Alumiinin lämmönjohtavuus: seostiedot, lämpövaikutukset ja miksi sillä on merkitystä

Käytännön lähtökohta: alumiinin lämmönjohtavuus

Jos määrität alumiinista jäähdytyselementtiä tehonmuuntimelle, LED-ohjaimelle tai lämmitinkokoonpanolle, yksi numero tulee yleensä ensin esiin: alumiinin lämmönjohtavuus. Puhdas alumiini istuu lähellä 237 W/m·K , mutta suulakepuristettu seos piirustuksessasi on lähes varmasti pienempi. Tämä ero ei ole laboratorion yksityiskohta; se muuttaa evien paksuutta, pohjalevyn pinta-alaa ja kokoonpanon kustannuksia.

Useimmille suulakepuristetuille lämpöä poistaville osille 6063-T5 ja 6061-T6 ovat oletusvaihtoehdot. 6063-T5 tarjoaa noin 209 W/m·K, kun taas 6061-T6 on lähempänä 167 W/m·K. Tämä 42 W/m·K rako määrittää, kuinka monta ripaa tarvitset ja kuinka nopeasti osa siirtää lämpöä pois lähteestä.

Kupari johtaa lämpöä paljon paremmin, mutta alumiini on edelleen käytännöllinen valinta moniin jäähdytyslevyihin, lämmitinprofiileihin ja rakenneosiin, koska se painaa noin kolmanneksen kupariin verrattuna ja maksaa vähemmän osaa kohti. Kun verrataan lämpötehokkuutta kilogrammaa kohti, alumiinia on vaikea päihittää.

Mitkä lämmönjohtavuusmitat ja miksi yksiköillä on merkitystä

Lämmönjohtavuus (k) määrittää, kuinka nopeasti lämpö virtaa materiaalin läpi lämpötilagradientin alla. Watteina kelvinmetriä kohden (W/m·K) se kertoo, kuinka monta wattia kulkee 1 m:n kuution läpi, kun yksi pinta on 1 K kuumempi kuin vastakkainen. Suurempi k tarkoittaa pienempää sisäistä vastusta lämpövirtaukselle.

Miten se mitataan

Bulkkialumiinituotteissa valmistajat käyttävät menetelmiä, kuten lasersalamatekniikkaa pienille näytteille ja suojattuja keittolevyjä tai lämpövirtausmittarimenetelmiä suuremmille osille. Mittauslämpötilalla on merkitystä, koska alumiinin johtavuus heikkenee lämpötilan noustessa huoneenlämpötilan yläpuolelle. Tietolehti, joka ilmoittaa vain yhden numeron, ei välttämättä vastaa todellista toiminta-aluettasi.

Mitä alumiinin johtavuusalue tarkoittaa käytännössä

Arvo, kuten 167 W/m·K, kuulostaa abstraktilta, kunnes vertaat 100 mm:n pituista ekstruusiota 1000 mm²:n poikkileikkaukseen. 20 K lämpötilaerolla pala johtaa noin 33 W, jos se on valmistettu 6061-T6:sta ja noin 42 W, jos se on valmistettu 6063-T5:stä. Oikeassa jäähdytyselementissä tämä ero tarkoittaa lyhyempiä eviä, alhaisempaa ilmavirran vastusta tai pienempää kokonaisverhoa.

Alumiiniseosten lämmönjohtavuus: Tyypilliset arvot

Puhtaalla alumiinilla on alumiiniperheen korkein johtavuus, mutta puhdas metalli on liian pehmeää useimpiin rakenne- ja lämpöä hajauttaviin profiileihin. Seosalkuaineet, kuten pii, magnesium, kupari ja sinkki, sirottavat elektroneja ja vähentävät johtavuutta. Lämpökäsittely järjestää sitten nämä alkuaineet uudelleen hiukkasiksi, minkä vuoksi sama metalliseos voi näyttää erilaista k:ta eri temperamenteissa.

Miksi 6063-T5 ja 6061-T6 hallitsevat suulakepuristettuja jäähdytyselementtejä?

6063:a kutsutaan usein ekstruusiolejeeringiksi, koska siinä yhdistyy hyvä pinnan laatu, kohtalainen lujuus ja korkean johtavuuden T5-lujuus. 6061 on vahvempi ja helpompi työstää, mutta sen johtavuus on pienempi. Kun suunnittelu vaatii rivat ja asennuslevyn, 6063-T5 tarjoaa yleensä paremman lämpösuorituskyvyn samalla painolla. 6061-T6 on järkevä, kun osa kantaa myös mekaanista kuormitusta. A mukautettu alumiinipuristusprofiili voidaan muotoilla hyödyntämään kunkin lejeeringin vahvuuksia pitäen samalla lämpövastus alhaisena.

