Conductibilitatea termică a aluminiului: date despre aliaj, efectele temperaturii și de ce contează

Un punct de plecare practic: conductivitatea termică a aluminiului

Dacă specificați un radiator din aluminiu pentru un convertor de putere, un driver LED sau un ansamblu de încălzire, de obicei apare primul un număr: conductivitatea termică a aluminiului. Aluminiul pur se află lângă 237 W/m·K , dar aliajul extrudat din desenul dvs. va fi aproape sigur mai mic. Această diferență nu este un detaliu de laborator; modifică grosimea aripioarelor, suprafața plăcii de bază și costul ansamblului.

Pentru majoritatea pieselor extrudate de disipare a căldurii, 6063-T5 și 6061-T6 sunt opțiunile implicite. 6063-T5 oferă aproximativ 209 W/m·K, în timp ce 6061-T6 este mai aproape de 167 W/m·K. Acel interval de 42 W/m·K determină de câte aripioare aveți nevoie și cât de repede piesa mută căldura departe de sursă.

Cuprul conduce căldura mult mai bine, dar aluminiul rămâne alegerea practică pentru multe radiatoare, profile de încălzire și piese structurale, deoarece cântărește aproximativ o treime mai mult decât cuprul și costă mai puțin per parte. Când compari performanța termică pe kilogram, aluminiul este greu de învins.

Ce măsoară conductivitatea termică și de ce contează unitățile

Conductivitatea termică (k) cuantifică cât de repede curge căldura printr-un material sub un gradient de temperatură. Exprimat în wați pe metru-kelvin (W/m·K), vă spune câți wați trec printr-un cub de 1 m atunci când o față este cu 1 K mai fierbinte decât fața opusă. Un k mai mare înseamnă o rezistență internă mai mică la fluxul de căldură.

Cum se măsoară

Pentru produsele din aluminiu în vrac, producătorii folosesc metode precum tehnica flash cu laser pentru eșantioane mici și metode de placă fierbinte protejată sau debitmetru de căldură pentru secțiuni mai mari. Temperatura de măsurare contează deoarece conductivitatea aluminiului scade pe măsură ce temperatura crește peste temperatura camerei. Este posibil ca o fișă de date care raportează un singur număr să nu reflecte intervalul real de operare.

Ce înseamnă în practică intervalul de conductivitate al aluminiului

O valoare precum 167 W/m·K sună abstract până când comparați o extrudare de 100 mm lungime cu o secțiune transversală de 1000 mm². La o diferență de temperatură de 20 K, acea piesă conduce aproximativ 33 W dacă este fabricată din 6061-T6 și aproximativ 42 W dacă este fabricată din 6063-T5. Într-un radiator adevărat, acea diferență se traduce în aripioare mai scurte, rezistență mai mică la fluxul de aer sau un înveliș general mai mic.

Conductibilitatea termică a aliajelor de aluminiu: valori tipice

Aluminiul pur are cea mai mare conductivitate din familia aluminiului, dar metalul pur este prea moale pentru majoritatea profilelor structurale și de disipare a căldurii. Elementele de aliere precum siliciul, magneziul, cuprul și zincul împrăștie electronii și reduc conductivitatea. Tratamentul termic rearanjează apoi acele elemente în particule, motiv pentru care același aliaj poate prezenta k diferit la temperatură diferită.

De ce 6063-T5 și 6061-T6 domină radiatoarele extrudate

6063 este adesea numit aliaj de extrudare deoarece combină calitatea bună a suprafeței, rezistența moderată și o temperatură T5 de conductivitate ridicată. 6061 este mai puternic și mai ușor de prelucrat, dar conductivitatea sa este mai mică. Când designul necesită aripioare plus o placă de montare, 6063-T5 oferă de obicei performanțe termice mai bune la aceeași greutate. 6061-T6 are sens atunci când piesa suportă și sarcini mecanice. A profil personalizat de extrudare din aluminiu poate fi modelat pentru a utiliza punctele forte ale fiecărui aliaj, menținând în același timp rezistența termică scăzută.

