Tepelná vodivost hliníku: Údaje o slitinách, vlivy temperování a proč na tom záleží

Praktický výchozí bod: Tepelná vodivost hliníku

Pokud specifikujete hliníkový chladič pro napájecí měnič, ovladač LED nebo sestavu ohřívače, obvykle se jako první objeví jedno číslo: tepelná vodivost hliníku. Čistý hliník sedí blízko 237 W/m·K , ale extrudovaná slitina ve vašem výkresu bude téměř jistě nižší. Tento rozdíl není laboratorním detailem; mění tloušťku žebra, plochu základní desky a náklady na montáž.

Pro většinu extrudovaných dílů odvádějících teplo jsou výchozí možnosti 6063-T5 a 6061-T6. 6063-T5 nabízí kolem 209 W/m·K, zatímco 6061-T6 se blíží 167 W/m·K. Tato mezera 42 W/m·K určuje, kolik žeber potřebujete a jak rychle díl odvádí teplo od zdroje.

Měď vede teplo mnohem lépe, ale hliník zůstává praktickou volbou pro mnoho chladičů, profilů topných těles a konstrukčních dílů, protože váží asi jednu třetinu než měď a stojí méně na jeden díl. Když porovnáte tepelný výkon na kilogram, hliník je těžké překonat.

Co měří tepelnou vodivost a proč na jednotkách záleží

Tepelná vodivost (k) kvantifikuje, jak rychle teplo proudí materiálem pod teplotním gradientem. Vyjádřeno ve wattech na metr-kelvin (W/m·K) říká, kolik wattů projde 1 m krychlí, když je jedna plocha o 1 K teplejší než protější plocha. Vyšší k znamená nižší vnitřní odpor vůči toku tepla.

Jak se měří

U volně ložených hliníkových výrobků výrobci používají metody, jako je technika laserového záblesku pro malé vzorky a metody chráněné plotýnky nebo měřiče tepelného toku pro větší sekce. Teplota měření je důležitá, protože vodivost hliníku klesá, když teplota stoupá nad pokojovou teplotu. Datový list, který uvádí pouze jedno číslo, nemusí odrážet váš skutečný provozní dosah.

Co znamená rozsah vodivosti hliníku v praxi

Hodnota jako 167 W/m·K zní abstraktně, dokud neporovnáte 100 mm dlouhý výlisek s 1000 mm² průřezem. Při teplotním rozdílu 20 K vede tento kus zhruba 33 W, pokud je vyroben z 6061-T6, a asi 42 W, pokud je vyroben z 6063-T5. Ve skutečném chladiči se tento rozdíl projevuje kratšími žebry, nižším odporem proudění vzduchu nebo menším celkovým obalem.

Tepelná vodivost hliníkových slitin: typické hodnoty

Čistý hliník má nejvyšší vodivost v rodině hliníku, ale čistý kov je příliš měkký pro většinu konstrukčních profilů a profilů pro odvod tepla. Legující prvky jako křemík, hořčík, měď a zinek rozptylují elektrony a snižují vodivost. Tepelné zpracování pak tyto prvky přeskupí na částice, což je důvod, proč stejná slitina může vykazovat různé k při různých teplotách.

Proč 6063-T5 a 6061-T6 dominují extrudovaným chladičům

6063 se často nazývá vytlačovaná slitina, protože kombinuje dobrou kvalitu povrchu, střední pevnost a vysokou vodivost T5. 6061 je pevnější a snadněji se obrábí, ale jeho vodivost je nižší. Když design vyžaduje žebra a montážní desku, 6063-T5 obvykle poskytuje lepší tepelný výkon při stejné hmotnosti. 6061-T6 má smysl, když díl přenáší i mechanické zatížení. A zakázkový hliníkový extruzní profil mohou být tvarovány tak, aby využívaly síly každé slitiny při zachování nízké tepelné odolnosti.

