Termisk ledningsevne af aluminium: legeringsdata, tempereringseffekter og hvorfor det betyder noget

Et praktisk udgangspunkt: Aluminiums termiske ledningsevne

Hvis du specificerer en aluminiumskøleplade til en strømkonverter, en LED-driver eller en varmelegeme, kommer et tal normalt først: aluminiums termiske ledningsevne. Ren aluminium sidder tæt på 237 W/m·K , men den ekstruderede legering i din tegning vil næsten helt sikkert være lavere. Den forskel er ikke en laboratoriedetalje; det ændrer finnetykkelse, bundpladeareal og omkostningerne ved monteringen.

For de fleste ekstruderede varmeafledningsdele er 6063-T5 og 6061-T6 standardindstillingerne. 6063-T5 tilbyder omkring 209 W/m·K, mens 6061-T6 er tættere på 167 W/m·K. Det mellemrum på 42 W/m·K bestemmer, hvor mange finner du har brug for, og hvor hurtigt delen flytter varmen væk fra kilden.

Kobber leder varmen meget bedre, men aluminium forbliver det praktiske valg til mange køleplader, varmelegemer og konstruktionsdele, fordi det vejer omkring en tredjedel så meget som kobber og koster mindre pr. del. Når du sammenligner termisk ydeevne pr. kilogram, er aluminium svært at slå.

Hvilke termisk ledningsevne måler og hvorfor enheder betyder noget

Termisk ledningsevne (k) kvantificerer, hvor hurtigt varme strømmer gennem et materiale under en temperaturgradient. Udtrykt i watt pr. meter-kelvin (W/m·K), fortæller den dig, hvor mange watt der passerer gennem en 1 m terning, når den ene flade er 1 K varmere end den modsatte flade. En højere k betyder lavere indre modstand mod varmeflow.

Hvordan det måles

For bulk-aluminiumprodukter bruger producenter metoder såsom laserblitzteknikken til små prøver og bevogtede varmeplade- eller varmeflowmålermetoder til større sektioner. Måletemperatur har betydning, fordi aluminiums ledningsevne falder, når temperaturen stiger over stuetemperatur. Et datablad, der kun rapporterer ét nummer, afspejler muligvis ikke dit faktiske driftsområde.

Hvad aluminiums ledningsevneområde betyder i praksis

En værdi som 167 W/m·K lyder abstrakt, indtil du sammenligner en 100 mm lang ekstrudering med et 1000 mm² tværsnit. Ved en temperaturforskel på 20 K leder det stykke omkring 33 W, hvis det er lavet af 6061-T6 og omkring 42 W, hvis det er lavet af 6063-T5. I en rigtig køleplade udmønter denne forskel sig i kortere finner, lavere luftstrømsmodstand eller en mindre samlet konvolut.

Termisk ledningsevne af aluminiumslegeringer: Typiske værdier

Rent aluminium har den højeste ledningsevne i aluminiumsfamilien, men rent metal er for blødt til de fleste struktur- og varmeafledningsprofiler. Legeringselementer som silicium, magnesium, kobber og zink spreder elektroner og reducerer ledningsevnen. Varmebehandling omarrangerer derefter disse elementer til partikler, hvorfor den samme legering kan vise forskellige k i forskellige temperamenter.

Hvorfor 6063-T5 og 6061-T6 dominerer ekstruderede køleplader

6063 kaldes ofte ekstruderingslegeringen, fordi den kombinerer god overfladekvalitet, moderat styrke og et T5-temperament med høj ledningsevne. 6061 er stærkere og lettere at bearbejde, men dens ledningsevne er lavere. Når designet har brug for finner plus en monteringsplade, leverer 6063-T5 normalt bedre termisk ydeevne ved samme vægt. 6061-T6 giver mening, når delen også bærer mekaniske belastninger. A brugerdefineret aluminium ekstruderingsprofil kan formes til at bruge hver legerings styrker og samtidig holde den termiske modstand lav.

