Độ dẫn nhiệt của nhôm: Dữ liệu hợp kim, Hiệu ứng nhiệt độ và tại sao nó lại quan trọng

Điểm khởi đầu thực tế: Tính dẫn nhiệt của nhôm

Nếu bạn đang chỉ định bộ tản nhiệt bằng nhôm cho bộ chuyển đổi nguồn, bộ điều khiển đèn LED hoặc cụm lò sưởi, một số thường xuất hiện đầu tiên: độ dẫn nhiệt của nhôm. Nhôm nguyên chất nằm gần 237 W/m·K , nhưng hợp kim ép đùn trong bản vẽ của bạn gần như chắc chắn sẽ thấp hơn. Sự khác biệt đó không phải là một chi tiết trong phòng thí nghiệm; nó làm thay đổi độ dày của vây, diện tích tấm đế và chi phí lắp ráp.

Đối với hầu hết các bộ phận tản nhiệt dạng ép đùn, 6063-T5 và 6061-T6 là các tùy chọn mặc định. 6063-T5 cung cấp khoảng 209 W/m·K, trong khi 6061-T6 gần hơn với 167 W/m·K. Khoảng cách 42 W/m·K đó quyết định số lượng cánh tản nhiệt bạn cần và tốc độ di chuyển nhiệt ra khỏi nguồn của bộ phận đó.

Đồng dẫn nhiệt tốt hơn nhiều, nhưng nhôm vẫn là lựa chọn thiết thực cho nhiều bộ tản nhiệt, bộ phận làm nóng và các bộ phận kết cấu vì nó nặng khoảng 1/3 so với đồng và chi phí mỗi bộ phận ít hơn. Khi bạn so sánh hiệu suất nhiệt trên mỗi kg, nhôm khó có thể bị đánh bại.

Các biện pháp dẫn nhiệt nào và tại sao đơn vị lại quan trọng

Độ dẫn nhiệt (k) định lượng tốc độ truyền nhiệt qua vật liệu dưới một gradient nhiệt độ. Được biểu thị bằng watt trên mét-kelvin (W/m·K), nó cho bạn biết có bao nhiêu watt truyền qua khối lập phương 1 m khi một mặt nóng hơn 1 K so với mặt đối diện. K cao hơn có nghĩa là điện trở trong đối với dòng nhiệt thấp hơn.

Nó được đo như thế nào

Đối với các sản phẩm nhôm số lượng lớn, các nhà sản xuất sử dụng các phương pháp như kỹ thuật đèn flash laser cho các mẫu nhỏ và phương pháp tấm nóng được bảo vệ hoặc phương pháp đo lưu lượng nhiệt cho các phần lớn hơn. Nhiệt độ đo rất quan trọng vì độ dẫn điện của nhôm giảm khi nhiệt độ tăng cao hơn nhiệt độ phòng. Bảng dữ liệu chỉ báo cáo một số có thể không phản ánh phạm vi hoạt động thực tế của bạn.

Phạm vi dẫn điện của nhôm có ý nghĩa gì trong thực tế

Giá trị như 167 W/m·K nghe có vẻ trừu tượng cho đến khi bạn so sánh phần đùn dài 100 mm với mặt cắt ngang 1000 mm². Ở chênh lệch nhiệt độ 20 K, mảnh đó dẫn điện khoảng 33 W nếu được làm từ 6061-T6 và khoảng 42 W nếu được làm từ 6063-T5. Trong một bộ tản nhiệt thực sự, sự khác biệt đó chuyển thành các cánh tản nhiệt ngắn hơn, lực cản luồng khí thấp hơn hoặc đường bao tổng thể nhỏ hơn.

Độ dẫn nhiệt của hợp kim nhôm: Giá trị tiêu biểu

Nhôm nguyên chất có độ dẫn điện cao nhất trong họ nhôm, nhưng kim loại nguyên chất lại quá mềm đối với hầu hết các cấu trúc có cấu trúc và tản nhiệt. Các nguyên tố hợp kim như silicon, magie, đồng và kẽm làm phân tán electron và làm giảm độ dẫn điện. Sau đó, xử lý nhiệt sẽ sắp xếp lại các nguyên tố đó thành các hạt, đó là lý do tại sao cùng một hợp kim có thể hiển thị k khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau.

Tại sao 6063-T5 và 6061-T6 chiếm ưu thế trong tản nhiệt ép đùn

6063 thường được gọi là hợp kim đùn vì nó kết hợp chất lượng bề mặt tốt, độ bền vừa phải và tính chất T5 có độ dẫn điện cao. 6061 mạnh hơn và dễ gia công hơn nhưng độ dẫn điện của nó thấp hơn. Khi thiết kế cần các cánh tản nhiệt cộng với tấm gắn, 6063-T5 thường mang lại hiệu suất tản nhiệt tốt hơn ở cùng trọng lượng. 6061-T6 có ý nghĩa khi bộ phận này cũng chịu tải cơ học. A hồ sơ đùn nhôm tùy chỉnh có thể được định hình để sử dụng điểm mạnh của từng hợp kim trong khi vẫn giữ khả năng chịu nhiệt ở mức thấp.

