Tepelná vodivosť hliníka: údaje o zliatinách, teplotné efekty a prečo na tom záleží

Praktický východiskový bod: Tepelná vodivosť hliníka

Ak špecifikujete hliníkový chladič pre napájací menič, ovládač LED alebo zostavu ohrievača, zvyčajne je prvé číslo: tepelná vodivosť hliníka. Čistý hliník je blízko 237 W/m·K , ale extrudovaná zliatina vo vašom výkrese bude takmer určite nižšia. Tento rozdiel nie je laboratórny detail; mení hrúbku rebra, plochu základnej dosky a náklady na montáž.

Pre väčšinu extrudovaných častí odvádzajúcich teplo sú predvolené možnosti 6063-T5 a 6061-T6. 6063-T5 ponúka okolo 209 W/m·K, zatiaľ čo 6061-T6 je bližšie k 167 W/m·K. Táto medzera 42 W/m·K určuje, koľko rebier potrebujete a ako rýchlo diel odvádza teplo od zdroja.

Meď vedie teplo oveľa lepšie, ale hliník zostáva praktickou voľbou pre mnohé chladiče, profily ohrievačov a konštrukčné diely, pretože váži asi jednu tretinu ako meď a stojí menej na jeden diel. Keď porovnáte tepelný výkon na kilogram, hliník je ťažké poraziť.

Čo meria tepelná vodivosť a prečo na jednotkách záleží

Tepelná vodivosť (k) kvantifikuje, ako rýchlo teplo prúdi materiálom pri teplotnom gradiente. Vyjadrené vo wattoch na meter-kelvin (W/m·K) vám hovorí, koľko wattov prejde kockou s dĺžkou 1 m, keď je jedna strana o 1 K teplejšia ako druhá strana. Vyššie k znamená nižší vnútorný odpor voči toku tepla.

Ako sa meria

Pri hromadných hliníkových výrobkoch výrobcovia používajú metódy, ako je technika laserového blesku pre malé vzorky a metódy chránenej horúcej platne alebo merača tepelného toku pre väčšie časti. Teplota merania je dôležitá, pretože vodivosť hliníka klesá, keď teplota stúpa nad izbovú teplotu. Údajový list, ktorý uvádza iba jedno číslo, nemusí odrážať váš skutočný prevádzkový dosah.

Čo znamená rozsah vodivosti hliníka v praxi

Hodnota ako 167 W/m·K znie abstraktne, kým neporovnáte 100 mm dlhý výlisok s prierezom 1000 mm². Pri teplotnom rozdiele 20 K vedie tento kus približne 33 W, ak je vyrobený z 6061-T6 a približne 42 W, ak je vyrobený z 6063-T5. V skutočnom chladiči sa tento rozdiel premieta do kratších rebier, nižšieho odporu prúdenia vzduchu alebo menšieho celkového obalu.

Tepelná vodivosť hliníkových zliatin: typické hodnoty

Čistý hliník má najvyššiu vodivosť v rodine hliníka, ale čistý kov je príliš mäkký pre väčšinu konštrukčných profilov a profilov odvádzajúcich teplo. Legujúce prvky ako kremík, horčík, meď a zinok rozptyľujú elektróny a znižujú vodivosť. Tepelné spracovanie potom tieto prvky preusporiada na častice, čo je dôvod, prečo tá istá zliatina môže vykazovať rôzne k pri rôznych teplotách.

Prečo 6063-T5 a 6061-T6 dominujú extrudovaným chladičom

6063 sa často nazýva extrúzna zliatina, pretože spája dobrú kvalitu povrchu, strednú pevnosť a vysokú vodivosť T5. 6061 je pevnejší a ľahšie opracovateľný, ale jeho vodivosť je nižšia. Keď dizajn potrebuje rebrá a montážnu dosku, 6063-T5 zvyčajne poskytuje lepší tepelný výkon pri rovnakej hmotnosti. 6061-T6 má zmysel, keď súčiastka prenáša aj mechanické zaťaženie. A vlastný hliníkový extrúzny profil možno tvarovať tak, aby využívali silu každej zliatiny pri zachovaní nízkej tepelnej odolnosti.

Povrchová úprava mierne mení obraz. Eloxované povlaky zlepšujú odolnosť proti opotrebovaniu a korózii, ale samotná vrstva oxidu má nízku vodivosť. V tenkých eloxovaných vrstvách je pridaný tepelný odpor malý; avšak hrubé tvrdé eloxovanie môže znížiť tepelný tok. Pre diely, ktoré potrebujú ochranu aj vedenie, extrúzne profily z eloxovaného hliníka zostávajú bežnou voľbou za predpokladu, že hrúbka povlaku je riadená tak, aby vyhovovala tepelnému dizajnu.

