Az alumínium hővezető képessége: ötvözetadatok, temperálási hatások és miért számít

Gyakorlati kiindulópont: Az alumínium hővezető képessége

Ha alumínium hűtőbordát ad meg egy teljesítményátalakítóhoz, egy LED-meghajtóhoz vagy egy fűtőegységhez, akkor általában egy szám jelenik meg először: az alumínium hővezető képessége. A tiszta alumínium közel van 237 W/m·K , de a rajzon szereplő extrudált ötvözet szinte biztosan alacsonyabb lesz. Ez a különbség nem laboratóriumi részlet; megváltoztatja a borda vastagságát, az alaplemez területét és az összeszerelés költségét.

A legtöbb extrudált hőelvezető alkatrész esetében a 6063-T5 és a 6061-T6 az alapértelmezett opció. A 6063-T5 körülbelül 209 W/m·K, míg a 6061-T6 közelebb van a 167 W/m·K-hoz. Ez a 42 W/m·K rés határozza meg, hogy hány bordára van szüksége, és milyen gyorsan távolítja el az alkatrész a hőt a forrástól.

A réz sokkal jobban vezeti a hőt, de az alumínium továbbra is a praktikus választás számos hűtőbordához, fűtőprofilhoz és szerkezeti alkatrészhez, mivel súlya körülbelül egyharmada a réznek, és alkatrészenként kevesebbe kerül. Ha összehasonlítja a kilogrammonkénti hőteljesítményt, az alumíniumot nehéz legyőzni.

Milyen hővezetőképességi mérőszámok és miért számítanak a mértékegységek?

A hővezető képesség (k) azt számszerűsíti, hogy a hő milyen gyorsan áramlik át az anyagon hőmérsékleti gradiens mellett. Watt per méter-kelvinben (W/m·K) kifejezve azt mutatja meg, hogy hány watt halad át egy 1 m-es kockán, ha az egyik lap 1 K-vel melegebb, mint a másik oldal. A nagyobb k kisebb belső ellenállást jelent a hőáramlással szemben.

Hogyan mérik

Az ömlesztett alumíniumtermékek esetében a gyártók olyan módszereket alkalmaznak, mint a lézeres villanástechnika kis minták esetén, vagy őrzött főzőlap vagy hőáramlásmérő módszer a nagyobb részek esetében. A mérési hőmérséklet azért fontos, mert az alumínium vezetőképessége csökken, ha a hőmérséklet a szobahőmérséklet fölé emelkedik. Előfordulhat, hogy egy adatlap, amely csak egy számot közöl, nem tükrözi a tényleges működési tartományt.

Mit jelent az alumínium vezetőképességi tartománya a gyakorlatban?

A 167 W/m·K-hoz hasonló érték absztraktnak tűnik mindaddig, amíg össze nem hasonlít egy 100 mm hosszú extrudálást 1000 mm² keresztmetszettel. 20 K hőmérséklet-különbség mellett ez a darab nagyjából 33 W-ot vezet, ha 6061-T6-ból, és körülbelül 42 W-ot, ha 6063-T5-ből. Egy igazi hűtőbordában ez a különbség rövidebb bordákban, alacsonyabb légáramlási ellenállásban vagy kisebb teljes borításban jelentkezik.

Alumíniumötvözetek hővezető képessége: jellemző értékek

A tiszta alumínium vezetőképessége a legmagasabb az alumíniumcsaládban, de a tiszta fém túl lágy a legtöbb szerkezeti és hőelvezető profilhoz. Az ötvöző elemek, például a szilícium, a magnézium, a réz és a cink szétszórják az elektronokat és csökkentik a vezetőképességet. A hőkezelés ezután ezeket az elemeket részecskékké rendezi át, ezért ugyanaz az ötvözet különböző k-értékeket mutathat különböző temperamentumokban.

Miért uralja a 6063-T5 és a 6061-T6 az extrudált hűtőbordákat?

A 6063-at gyakran extrudált ötvözetnek nevezik, mert egyesíti a jó felületi minőséget, a mérsékelt szilárdságot és a nagy vezetőképességű T5 temperamentumot. A 6061 erősebb és könnyebben megmunkálható, de a vezetőképessége alacsonyabb. Ha a kialakításhoz bordákra és szerelőlemezre van szükség, a 6063-T5 rendszerint jobb hőteljesítményt biztosít azonos súly mellett. A 6061-T6 akkor van értelme, ha az alkatrész mechanikai terhelést is hordoz. A egyedi alumínium extrudálási profil úgy alakítható, hogy az egyes ötvözetek szilárdságát kihasználja, miközben a hőellenállás alacsony marad.

