملیاتی واقعی شما را منعکس نکند.

معنی محدوده رسانایی آلومینیوم در عمل

مقداری مانند 167 W/m·K انتزاعی به نظر می رسد تا زمانی که یک اکستروژن به طول 100 میلی متر را با مقطع عرضی 1000 میلی متر مربع مقایسه کنید. با اختلاف دمای 20 کلوین، آن قطعه اگر از 6061-T6 ساخته شده باشد تقریباً 33 وات و اگر از 6063-T5 ساخته شده باشد حدود 42 وات هدایت می کند. در یک هیت سینک واقعی، این تفاوت به باله‌های کوتاه‌تر، مقاومت جریان هوا کمتر یا پوشش کلی کوچک‌تر تبدیل می‌شود.

هدایت حرارتی آلیاژهای آلومینیوم: مقادیر معمولی

آلومینیوم خالص بالاترین رسانایی را در خانواده آلومینیوم دارد، اما فلز خالص برای اکثر پروفیل های ساختاری و اتلاف حرارت بسیار نرم است. عناصر آلیاژی مانند سیلیکون، منیزیم، مس و روی الکترون ها را پراکنده کرده و رسانایی را کاهش می دهند. عملیات حرارتی سپس آن عناصر را به ذرات بازآرایی می کند، به همین دلیل است که آلیاژ یکسان می تواند k متفاوت را در حالت های مختلف نشان دهد.

چرا 6063-T5 و 6061-T6 بر سینک های حرارتی اکسترود شده غالب هستند

6063 اغلب آلیاژ اکستروژن نامیده می شود، زیرا کیفیت سطح خوب، استحکام متوسط و حالت T5 با رسانایی بالا را ترکیب می کند. 6061 قوی تر و آسان تر است، اما رسانایی آن کمتر است. هنگامی که طراحی به پره ها به اضافه یک صفحه نصب نیاز دارد، 6063-T5 معمولاً عملکرد حرارتی بهتری را در همان وزن ارائه می دهد. 6061-T6 زمانی منطقی است که قطعه بارهای مکانیکی را نیز حمل کند. الف مشخصات اکستروژن آلومینیوم سفارشی می توان به گونه ای شکل داد که از استحکام هر آلیاژ استفاده کند و در عین حال مقاومت حرارتی را پایین نگه دارد.

درمان سطحی تصویر را کمی تغییر می دهد. پوشش های آنودایز شده مقاومت در برابر سایش و خوردگی را بهبود می بخشند، اما لایه اکسیدی خود رسانایی پایینی دارد. در لایه های نازک آنودایز شده، مقاومت حرارتی اضافه شده اندک است. با این حال، آندایزینگ سخت ضخیم می تواند جریان گرما را کاهش دهد. برای قطعاتی که هم نیاز به حفاظت و هم هدایت دارند، پروفیل های اکستروژن آلومینیوم آنودایز شده به شرطی که ضخامت پوشش متناسب با طراحی حرارتی کنترل شود، یک انتخاب رایج باقی می ماند.

عواملی که رسانایی حرارتی آلومینیوم را کاهش می دهند

ترکیب آلیاژی

هر عنصر آلیاژی رفتار متفاوتی دارد. منیزیم و سیلیکون موجود در آلیاژهای 6xxx رسانایی متوسطی را کاهش می دهند. مس مانند آلیاژهای 2xxx باعث افت بیشتر می شود. روی در آلیاژهای 7xxx در این بین قرار می گیرد. بنابراین انتخاب یک درجه یک معاوضه بین رسانایی، استحکام و پاسخ به پرداخت سطح است.

مزاج و عملیات حرارتی

در آلیاژهای 6xxx، مزاج T5 تمایل بیشتری به حفظ رسانایی اکستروژن شکل‌گرفته دارد و در عین حال استحکام کافی برای بسیاری از کاربردهای اتلاف حرارت را فراهم می‌کند. خلق و خوی T6 می تواند قوی تر باشد، اما اغلب با k کمتری همراه است. اگر نیاز اصلی شما گرمای متحرک است، بپرسید که آیا T5 برای بارهای ساختاری در قطعه شما قابل قبول است یا خیر.