Overfladebehandling ændrer billedet en smule. Anodiserede belægninger forbedrer slid og korrosionsbestandighed, men selve oxidlaget har lav ledningsevne. I tynde anodiserede lag er den tilføjede termiske modstand lille; dog kan tyk hård anodisering reducere varmestrømmen. For dele, der har brug for både beskyttelse og ledning, anodiseret aluminium ekstruderingsprofiler forbliver et almindeligt valg, forudsat at belægningstykkelsen styres, så den passer til det termiske design.

Faktorer, der sænker den termiske ledningsevne af aluminium

Legeringssammensætning

Hvert legeringselement opfører sig forskelligt. Magnesium og silicium i 6xxx legeringer sænker ledningsevnen moderat. Kobber, som i 2xxx legeringer, forårsager et større fald. Zink i 7xxx legeringer falder imellem. At vælge en kvalitet er derfor en afvejning mellem ledningsevne, styrke og respons på overfladefinish.

Temperering og varmebehandling

I 6xxx-legeringer har en T5-temperering en tendens til at bevare mere af ekstruderingens ledningsevne, mens den stadig giver tilstrækkelig styrke til mange varmeafledningsapplikationer. Et T6 temperament kan være stærkere, men kommer ofte med et lavere k. Hvis dit hovedkrav er at flytte varme, så spørg, om T5 er acceptabelt for de strukturelle belastninger i din del.

Temperatur og urenheder

Når temperaturen stiger, spreder gittervibrationer elektroner kraftigere, så k falder. Jern- og siliciumurenheder i smedelegeringer danner intermetalliske partikler, der også sænker ledningsevnen. Lav-jern varianter af 1xxx og 6xxx legeringer er tilgængelige, når maksimal ledning er nødvendig, selvom de kan koste mere.

Anvendelse af termisk ledningsevnedata i køleprofiler og varmelegemeprofiler

Den bedste aluminiumslegering til en køleplade er ikke blot den med den højeste k. Du har også brug for profilgeometri, luftstrøm, overfladeareal og monteringsmetode. Ekstruderede profiler placerer materialet præcis, hvor varme spredes, og hvor finnerne afgiver det. Udgangspunktet er at forstå, hvordan legeringsvalg og matricedesign interagerer; vores aluminium ekstruderingslegeringer og designguide dækker det mere detaljeret.

Køleprofiler

Til kraftelektronik, LED-drivere og motorstyringer er en ekstruderet køleplade med kontrolleret finneafstand ofte nok. En legering med høj ledningsevne forbedrer temperaturens ensartethed, så der ikke dannes varme punkter direkte under komponentens monteringsområde. Til produktionsdele er vores høj varmeledningsevne anodiseret aluminium køleprofiler er lavet med dette krav i tankerne.

Høj varmeledningsevne anodiseret aluminium kølepladeprofiler Leverandører, Compan Array Se produkt →

Varmeprofiler

Varmekabinetter og kanalvarmere har brug for ensartet overfladetemperatur, så luftstrømmen ikke overophedes ét sted. Aluminiums lette vægt og gode ledningsevne spreder varme hurtigt langs profilen. Vores høj termisk ledningsevne varmeapparater aluminium profiler er en ekstruderet løsning til netop den pligt.

Varmeapparater med høj varmeledningsevne aluminiumsprofiler Leverandører, Company - Huzhou Array Se produkt →

Hvad skal man gøre med disse data

Start med den nødvendige termiske modstand, og vælg derefter en legering, temperament og profilgeometri, der opfylder den. Hvis budgettet tillader det, skal du prototype med 6063-T5 eller en 6xxx-legering med lavt jern og måle faktiske temperaturer. Stol ikke kun på lærebogsværdier; leverandørdata, overfladefinish og interfacematerialer har betydning.

For ekstruderede dele som køleplader og varmeprofiler er producentens processtyring lige så vigtig som legeringen. En leverandør, der forstår dyseflow, varmebehandling og efterbehandling, kan levere ensartet termisk ydeevne. Derfor bør termisk ledningsevne diskuteres i designfasen, ikke efter at tegningen er frosset.