Toplinska vodljivost aluminija: podaci o legurama, učinci temperature i zašto je to važno

Praktična polazna točka: Toplinska vodljivost aluminija

Ako specificirate aluminijski hladnjak za pretvarač energije, LED pogon ili sklop grijača, jedan broj obično dolazi prvi: toplinska vodljivost aluminija. Čisti aluminij nalazi se u blizini 237 W/m·K , ali će ekstrudirana legura na vašem crtežu gotovo sigurno biti niža. Ta razlika nije laboratorijski detalj; mijenja debljinu peraja, površinu osnovne ploče i cijenu montaže.

Za većinu ekstrudiranih dijelova koji odvode toplinu, 6063-T5 i 6061-T6 su zadane opcije. 6063-T5 nudi oko 209 W/m·K, dok je 6061-T6 bliži 167 W/m·K. Taj razmak od 42 W/m·K određuje koliko vam rebara treba i koliko brzo dio odvodi toplinu od izvora.

Bakar puno bolje provodi toplinu, ali aluminij ostaje praktičan izbor za mnoge hladnjake, profile grijača i strukturne dijelove jer teži otprilike jednu trećinu od bakra i košta manje po dijelu. Kada usporedite toplinske performanse po kilogramu, aluminij je teško nadmašiti.

Koje su mjere toplinske vodljivosti i zašto su jedinice važne

Toplinska vodljivost (k) kvantificira koliko brzo toplina teče kroz materijal pod temperaturnim gradijentom. Izraženo u vatima po metru-kelvinu (W/m·K), govori vam koliko vata prolazi kroz kocku od 1 m kada je jedna strana 1 K toplija od druge strane. Viši k znači manji unutarnji otpor protoku topline.

Kako se mjeri

Za aluminijske proizvode u rasutom stanju proizvođači koriste metode poput tehnike laserskog bljeskanja za male uzorke i metode zaštićene vruće ploče ili mjerenja toplinskog protoka za veće dijelove. Temperatura mjerenja je važna jer vodljivost aluminija opada kako temperatura raste iznad sobne temperature. List s podacima koji navodi samo jedan broj možda neće odražavati vaš stvarni radni raspon.

Što raspon vodljivosti aluminija znači u praksi

Vrijednost poput 167 W/m·K zvuči apstraktno dok ne usporedite ekstruziju dugu 100 mm s poprečnim presjekom od 1000 mm². Pri temperaturnoj razlici od 20 K, taj komad provodi otprilike 33 W ako je izrađen od 6061-T6 i oko 42 W ako je izrađen od 6063-T5. U stvarnom hladnjaku ta se razlika pretvara u kraća rebra, manji otpor protoka zraka ili manju ukupnu ovojnicu.

Toplinska vodljivost aluminijskih legura: tipične vrijednosti

Čisti aluminij ima najveću vodljivost u obitelji aluminija, ali čisti metal je premekan za većinu strukturnih profila i profila za odvođenje topline. Legirajući elementi poput silicija, magnezija, bakra i cinka raspršuju elektrone i smanjuju vodljivost. Toplinska obrada zatim preraspoređuje te elemente u čestice, zbog čega ista legura može pokazati različit k u različitim temperacijama.

Zašto 6063-T5 i 6061-T6 dominiraju ekstrudiranim hladnjakom

6063 se često naziva legura za ekstruziju jer kombinira dobru kvalitetu površine, umjerenu čvrstoću i visoku vodljivost T5. 6061 je jači i lakši za obradu, ali njegova vodljivost je niža. Kada dizajn treba peraje plus montažnu ploču, 6063-T5 obično daje bolju toplinsku izvedbu uz istu težinu. 6061-T6 ima smisla kada dio također nosi mehanička opterećenja. A prilagođeni aluminijski ekstrudirani profil može se oblikovati kako bi se koristila snaga svake legure, a istovremeno održavati nisku toplinsku otpornost.

