Сравнение на топлинната проводимост на алуминиеви екструдирани профили?
Някои алуминиеви профили се нагряват твърде много и причиняват повреди в осветлението, електрониката или охладителните системи. Това често се дължи на лош избор на сплав или форма.
Топлопроводимостта на алуминиевите екструдирани изделия зависи от вида на сплавта, формата на профила, обработката на повърхността и качеството на производството. Изборът на правилната комбинация подобрява разсейването на топлината.
Нека сравним проводимостта на сплавта, влиянието на профила, практиките за изпитване и ефектите от обработката на повърхността върху топлинните характеристики.
Кои сплави са с най-висока топлопроводимост?
Алуминият е естествено добър проводник на топлина, но не всички сплави се държат еднакво. Легиращите елементи променят значително проводимостта.
Сплавите от сериите 1000 и 6000, особено 1050, 6063 и 3003, предлагат по-висока топлопроводимост от високоякостните сплави от сериите 7000 или 2000.
Топлопроводимост на обичайни сплави за екструдиране
| Сплав | Типична проводимост (W/m-K) | Описание |
|---|---|---|
| 1050 | ~237 | Почти чист алуминий |
| 6063-T5/T6 | ~200-218 | Отличен баланс за радиатори |
| 3003 | ~190-210 | Често използвани в ОВК приложения |
| 6061-T6 | ~150-170 | Силна, умерена проводимост |
| 7075-T6 | ~130-150 | Висока якост, ниска проводимост |
Сплавите с по-малко легиращи елементи (като силиций, магнезий или мед) разпръскват по-малко електрони, което води до по-добра топлопроводимост. Ето защо 6063 се предпочита за корпуси на светодиоди или електроника.
Алуминият 6063 има по-висока топлопроводимост от алуминия 6061.Истински
6063 съдържа по-малко легиращи елементи, което позволява по-голямо свободно движение на електрони и по-висока проводимост.
Сплавите от серия 7000 винаги са най-добрият избор за топлопроводимост при екструдиране.Фалшив
Сплавите от серия 7000 дават приоритет на здравината и обикновено предлагат по-ниска проводимост от сериите 6000 или 1000.
Как влияят формите на профилите върху топлинния поток?
Топлопроводимостта не е свързана само с материала - формата на екструдирането контролира колко бързо и равномерно се движи топлината.
Профилите с голяма повърхност, тънки ребра или вътрешни канали позволяват по-добро разсейване на топлината чрез увеличаване на въздушния поток и контактната площ.
Как формата влияе на топлинните характеристики
- Тънки перки увеличаване на повърхността и осигуряване на движение на въздуха.
- Кухи камери помагат за потока на течностите и равномерното разпределение на топлината.
- Широки плоски основи разпределяне на топлината между устройствата.
- Последователна дебелина на стената предотвратява появата на горещи точки или неравномерен поток.
Например масивна квадратна шина от 6061 провежда по-лошо от радиатор с ребра от 6063 при принудително подаване на въздух, въпреки че масата е сходна. Защо? Защото ребрата ускоряват конвекцията.
Съвет за дизайн:
Използвайте симетрични конструкции с пътища на въздушния поток и достатъчно разстояние между ребрата. Ако използвате охлаждане с течност, вътрешните канали могат да удвоят производителността.
Дизайнът на профила влияе върху разсейването на топлината, дори ако материалът е един и същ.Истински
Оребрените или кухите конструкции увеличават способността за предаване на топлина към въздуха или течностите, като подобряват производителността дори без промяна на сплавта.
Стандартизирани ли са тестовете при различните доставчици на екструдиране?
Не всички доставчици на екструдиране провеждат тестове за топлопроводимост, особено когато частите се използват за общи конструктивни цели.
Изпитването на топлопроводимостта не е напълно стандартизирано при различните доставчици. Много от тях разчитат на публикувани данни за сплавта или на специфични за клиента заявки за изпитване.
Повечето производители използват таблици с данни за сплавта и гарантират правилния химичен състав чрез сертифициране, но:
- Няколко теста за топлопроводимост на партида
- Някои изпитват термичната устойчивост на готовите продукти
- Клиентите, които изискват термични части, трябва да посочат условията за изпитване
Не съществуват общоприети стандарти ASTM или ISO за термично изпитване на екструдирани профили, въпреки че методи като ASTM E1952 или ISO 22007 се използват за научноизследователска и развойна дейност или за приложения с висока производителност.
Кога е необходимо тестване?
- LED радиатори
- Структурни профили с течно охлаждане
- Корпуси за автомобилни батерии
- Ламели на серпентини на HVAC
Ако вашата екструзия трябва да предава надеждно топлина, поискайте тест на мостра или симулация при натоварване.
Топлопроводимостта се тества рутинно при всички алуминиеви екструдирани изделия.Фалшив
Освен ако не е посочено от клиента, повечето доставчици разчитат на известни стойности на сплавта, без да тестват всяка партида.
Клиентите с топлинни изисквания трябва да поискат от доставчика конкретни доклади от изпитвания или симулации.Истински
Не всички екструдирани материали се тестват за проводимост, така че приложенията с критично значение за топлината се нуждаят от допълнително валидиране.
Може ли обработката на повърхността да намали нивата на проводимост?
Добрата сплав с отлична форма може да има недостатъчно добри резултати - ако повърхността задържа топлина.
Да, покритията като анодиране, боядисване или прахово боядисване намаляват топлопроводимостта на повърхността. Колкото по-дебело е покритието, толкова по-голяма е топлоустойчивостта.
Анодираният алуминий има твърд слой от алуминиев оксид (Al₂O₃) с проводимост до 25-30 W/m-K. Сравнете това с алуминиевите ~200+ W/m-K. Докато анодирането предпазва от корозия и износване, то изолира термично.
Влияние на обработката на повърхността върху топлинния поток
| Обработка на повърхността | Топлинен ефект |
|---|---|
| Няма (гол алуминий) | Най-добра проводимост |
| Тънко анодиране | Леко намаление |
| Дебело анодиране | Умерено намаление |
| Прахово покритие | Значително намаление |
| Боядисани повърхности | Умерено до силно въздействие |
За некритични части анодирането е подходящо. Но за устройства с висока интензивност на нагряване (като плочи за охлаждане на светодиоди) необработените или леко обработените повърхности са по-добри.
Дизайнерите често постигат баланс: анодизират само зоните, които не са в топлинен контакт, или използват проводими повърхностни покрития като черен оксид с по-добра емисионна способност.
Анодирането на алуминия увеличава устойчивостта на корозия, но намалява топлопроводимостта на повърхността.Истински
Анодизираният слой е керамика с по-ниска проводимост от голия алуминий, която действа като изолатор.
Праховото покритие подобрява топлопроводимостта на алуминиевите профили.Фалшив
Праховото покритие добавя дебел полимерен слой, който се противопоставя на топлинния поток, намалявайки ефективната проводимост на повърхността.
Заключение
Когато проектирате термично функционални алуминиеви профили, изберете сплав с висока проводимост като 6063 или 3003, оформете я за въздушен поток, избягвайте дебели покрития и поискайте тестване, когато топлообменът е от значение. Дори и най-добрият метал се проваля, ако повърхностните обработки или геометрията пречат на движението на топлината. С правилния дизайн и сплав, екструдираните изделия могат да отвеждат топлината ефективно и надеждно в електрониката, осветлението, електрическите превозни средства и др.