دما و ناخالصی ها

با افزایش دما، ارتعاشات شبکه الکترون ها را با شدت بیشتری پراکنده می کند، بنابراین k کاهش می یابد. ناخالصی های آهن و سیلیکون در آلیاژهای فرفورژه، ذرات بین فلزی را تشکیل می دهند که رسانایی را نیز کاهش می دهند. انواع کم آهن آلیاژهای 1xxx و 6xxx در صورت نیاز به حداکثر هدایت در دسترس هستند، اگرچه ممکن است هزینه بیشتری داشته باشند.

استفاده از داده های هدایت حرارتی در پروفیل های هیت سینک و هیتر

بهترین آلیاژ آلومینیوم برای هیت سینک فقط آلیاژی نیست که بالاترین k را داشته باشد. شما همچنین به هندسه پروفیل، جریان هوا، مساحت سطح و روش مونتاژ نیاز دارید. پروفیل های اکسترود شده مواد را دقیقاً در جایی که گرما پخش می شود و باله ها آن را می ریزند قرار می دهند. نقطه شروع درک نحوه تعامل انتخاب آلیاژ و طراحی قالب است. ما آلیاژهای اکستروژن آلومینیوم و راهنمای طراحی آن را با جزئیات بیشتری پوشش می دهد.

اکستروژن های سینک حرارتی

برای الکترونیک قدرت، درایورهای LED و کنترل‌کننده‌های موتور، یک هیت سینک اکسترود شده با فاصله باله‌های کنترل‌شده اغلب کافی است. یک آلیاژ با رسانایی بالا یکنواختی دما را بهبود می بخشد به طوری که نقاط داغ مستقیماً در زیر ناحیه نصب قطعات ایجاد نمی شوند. برای قطعات تولید، ما پروفیل های سینک حرارتی آلومینیوم آنودایز با هدایت حرارتی بالا با در نظر گرفتن این نیاز ساخته شده اند.

پروفیل های سینک حرارتی آلومینیوم آنودایز با هدایت حرارتی بالا تامین کنندگان، Compan آرایه مشاهده محصول →

پروفیل های بخاری

محفظه های بخاری و بخاری های کانالی به دمای سطح یکنواخت نیاز دارند تا جریان هوا در یک مکان بیش از حد گرم نشود. وزن سبک و رسانایی خوب آلومینیوم گرما را به سرعت در طول پروفیل پخش می کند. ما پروفیل های آلومینیومی هیترهای هدایت حرارتی بالا یک راه حل اکسترود شده برای آن وظیفه دقیق هستند.

بخاری های با هدایت حرارتی بالا پروفیل های آلومینیومی Suppliers, Company - Huzhou آرایه مشاهده محصول →

با این داده ها چه باید کرد

با مقاومت حرارتی مورد نیاز شروع کنید، سپس آلیاژ، مزاج و هندسه پروفیلی را انتخاب کنید که مطابق با آن باشد. اگر بودجه اجازه می دهد، نمونه اولیه را با 6063-T5 یا آلیاژ 6xxx کم آهن بسازید و دمای واقعی را اندازه گیری کنید. فقط به ارزش های کتاب درسی تکیه نکنید. داده های تامین کننده، پرداخت سطح و مواد واسط همگی مهم هستند.

برای قطعات اکسترود شده مانند هیت سینک و پروفیل هیتر، کنترل فرآیند سازنده به اندازه آلیاژ مهم است. تامین کننده ای که جریان قالب، عملیات حرارتی و تکمیل را درک کند، می تواند عملکرد حرارتی ثابتی را ارائه دهد. به همین دلیل است که هدایت حرارتی باید در مرحله طراحی مورد بحث قرار گیرد، نه پس از منجمد شدن نقشه.