Pintakäsittely muuttaa hieman kuvaa. Anodisoidut pinnoitteet parantavat kulumisen ja korroosionkestävyyttä, mutta itse oksidikerroksen johtavuus on alhainen. Ohuissa eloksoiduissa kerroksissa lisätty lämpövastus on pieni; paksu kova anodisointi voi kuitenkin vähentää lämmön virtausta. Osien, jotka tarvitsevat sekä suojaa että johtavuutta, anodisoidut alumiiniprofiilit jäävät yleiseksi valinnaksi, jos pinnoitteen paksuus säädetään lämpösuunnittelun mukaan.

Tekijät, jotka alentavat alumiinin lämmönjohtavuutta

Seoksen koostumus

Jokainen seosaine käyttäytyy eri tavalla. Magnesium ja pii 6xxx-seoksissa alentavat johtavuutta kohtalaisesti. Kupari, kuten 2xxx-seoksissa, aiheuttaa suuremman pudotuksen. Sinkki 7xxx-seoksissa jää väliin. Lajuuden valinta on siksi kompromissi johtavuuden, lujuuden ja pinnan viimeistelyn välisen suhteen.

Lämpö- ja lämpökäsittely

6xxx-seoksissa T5-karkaistulla on taipumus säilyttää enemmän ekstruusion muodostuneen johtavuuden, mutta silti riittävän lujuuden moniin lämmönpoistosovelluksiin. T6 luonne voi olla voimakkaampi, mutta siinä on usein pienempi k. Jos päävaatimuksesi on liikkuva lämpö, ​​kysy, onko T5 hyväksyttävä osasi rakenteellisille kuormituksille.

Lämpötila ja epäpuhtaudet

Lämpötilan noustessa hilavärähtelyt sirottavat elektroneja voimakkaammin, joten k putoaa. Taotuissa metalliseoksissa olevat raudan ja piin epäpuhtaudet muodostavat metallien välisiä hiukkasia, jotka myös alentavat johtavuutta. Vähärautaisia ​​versioita 1xxx- ja 6xxx-seoksista on saatavana, kun tarvitaan maksimaalista johtavuutta, vaikka ne saattavat maksaa enemmän.

Lämmönjohtavuustietojen käyttäminen jäähdytyslevy- ja lämmitinprofiileissa

Paras alumiiniseos jäähdytyslevylle ei ole vain se, jolla on korkein k. Tarvitset myös profiilin geometrian, ilmavirran, pinta-alan ja kokoonpanotavan. Puristetut profiilit sijoittavat materiaalin tarkasti sinne, missä lämpö leviää ja minne evät irrottavat sen. Lähtökohtana on ymmärtää seoksen valinta ja muotin suunnittelu vuorovaikutuksessa; meidän alumiinin suulakepuristuslejeeringit ja suunnitteluopas kattaa sen tarkemmin.

Jäähdytyslevypursotukset

Tehoelektroniikkaan, LED-ajureihin ja moottorisäätimiin riittää usein suulakepuristettu jäähdytyselementti, jossa on säädetyt siivekkeet. Korkean johtavuuden metalliseos parantaa lämpötilan tasaisuutta, joten kuumia pisteitä ei muodostu suoraan komponentin asennusalueen alle. Tuotantoosien osalta meidän korkean lämmönjohtavuuden anodisoidut alumiiniset jäähdytyslevyprofiilit tehdään tätä vaatimusta silmällä pitäen.

Korkean lämmönjohtavuuden anodisoidut alumiiniset jäähdytyslevyprofiilit Toimittajat, Compan Array Näytä tuote →

Lämmittimen profiilit

Lämmityskotelot ja kanavalämmittimet tarvitsevat tasaisen pintalämpötilan, jotta ilmavirta ei ylikuumene yhdestä paikasta. Alumiinin kevyt paino ja hyvä johtavuus levittävät lämpöä nopeasti profiilia pitkin. Meidän korkean lämmönjohtavuuden lämmittimet alumiiniprofiilit ovat ekstrudoitu ratkaisu juuri tähän tehtävään.

Korkean lämmönjohtavuuden lämmittimet alumiiniprofiilit Toimittajat, Yritys - Huzhou Array Näytä tuote →

Mitä tehdä näille tiedoille

Aloita vaaditusta lämpövastuksesta ja valitse sitten seos, karkaisu ja profiiligeometria, joka täyttää sen. Jos budjetti sallii, tee prototyyppi 6063-T5:llä tai vähärautaisella 6xxx-seoksella ja mittaa todelliset lämpötilat. Älä luota vain oppikirjan arvoihin; toimittajatiedot, pinnan viimeistely ja käyttöliittymämateriaalit ovat tärkeitä.

Suulakepuristetuissa osissa, kuten jäähdytyslevyissä ja lämmitinprofiileissa, valmistajan prosessinhallinta on yhtä tärkeää kuin seos. Toimittaja, joka ymmärtää suuttimen virtauksen, lämpökäsittelyn ja viimeistelyn, voi tarjota tasaisen lämpösuorituskyvyn. Siksi lämmönjohtavuudesta tulisi keskustella suunnitteluvaiheessa, ei piirustuksen jäädytyksen jälkeen.