Površinska obrada malo mijenja sliku. Anodizirani premazi poboljšavaju otpornost na trošenje i koroziju, ali sam oksidni sloj ima nisku vodljivost. U tankim anodiziranim slojevima, dodatni toplinski otpor je mali; međutim, gusto tvrdo anodiziranje može smanjiti protok topline. Za dijelove koji trebaju i zaštitu i vodljivost, ekstrudirani profili od anodiziranog aluminija ostaju uobičajeni izbor, pod uvjetom da se debljina premaza kontrolira kako bi odgovarala toplinskom dizajnu.

Čimbenici koji smanjuju toplinsku vodljivost aluminija

Sastav legure

Svaki legirajući element ponaša se drugačije. Magnezij i silicij u legurama 6xxx umjereno smanjuju vodljivost. Bakar, kao i kod legura 2xxx, uzrokuje veći pad. Cink u legurama 7xxx nalazi se između. Odabir stupnja stoga je kompromis između vodljivosti, čvrstoće i odziva na završnu obradu površine.

Kaljenje i toplinska obrada

U 6xxx legurama, T5 temperament ima tendenciju da očuva više vodljivosti ekstruzije u obliku dok još uvijek pruža dovoljno čvrstoće za mnoge primjene odvođenja topline. T6 temperament može biti jači, ali često dolazi s nižim k. Ako je vaš glavni zahtjev pokretna toplina, pitajte je li T5 prihvatljiv za strukturna opterećenja u vašem dijelu.

Temperatura i nečistoće

Kako temperatura raste, vibracije rešetke jače raspršuju elektrone, pa k pada. Nečistoće željeza i silicija u kovanim legurama tvore intermetalne čestice koje također smanjuju vodljivost. Varijante legura 1xxx i 6xxx s niskim udjelom željeza dostupne su kada je potrebna maksimalna vodljivost, iako mogu koštati više.

Primjena podataka o toplinskoj vodljivosti u profilima hladnjaka i grijača

Najbolja aluminijska legura za hladnjak nije samo ona s najvećim k. Također vam je potrebna geometrija profila, protok zraka, površina i način montaže. Ekstrudirani profili postavljaju materijal točno tamo gdje se toplina širi i gdje je rebra odvode. Polazna točka je razumijevanje interakcije izbora legure i dizajna matrice; naš aluminijske ekstruzijske legure i vodič za dizajn pokriva to detaljnije.

Ekstruzije hladnjaka

Za energetsku elektroniku, LED pogone i kontrolere motora često je dovoljan ekstrudirani hladnjak s kontroliranim razmakom rebara. Legura visoke vodljivosti poboljšava ujednačenost temperature tako da se vruće točke ne stvaraju izravno ispod područja ugradnje komponente. Za proizvodne dijelove, naš anodizirani aluminijski profili hladnjaka visoke toplinske vodljivosti napravljeni su imajući na umu ovaj zahtjev.

Profili hladnjaka od anodiziranog aluminija visoke toplinske vodljivosti Suppliers, Compan Niz Pogledajte proizvod →

Profili grijača

Kućišta grijača i grijači kanala trebaju jednoliku površinsku temperaturu kako se struja zraka ne bi pregrijala na jednom mjestu. Mala težina aluminija i dobra vodljivost brzo šire toplinu duž profila. Naš grijači visoke toplinske vodljivosti aluminijski profili su ekstrudirano rješenje za tu točno dužnost.

Grijači visoke toplinske vodljivosti aluminijski profili Dobavljači, tvrtka - Huzhou Niz Pogledajte proizvod →

Što učiniti s ovim podacima

Počnite s potrebnom toplinskom otpornošću, a zatim odaberite leguru, temperaturu i geometriju profila koji to zadovoljavaju. Ako proračun dopušta, napravite prototip s 6063-T5 ili legurom 6xxx s niskim udjelom željeza i izmjerite stvarne temperature. Nemojte se oslanjati samo na vrijednosti iz udžbenika; podaci o dobavljaču, završna obrada površine i materijali sučelja su važni.

Za ekstrudirane dijelove kao što su hladnjaki i profili grijača, kontrola procesa od strane proizvođača jednako je važna kao i legura. Dobavljač koji razumije tijek kalupa, toplinsku obradu i završnu obradu može isporučiti dosljednu toplinsku izvedbu. Zato se o toplinskoj vodljivosti treba raspravljati tijekom faze projektiranja, a ne nakon što se crtež zamrzne.