A felületkezelés kissé megváltoztatja a képet. Az eloxált bevonatok javítják a kopás- és korrózióállóságot, de maga az oxidréteg alacsony vezetőképességű. Vékony eloxált rétegekben a hozzáadott hőellenállás kicsi; a vastag kemény eloxálás azonban csökkentheti a hőáramlást. Az olyan alkatrészekhez, amelyek védelmet és vezetést is igényelnek, eloxált alumínium extrudált profilok továbbra is általános választás marad, feltéve, hogy a bevonat vastagságát a termikus tervezésnek megfelelően szabályozzák.

Az alumínium hővezető képességét csökkentő tényezők

Ötvözet összetétele

Minden ötvözőelem másként viselkedik. A magnézium és a szilícium a 6xxx ötvözetekben mérsékelten csökkenti a vezetőképességet. A réz, akárcsak a 2xxx ötvözeteknél, nagyobb esést okoz. A 7xxx ötvözetek cinke közé esik. A minőség kiválasztása ezért kompromisszum a vezetőképesség, a szilárdság és a felületkezelésre adott válasz között.

Temperálás és hőkezelés

A 6xxx ötvözetek esetében a T5 temper inkább megőrzi az extrudálás formált vezetőképességét, miközben továbbra is elegendő szilárdságot biztosít számos hőelvezetési alkalmazáshoz. A T6 indulat erősebb lehet, de gyakran alacsonyabb k-val is jár. Ha a fő követelmény a mozgó hő, kérdezze meg, hogy a T5 elfogadható-e az Ön részen lévő szerkezeti terhelésekre.

Hőmérséklet és szennyeződések

A hőmérséklet emelkedésével a rácsrezgések erősebben szórják az elektronokat, így k csökken. A kovácsolt ötvözetek vas- és szilíciumszennyeződései intermetallikus részecskéket képeznek, amelyek szintén csökkentik a vezetőképességet. Az 1xxx és 6xxx ötvözetek alacsony vastartalmú változatai is rendelkezésre állnak, ha maximális vezetésre van szükség, bár ezek többe kerülhetnek.

Hővezetőképességi adatok alkalmazása hűtőborda és fűtőelem profilokban

A hűtőbordához nem egyszerűen az a legjobb alumíniumötvözet, amelynek a legmagasabb a k értéke. Szüksége van a profilgeometriára, a légáramlásra, a felületre és az összeszerelési módra is. Az extrudált profilok pontosan oda helyezik az anyagot, ahol a hő terjed, és ahol a bordák ontják azt. A kiindulópont annak megértése, hogy az ötvözetválasztás és a szerszámkialakítás hogyan hatnak egymásra; a miénk alumínium extrudálási ötvözetek és tervezési útmutató részletesebben foglalkozik ezzel.

Hűtőborda extrudálások

A teljesítményelektronikához, a LED-meghajtókhoz és a motorvezérlőkhöz gyakran elegendő egy extrudált hűtőborda szabályozott bordatávolsággal. A nagy vezetőképességű ötvözet javítja a hőmérséklet egyenletességét, így nem képződnek forró pontok közvetlenül az alkatrész rögzítési területe alatt. Gyártási alkatrészekhez a mi nagy hővezetőképességű eloxált alumínium hűtőborda profilok ennek a követelménynek a figyelembevételével készülnek.

Nagy hővezetőképességű eloxált alumínium hűtőborda profilok Beszállítók, Compan Array Termék megtekintése →

Melegítő profilok

A fűtőtestek és csatornafűtők egyenletes felületi hőmérsékletet igényelnek, hogy a légáram ne melegedjen túl egy helyen. Az alumínium könnyű súlya és jó vezetőképessége gyorsan elosztja a hőt a profil mentén. A miénk nagy hővezető képességű fűtőtestek alumínium profilok extrudált megoldások pontosan erre a feladatra.

Nagy hővezető képességű fűtőtestek alumínium profilok Beszállítók, Company - Huzhou Array Termék megtekintése →

Mi a teendő ezekkel az adatokkal

Kezdje a szükséges hőellenállással, majd válassza ki az annak megfelelő ötvözetet, temperálást és profilgeometriát. Ha a költségvetés megengedi, prototípust készítsen 6063-T5-tel vagy alacsony vastartalmú 6xxx ötvözetből, és mérje meg a tényleges hőmérsékletet. Ne hagyatkozz csak a tankönyvi értékekre; A beszállítói adatok, a felületkezelés és az interfész anyagok mind számítanak.

Az extrudált alkatrészek, például a hűtőbordák és a fűtőprofilok esetében a gyártó folyamatszabályozása ugyanolyan fontos, mint az ötvözet. Az a beszállító, aki ismeri a szerszámáramlást, a hőkezelést és a befejezést, egyenletes hőteljesítményt biztosíthat. Éppen ezért a hővezető képességről a tervezési fázisban kell beszélni, nem a rajz lefagyasztása után.