Tratamentul de suprafață schimbă puțin imaginea. Acoperirile anodizate îmbunătățesc rezistența la uzură și la coroziune, dar stratul de oxid în sine are o conductivitate scăzută. În straturi subțiri anodizate, rezistența termică adăugată este mică; totuși, anodizarea dură groasă poate reduce fluxul de căldură. Pentru piesele care au nevoie atât de protecție, cât și de conducție, profile de extrudare din aluminiu anodizat rămâne o alegere comună, cu condiția ca grosimea acoperirii să fie controlată pentru a se potrivi designului termic.

Factori care scad conductivitatea termică a aluminiului

Compoziția aliajului

Fiecare element de aliere se comportă diferit. Magneziul și siliciul din aliajele 6xxx scad moderat conductivitatea. Cuprul, ca și în aliajele 2xxx, provoacă o scădere mai mare. Zincul din aliajele 7xxx se află între ele. Selectarea unui grad este, prin urmare, un compromis între conductivitate, rezistență și răspuns la finisarea suprafeței.

Temperare și tratament termic

În aliajele 6xxx, o temperatură T5 tinde să păstreze mai multă conductivitate a extrudarii, în timp ce oferă suficientă rezistență pentru multe aplicații de disipare a căldurii. Un temperament T6 poate fi mai puternic, dar adesea vine cu un k mai mic. Dacă principala dvs. cerință este căldura în mișcare, întrebați dacă T5 este acceptabil pentru sarcinile structurale din partea dvs.

Temperatura și impuritățile

Pe măsură ce temperatura crește, vibrațiile rețelei împrăștie electronii mai puternic, deci k scade. Impuritățile de fier și siliciu din aliajele forjate formează particule intermetalice care, de asemenea, scad conductivitatea. Variante cu conținut scăzut de fier ale aliajelor 1xxx și 6xxx sunt disponibile atunci când este nevoie de conducție maximă, deși pot costa mai mult.

Aplicarea datelor de conductivitate termică în profilele radiatoare și radiatoare

Cel mai bun aliaj de aluminiu pentru un radiator nu este pur și simplu cel cu cel mai mare k. De asemenea, aveți nevoie de geometria profilului, fluxul de aer, suprafața și metoda de asamblare. Profilele extrudate plasează materialul exact acolo unde căldura se răspândește și unde aripioarele îl elimină. Punctul de plecare este înțelegerea modului în care alegerea aliajului și designul matriței interacționează; noastre aliaje de extrudare a aluminiului și ghid de proiectare acoperă asta mai detaliat.

Extrudari pentru radiator

Pentru electronice de putere, drivere LED și controlere de motor, un radiator extrudat cu distanță controlată a aripioarelor este adesea suficient. Un aliaj de înaltă conductivitate îmbunătățește uniformitatea temperaturii, astfel încât punctele fierbinți să nu se formeze direct sub zona de montare a componentelor. Pentru piese de producție, noastre profile radiatoare din aluminiu anodizat cu conductivitate termică ridicată sunt realizate având în vedere această cerință.

Profile radiatoare din aluminiu anodizat cu conductivitate termică ridicată Furnizori, Compan Matrice Vizualizare produs →

Profile de încălzire

Carcasele de încălzire și încălzitoarele de conducte necesită o temperatură uniformă a suprafeței, astfel încât fluxul de aer să nu fie supraîncălzit într-o singură locație. Greutatea ușoară și buna conductivitate ale aluminiului răspândesc căldura rapid de-a lungul profilului. Al nostru încălzitoare cu conductivitate termică ridicată profile din aluminiu sunt o soluție extrudată pentru această sarcină exactă.

Incalzitoare cu conductivitate termica ridicata profile de aluminiu Furnizori, Companie - Huzhou Matrice Vizualizare produs →

Ce să faci cu aceste date

Începeți cu rezistența termică necesară, apoi alegeți un aliaj, temperatură și geometrie de profil care o îndeplinesc. Dacă bugetul permite, prototipați cu 6063-T5 sau un aliaj 6xxx cu conținut scăzut de fier și măsurați temperaturile reale. Nu te baza doar pe valorile manuale; datele furnizorului, finisajul suprafeței și materialele de interfață contează.

Pentru piesele extrudate, cum ar fi radiatoarele și profilele de încălzire, controlul procesului de către producător este la fel de important ca aliajul. Un furnizor care înțelege fluxul matriței, tratamentul termic și finisarea poate oferi performanțe termice consistente. De aceea, conductivitatea termică ar trebui discutată în faza de proiectare, nu după ce desenul este înghețat.