متطلبات توصيلية الألمنيوم المبثوق؟

غالبًا ما تفشل الأداء الكهربائي والحراري في المشاريع الحقيقية. تختار العديد من الفرق مقاطع الألومنيوم دون التحقق من الموصلية. وهذا يؤدي إلى تراكم الحرارة أو فقدان الإشارة أو مخاطر تتعلق بالسلامة. هذه المشاكل مكلفة ويصعب إصلاحها لاحقًا.

تعتمد متطلبات توصيلية الألومنيوم المبثوق على الاستخدام الكهربائي والحمل الحراري واختيار السبائك ومعالجة السطح. مع المعايير الصحيحة والتحكم في السبائك، يمكن أن تلبي منتجات الألومنيوم المبثوق الاحتياجات الكهربائية والحرارية في الأنظمة الصعبة.

يركز العديد من المشترين في البداية على الشكل والسعر. وغالبًا ما يتم التحقق من الموصلية في وقت متأخر. يشرح هذا المقال كيفية عمل الموصلية في بثق الألومنيوم. كما يشرح كيف تؤثر المعايير والسبائك والطلاءات على الأداء في المشاريع الحقيقية.

ما هي معايير الموصلية التي تنطبق على التطبيقات الكهربائية؟

تتعطل الأنظمة الكهربائية عندما تكون الموصلية منخفضة للغاية. وقد يتسبب ذلك في انخفاض الجهد الكهربائي وارتفاع درجة الحرارة وحتى خطر نشوب حريق. يعتقد العديد من المشترين أن الألومنيوم يعمل دائمًا بنفس الطريقة. وهذا غير صحيح.

عادةً ما يتم تحديد الموصلية الكهربائية لمسبوكات الألومنيوم كنسبة مئوية من IACS، وتحتاج معظم التصميمات الكهربائية إلى قيم تتراوح بين 55٪ و62٪ IACS اعتمادًا على السبيكة والدرجة الحرارة.

لماذا توجد معايير كهربائية

تساعد معايير التوصيلية الكهربائية المهندسين على مقارنة المواد. فهي تعطي رقماً واضحاً بدلاً من تخمين. بالنسبة للألمنيوم، المرجع الأكثر شيوعاً هو IACS. يقارن هذا المقياس المواد بالنحاس النقي الملدن.

معظم سبائك الألومنيوم المستخدمة في البثق ليست من الألومنيوم النقي. تعمل عناصر السبائك على تحسين القوة. وفي الوقت نفسه، تقلل من الموصلية. ولهذا السبب، فإن المعايير أكثر أهمية من المصطلحات التسويقية.

معايير قياس الموصلية الشائعة

فيما يلي جدول بسيط يستخدمه العديد من المشترين والمهندسين.

يوضح هذا الجدول أهمية اختيار السبائك. فقد يفشل المظهر الجانبي القوي في أداء دوره الكهربائي. وقد يفشل المظهر الجانبي عالي التوصيلية تحت الحمل.

المعايير التي يُشار إليها غالبًا

غالبًا ما تتبع المشاريع الكهربائية القواعد الوطنية أو الصناعية. لا تحدد هذه القواعد دائمًا سبيكة واحدة. بل تحدد الحد الأدنى من الموصلية أو الأداء.

ومن الأمثلة على ذلك:

• الحد الأدنى من الموصلية لأنظمة التأريض
• حدود المقاومة لقضبان توزيع الطاقة
• حدود ارتفاع الحرارة تحت الحمل الحالي

في الممارسة العملية، يجب على المشترين طلب بيانات اختبار الموصلية. قد لا تكون شهادة المصنع وحدها كافية. يمنح اختبار الموصلية بعد البثق ثقة أكبر.

نصائح عملية من الإنتاج

في المصانع الحقيقية، تختلف الموصلية باختلاف التحكم في العملية. فدرجة حرارة البثق وسرعة التبريد والتقادم كلها عوامل مهمة. يمكن أن تظهر ملامح مختلفة للموصلية في ملفين من نفس السبائك.

لهذا السبب، يجب أن تتضمن المشاريع الكهربائية الجادة ما يلي:

• تحديد القيمة الدنيا لنظام IACS في الرسومات
• طلب تقارير اختبار مستوى الدفعة
• تجنب خلط الموردين لنظام واحد

هذا النهج يقلل من المخاطر ويحسن استقرار النظام على المدى الطويل.

كيف يتم تحديد الموصلية الحرارية لمكونات التبريد؟

يؤدي فشل التبريد إلى إيقاف تشغيل النظام. تُستخدم العديد من الأجزاء المصنوعة من الألومنيوم كمبددات للحرارة. ومع ذلك، غالبًا ما يخلط المشترون بين الموصلية الحرارية والموصلية الكهربائية.

يتم تحديد الموصلية الحرارية بالواط لكل متر كلفن، وتتراوح قضبان الألمنيوم المستخدمة للتبريد عادةً بين 150 و 220 واط لكل متر كلفن حسب السبيكة ودرجة الحرارة.

فهم قيم الموصلية الحرارية

تقيس الموصلية الحرارية مدى سرعة انتقال الحرارة عبر المادة. كلما زادت القيم، زادت كفاءة نقل الحرارة. يشتهر الألومنيوم بتوازنه بين الوزن والتكلفة وتدفق الحرارة.

الألمنيوم النقي يتمتع بموصلية حرارية عالية جدًا. لكنه مادة لينة. تضحي السبائك الهيكلية ببعض الأداء الحراري مقابل القوة.

القيم النموذجية المستخدمة في التصميم

يوضح الجدول أدناه القيم المرجعية الشائعة التي يستخدمها مهندسو الطاقة الحرارية.