Povrchová úprava mírně mění obraz. Eloxované povlaky zlepšují odolnost proti opotřebení a korozi, ale samotná vrstva oxidu má nízkou vodivost. V tenkých eloxovaných vrstvách je přidaný tepelný odpor malý; silná tvrdá anodizace však může snížit tepelný tok. Pro díly, které vyžadují ochranu i vedení, vytlačované profily z eloxovaného hliníku zůstávají běžnou volbou za předpokladu, že tloušťka povlaku je řízena tak, aby vyhovovala tepelnému návrhu.

Faktory, které snižují tepelnou vodivost hliníku

Složení slitiny

Každý legující prvek se chová jinak. Hořčík a křemík ve slitinách 6xxx mírně snižují vodivost. Měď, stejně jako u slitin 2xxx, způsobuje větší pokles. Zinek ve slitinách 7xxx spadá mezi. Výběr třídy je proto kompromisem mezi vodivostí, pevností a reakcí na povrchovou úpravu.

Temperování a tepelné zpracování

U slitin 6xxx má temperace T5 tendenci zachovat více vodivosti výlisku ve formě, přičemž stále poskytuje dostatečnou pevnost pro mnoho aplikací pro odvod tepla. Povaha T6 může být silnější, ale často přichází s nižším k. Pokud je vaším hlavním požadavkem pohybující se teplo, zeptejte se, zda je T5 přijatelný pro konstrukční zatížení vašeho dílu.

Teplota a nečistoty

S rostoucí teplotou vibrace mřížky rozptylují elektrony silněji, takže k klesá. Nečistoty železa a křemíku v tvářených slitinách tvoří intermetalické částice, které také snižují vodivost. V případě potřeby maximální vodivosti jsou k dispozici varianty slitin 1xxx a 6xxx s nízkým obsahem železa, i když mohou být dražší.

Použití údajů o tepelné vodivosti v profilech chladiče a ohřívače

Nejlepší hliníková slitina pro chladič není jednoduše ta s nejvyšším k. Potřebujete také geometrii profilu, proudění vzduchu, plochu povrchu a způsob montáže. Extrudované profily umísťují materiál přesně tam, kde se teplo šíří a kde ho žebra odvádějí. Výchozím bodem je pochopení toho, jak se ovlivňují výběr slitiny a návrh formy; náš hliníkové vytlačované slitiny a průvodce designem pokrývá to podrobněji.

Extruze chladiče

Pro výkonovou elektroniku, ovladače LED a ovladače motorů často stačí extrudovaný chladič s řízenou roztečí žeber. Vysoce vodivá slitina zlepšuje rovnoměrnost teploty, takže se nevytvářejí horká místa přímo pod montážní oblastí součásti. U výrobních dílů naše eloxované hliníkové profily chladiče s vysokou tepelnou vodivostí jsou vyrobeny s ohledem na tento požadavek.

Profily chladičů z eloxovaného hliníku s vysokou tepelnou vodivostí Dodavatelé, spol Pole Zobrazit produkt →

Topné profily

Kryty ohřívačů a potrubní ohřívače potřebují rovnoměrnou povrchovou teplotu, aby se proud vzduchu nepřehříval na jednom místě. Nízká hmotnost a dobrá vodivost hliníku rychle šíří teplo po profilu. naše ohřívače s vysokou tepelnou vodivostí hliníkové profily jsou extrudovaným řešením přesně pro tento účel.

Ohřívače s vysokou tepelnou vodivostí hliníkové profily Dodavatelé, společnost - Huzhou Pole Zobrazit produkt →

Co dělat s těmito údaji

Začněte s požadovaným tepelným odporem a poté zvolte slitinu, temperování a geometrii profilu, které jej splňují. Pokud to rozpočet dovolí, vytvořte prototyp s 6063-T5 nebo slitinou 6xxx s nízkým obsahem železa a změřte skutečné teploty. Nespoléhejte pouze na učebnicové hodnoty; Důležitá jsou data dodavatele, povrchová úprava a materiály rozhraní.

U extrudovaných dílů, jako jsou chladiče a profily topných těles, je řízení procesu výrobcem stejně důležité jako slitina. Dodavatel, který rozumí průtoku, tepelnému zpracování a konečné úpravě, může poskytovat konzistentní tepelný výkon. Proto by se o tepelné vodivosti mělo diskutovat ve fázi návrhu, nikoli po zmrazení výkresu.