Faktory, ktoré znižujú tepelnú vodivosť hliníka

Zloženie zliatiny

Každý legovací prvok sa správa inak. Horčík a kremík v zliatinách 6xxx mierne znižujú vodivosť. Meď, ako v zliatinách 2xxx, spôsobuje väčší pokles. Zinok v zliatinách 7xxx patrí medzi. Výber triedy je preto kompromisom medzi vodivosťou, pevnosťou a odozvou na povrchovú úpravu.

Temperovanie a tepelné spracovanie

V zliatinách 6xxx má temperovanie T5 tendenciu zachovať väčšiu vodivosť výlisku vo forme, pričom stále poskytuje dostatočnú pevnosť pre mnohé aplikácie na odvádzanie tepla. Povaha T6 môže byť silnejšia, ale často prichádza s nižším k. Ak je vašou hlavnou požiadavkou pohybujúce sa teplo, opýtajte sa, či je T5 prijateľný pre konštrukčné zaťaženie vo vašej časti.

Teplota a nečistoty

Keď sa teplota zvyšuje, vibrácie mriežky rozptyľujú elektróny silnejšie, takže k klesá. Nečistoty železa a kremíka v tvárnených zliatinách vytvárajú intermetalické častice, ktoré tiež znižujú vodivosť. V prípade potreby maximálnej vodivosti sú k dispozícii varianty zliatin 1xxx a 6xxx s nízkym obsahom železa, hoci môžu byť drahšie.

Aplikácia údajov o tepelnej vodivosti v profiloch chladiča a ohrievača

Najlepšia hliníková zliatina pre chladič nie je jednoducho tá s najvyšším k. Potrebujete tiež geometriu profilu, prúdenie vzduchu, plochu povrchu a spôsob montáže. Extrudované profily umiestňujú materiál presne tam, kde sa teplo šíri a kde ho rebrá odvádzajú. Východiskovým bodom je pochopenie toho, ako spolupôsobí výber zliatiny a dizajn formy; náš extrúzne zliatiny hliníka a sprievodca dizajnom pokrýva to podrobnejšie.

Extrúzie chladiča

Pre výkonovú elektroniku, LED ovládače a ovládače motorov často postačuje extrudovaný chladič s riadeným rozstupom rebier. Zliatina s vysokou vodivosťou zlepšuje rovnomernosť teplôt, takže horúce miesta sa nevytvárajú priamo pod oblasťou montáže komponentov. Pre výrobné diely náš profily chladiča z eloxovaného hliníka s vysokou tepelnou vodivosťou sú vyrobené s ohľadom na túto požiadavku.

Profily chladiča z eloxovaného hliníka s vysokou tepelnou vodivosťou Dodávatelia, spol Pole Zobraziť produkt →

Profily ohrievačov

Kryty ohrievačov a potrubné ohrievače potrebujú rovnomernú povrchovú teplotu, aby sa prúd vzduchu neprehrieval na jednom mieste. Nízka hmotnosť hliníka a dobrá vodivosť rýchlo šíria teplo pozdĺž profilu. náš ohrievače s vysokou tepelnou vodivosťou hliníkové profily sú extrudovaným riešením presne pre túto úlohu.

Ohrievače s vysokou tepelnou vodivosťou hliníkové profily Dodávatelia, spoločnosť - Huzhou Pole Zobraziť produkt →

Čo robiť s týmito údajmi

Začnite s požadovaným tepelným odporom, potom vyberte zliatinu, temperovanie a geometriu profilu, ktoré ho spĺňajú. Ak to rozpočet dovolí, vytvorte prototyp s 6063-T5 alebo zliatinou 6xxx s nízkym obsahom železa a zmerajte skutočné teploty. Nespoliehajte sa len na učebnicové hodnoty; Dôležité sú údaje dodávateľa, povrchová úprava a materiály rozhrania.

Pre extrudované diely, ako sú chladiče a profily ohrievačov, je kontrola procesu výrobcom rovnako dôležitá ako zliatina. Dodávateľ, ktorý rozumie toku lisovnice, tepelnému spracovaniu a konečnej úprave, môže poskytnúť konzistentný tepelný výkon. Preto by sa o tepelnej vodivosti malo diskutovať vo fáze návrhu, nie po zmrazení výkresu.