Xử lý bề mặt làm thay đổi hình ảnh một chút. Lớp phủ anodized cải thiện khả năng chống mài mòn và ăn mòn, nhưng bản thân lớp oxit có độ dẫn điện thấp. Ở các lớp anodized mỏng, điện trở nhiệt tăng thêm nhỏ; tuy nhiên, anodizing cứng dày có thể làm giảm dòng nhiệt. Đối với các bộ phận cần cả bảo vệ và dẫn điện, hồ sơ đùn nhôm anodized vẫn là một lựa chọn phổ biến, miễn là độ dày lớp phủ được kiểm soát để phù hợp với thiết kế nhiệt.

Các yếu tố làm giảm độ dẫn nhiệt của nhôm

Thành phần hợp kim

Mỗi nguyên tố hợp kim hoạt động khác nhau. Magiê và silicon trong hợp kim 6xxx có độ dẫn điện thấp hơn ở mức độ vừa phải. Đồng, như trong hợp kim 2xxx, gây ra sự sụt giảm lớn hơn. Kẽm trong hợp kim 7xxx nằm ở giữa. Do đó, việc chọn loại là sự cân bằng giữa độ dẫn điện, độ bền và phản ứng với việc hoàn thiện bề mặt.

Nhiệt độ và xử lý nhiệt

Trong hợp kim 6xxx, nhiệt độ T5 có xu hướng bảo toàn độ dẫn điện ban đầu của quá trình ép đùn nhiều hơn trong khi vẫn cung cấp đủ độ bền cho nhiều ứng dụng tản nhiệt. Tính khí T6 có thể mạnh hơn nhưng thường đi kèm với k thấp hơn. Nếu yêu cầu chính của bạn là nhiệt chuyển động, hãy hỏi xem T5 có được chấp nhận đối với tải trọng kết cấu ở khu vực của bạn hay không.

Nhiệt độ và tạp chất

Khi nhiệt độ tăng, các dao động của mạng làm tán xạ các electron mạnh hơn nên k giảm xuống. Các tạp chất sắt và silicon trong hợp kim rèn tạo thành các hạt liên kim loại cũng làm giảm độ dẫn điện. Các biến thể hàm lượng sắt thấp của hợp kim 1xxx và 6xxx có sẵn khi cần độ dẫn tối đa, mặc dù chúng có thể đắt hơn.

Áp dụng dữ liệu độ dẫn nhiệt trong cấu hình tản nhiệt và bộ gia nhiệt

Hợp kim nhôm tốt nhất cho tản nhiệt không chỉ đơn giản là loại có k cao nhất. Bạn cũng cần hình học biên dạng, luồng không khí, diện tích bề mặt và phương pháp lắp ráp. Cấu hình ép đùn đặt vật liệu chính xác ở nơi nhiệt lan truyền và nơi tản nhiệt. Điểm khởi đầu là hiểu được sự tương tác giữa lựa chọn hợp kim và thiết kế khuôn; của chúng tôi hợp kim đùn nhôm và hướng dẫn thiết kế bao gồm điều đó chi tiết hơn.

Đùn tản nhiệt

Đối với các thiết bị điện tử công suất, trình điều khiển đèn LED và bộ điều khiển động cơ, thường chỉ cần một bộ tản nhiệt dạng đùn với khoảng cách được kiểm soát là đủ. Hợp kim có độ dẫn điện cao cải thiện độ đồng đều nhiệt độ để các điểm nóng không hình thành trực tiếp dưới khu vực lắp linh kiện. Đối với các bộ phận sản xuất, chúng tôi hồ sơ tản nhiệt nhôm anodized dẫn nhiệt cao được thực hiện với yêu cầu này trong tâm trí.

Cấu hình tản nhiệt bằng nhôm anodized dẫn nhiệt cao Nhà cung cấp, Công ty Mảng Xem sản phẩm →

Hồ sơ nóng

Vỏ máy sưởi và máy sưởi ống dẫn cần nhiệt độ bề mặt đồng đều để luồng không khí không bị quá nóng ở một vị trí. Trọng lượng nhẹ và độ dẫn điện tốt của nhôm truyền nhiệt nhanh chóng dọc theo mặt cắt. của chúng tôi hồ sơ nhôm dẫn nhiệt cao là một giải pháp ép đùn cho nhiệm vụ chính xác đó.

Máy sưởi nhôm dẫn nhiệt cao Nhà cung cấp, Công ty - Hồ Châu Mảng Xem sản phẩm →

Phải làm gì với dữ liệu này

Bắt đầu với khả năng chịu nhiệt cần thiết, sau đó chọn hình dạng hợp kim, nhiệt độ và biên dạng đáp ứng được yêu cầu đó. Nếu ngân sách cho phép, hãy tạo nguyên mẫu bằng hợp kim 6063-T5 hoặc hợp kim 6xxx có hàm lượng sắt thấp và đo nhiệt độ thực tế. Đừng chỉ dựa vào giá trị sách giáo khoa; dữ liệu nhà cung cấp, độ hoàn thiện bề mặt và vật liệu giao diện đều quan trọng.

Đối với các bộ phận ép đùn như bộ tản nhiệt và bộ gia nhiệt, việc kiểm soát quy trình của nhà sản xuất cũng quan trọng như hợp kim. Một nhà cung cấp hiểu rõ dòng khuôn, xử lý nhiệt và hoàn thiện có thể mang lại hiệu suất nhiệt ổn định. Đó là lý do tại sao nên thảo luận về độ dẫn nhiệt trong giai đoạn thiết kế chứ không phải sau khi bản vẽ đã được đóng băng.