هذه الأرقام هي متوسطات. تعتمد النتائج الفعلية على العملية وحالة السطح.

عوامل التصميم التي تتجاوز المواد

الموصلية الحرارية وحدها لا تحدد أداء التبريد. غالبًا ما يكون الشكل ومساحة السطح أكثر أهمية.

وتشمل العوامل الرئيسية ما يلي:

• ارتفاع الزعنفة والمسافة بينها
• اتجاه تدفق الهواء
• مقاومة التلامس عند الوصلات

يمكن أن يتفوق البثق ذو الموصلية المنخفضة على البثق ذو الموصلية العالية إذا تم تحسين الشكل الهندسي.

أخطاء المشتري الشائعة

يطلب العديد من المشترين اسم السبيكة فقط. فهم يفترضون أن ذلك يضمن النتائج الحرارية. وهذا أمر محفوف بالمخاطر. تعتمد أداء المبدد الحراري على تصميم النظام بالكامل.

في المشاريع الحقيقية، تشمل الممارسات الجيدة ما يلي:

• طلب دعم المحاكاة الحرارية
• اختبار النماذج الأولية تحت الحمل
• تجنب الإفراط في الأكسدة عندما لا يكون ذلك ضروريًا

وهذا يقلل من دورات إعادة التصميم ويحسن من عمر المنتج.

هل يمكن أن تتداخل الطلاءات السطحية مع الموصلية؟

تحسن المعالجة السطحية المظهر ومقاومة التآكل. وفي الوقت نفسه، يمكن أن تقلل من الموصلية. غالبًا ما يتم تجاهل هذه المقايضة.

تقلل طلاءات الأسطح مثل الطلاء بالأنودة والطلاء بالمسحوق من التوصيل الكهربائي والحراري عن طريق إضافة طبقة مقاومة على قضبان الألمنيوم.

كيف تؤثر الطلاءات على التدفق الكهربائي

يؤدي عملية الأكسدة إلى تكوين طبقة أكسيد. هذه الطبقة صلبة ووقائية. كما أنها عازلة كهربائية. حتى الأغشية الأكسيدية الرقيقة تمنع تدفق التيار الكهربائي.

يضيف الطلاء المسحوق طبقة بوليمر أكثر سمكًا. وهذا يعزل السطح تمامًا. يجب تصميم التلامس الكهربائي حوله.

التأثير الحراري للطلاءات

تبطئ الطلاءات انتقال الحرارة على السطح. وهذا لا يغير الموصلية الحرارية الكلية. ولكنه يؤثر على إطلاق الحرارة في الهواء.

الأنودة الشفافة الرقيقة لها تأثير محدود. الأنودة الزخرفية السميكة أو الطلاء يقلل من كفاءة التبريد.

مقارنة بين الطلاءات الشائعة

يساعد هذا الجدول المشترين على اختيار التشطيب المناسب للوظيفة.

حلول التصميم المستخدمة في الممارسة العملية

غالبًا ما يقوم المهندسون بإخفاء مناطق التلامس. وهذا يسمح بالتأريض أو نقل الحرارة عند الحاجة. وهناك طريقة أخرى تتمثل في المعالجة بعد الطلاء.

التواصل الجيد بين المشتري والشركة المصنعة أمر بالغ الأهمية. يجب تحديد تشطيب السطح حسب المناطق الوظيفية، وليس فقط حسب اللون أو السماكة.

ما هي السبائك التي تلبي متطلبات الموصلية العالية؟

اختيار السبيكة الخاطئة يؤدي إلى انخفاض الأداء. العديد من السبائك القوية تعتبر موصلات سيئة. الموصلية العالية تتطلب أولويات واضحة.

عادةً ما تستخدم قضبان الألمنيوم عالية التوصيلية سبائك 1xxx أو 6xxx ذات تركيبة ومزاج متحكم فيهما لتحقيق التوازن بين القوة والتوصيلية.

عائلات السبائك والموصلية

الألومنيوم النقي هو الأفضل في التوصيل. لكنه يفتقر إلى القوة. عناصر السبائك تقلل من الإلكترونات الحرة. وهذا يقلل من التوصيلية.

الحل الوسط الأكثر شيوعًا هو سلسلة 6xxx. فهي توفر قوة جيدة ومقاومة للتآكل وموصلية مقبولة.

السبائك الشائعة المستخدمة

فيما يلي مقارنة عملية.

يوضح هذا الجدول سبب عدم وجود سبيكة مثالية لجميع الأعمال.

التحكم في درجة الحرارة والعملية

يؤثر درجة الحرارة على الموصلية. يؤدي الإفراط في الشيخوخة إلى تقليل القوة ولكنه يحسن الموصلية. أما نقص الشيخوخة فيؤدي إلى العكس.

تقوم آلات البثق بضبط وقت التقادم لتلبية الأهداف. يجب على المشترين تحديد احتياجاتهم من الموصلية في وقت مبكر. التغييرات المتأخرة مكلفة.

خبرة حقيقية في المشاريع

في أحد المشاريع، اختار المشتري سبيكة قوية. أظهرت الاختبارات اللاحقة وجود حرارة زائدة. تطلب الإصلاح تغيير السبيكة وتحديث الأدوات. أدى ذلك إلى تأخير الإطلاق.

تجنب هذا الخطر من خلال تحديد أهداف واضحة للموصلية في مرحلة طلب عرض الأسعار. كما يساعد ذلك الموردين على اختيار نافذة العملية المناسبة.

الخاتمة

تعتمد موصلية الألمنيوم المبثوق على المعايير والسبائك والصلب واللمسة النهائية للسطح. يجب تحديد الاحتياجات الكهربائية والحرارية في وقت مبكر. تساعد المواصفات الواضحة والاختبارات على تجنب الفشل وإعادة التصميم.