Porovnání tepelné vodivosti hliníkových výlisků?
Některé hliníkové profily se příliš zahřívají, což způsobuje poruchy osvětlení, elektroniky nebo chladicích systémů. To často souvisí s nevhodným výběrem slitiny nebo tvaru.
Tepelná vodivost hliníkových profilů závisí na typu slitiny, tvaru profilu, povrchové úpravě a kvalitě výroby. Výběr správné kombinace zlepšuje odvod tepla.
Porovnejme vliv vodivosti slitiny, vliv profilu, testovací postupy a vliv povrchové úpravy na tepelné vlastnosti.
Které slitiny mají nejvyšší tepelnou vodivost?
Hliník je přirozeně dobrý vodič tepla, ale ne všechny slitiny se chovají stejně. Legující prvky výrazně mění vodivost.
Slitiny řady 1000 a 6000, zejména 1050, 6063 a 3003, nabízejí vyšší tepelnou vodivost než vysoce pevné slitiny řady 7000 nebo 2000.
Tepelná vodivost běžných extruzních slitin
| Slitina | Typická vodivost (W/m·K) | Popis |
|---|---|---|
| 1050 | ~237 | Téměř čistý hliník |
| 6063-T5/T6 | ~200–218 | Skvělá rovnováha pro chladiče |
| 3003 | ~190–210 | Často se používá v aplikacích HVAC |
| 6061-T6 | ~150–170 | Silná, střední vodivost |
| 7075-T6 | ~130–150 | Vysoká pevnost, nízká vodivost |
Slitiny s menším obsahem legujících prvků (jako křemík, hořčík nebo měď) rozptylují méně elektronů, což vede k lepší tepelné vodivosti. Proto se pro pouzdra LED diod nebo elektroniku upřednostňuje slitina 6063.
Hliník 6063 má vyšší tepelnou vodivost než hliník 6061.Pravda
6063 obsahuje méně legujících prvků, což umožňuje volnější pohyb elektronů a vyšší vodivost.
Slitiny řady 7000 jsou vždy nejlepší volbou pro tepelnou vodivost v extruzích.False
Slitiny řady 7000 upřednostňují pevnost a obvykle nabízejí nižší vodivost než slitiny řady 6000 nebo 1000.
Jak tvar profilů ovlivňuje proudění tepla?
Tepelná vodivost není jen otázkou materiálu — tvar extrudovaného profilu ovlivňuje rychlost a rovnoměrnost šíření tepla.
Profily s velkou plochou, tenkými žebry nebo vnitřními kanály umožňují lepší odvod tepla díky zvýšení proudění vzduchu a kontaktní plochy.
Jak tvar ovlivňuje tepelný výkon
- Tenké ploutve zvýšit povrchovou plochu a umožnit pohyb vzduchu.
- Duté komory pomáhá s prouděním tekutin a rovnoměrným rozložením tepla.
- Široké ploché základny rozvádět teplo mezi zařízeními.
- Rovnoměrná tloušťka stěny zabraňuje vzniku horkých míst nebo nerovnoměrnému toku.
Například pevná čtvercová tyč z materiálu 6061 vede teplo hůře než žebrovaný chladič z materiálu 6063 při nuceném proudění vzduchu, a to i přes podobnou hmotnost. Proč? Protože žebra urychlují konvekci.
Tip pro design:
Používejte symetrické konstrukce s prouděním vzduchu a dostatečným rozestupem mezi žebry. Při použití kapalinového chlazení mohou vnitřní kanály zdvojnásobit výkon.
Tvar profilu ovlivňuje odvod tepla, i když je materiál stejný.Pravda
Žebrované nebo duté konstrukce zvyšují schopnost přenosu tepla do vzduchu nebo kapalin, čímž zlepšují výkon i bez změny slitiny.
Jsou testy standardizovány u všech dodavatelů extruzních profilů?
Ne všichni dodavatelé extrudovaných profilů testují tepelnou vodivost, zejména pokud jsou díly používány pro obecné konstrukční účely.
Testování tepelné vodivosti není u všech dodavatelů plně standardizováno. Mnozí se spoléhají na zveřejněné údaje o slitinách nebo na specifické požadavky zákazníků na testování.
Většina výrobců používá datové listy slitin a zajišťuje správné chemické složení prostřednictvím certifikace, ale:
- Několik testů tepelné vodivosti na každou šarži
- Někteří testují tepelnou odolnost hotových výrobků.
- Zákazníci, kteří požadují tepelné součásti, musí specifikovat zkušební podmínky.
Neexistují žádné globálně platné normy ASTM nebo ISO pro tepelné zkoušky extrudovaných profilů, ačkoli metody jako ASTM E1952 nebo ISO 22007 se používají ve výzkumu a vývoji nebo ve vysoce výkonných aplikacích.
Kdy je nutné provést testování?
- Chladiče LED
- Kapalinou chlazené konstrukční profily
- Kryty automobilových baterií
- Žebra cívky HVAC
Pokud musí váš výlisek spolehlivě přenášet teplo, požádejte o vzorovou zkoušku nebo simulaci pod zatížením.
Tepelná vodivost se rutinně testuje u všech hliníkových výlisků.False
Pokud klient neurčí jinak, většina dodavatelů se spoléhá na známé hodnoty slitin, aniž by testovala každou šarži.
Zákazníci s tepelně technickými požadavky by měli od dodavatele požadovat konkrétní zkušební protokoly nebo simulace.Pravda
Ne všechny výlisky jsou testovány na vodivost, proto aplikace s kritickými teplotními požadavky vyžadují dodatečné ověření.
Mohou povrchové úpravy snížit úroveň vodivosti?
Dobrá slitina a skvělý tvar mohou stále podávat nedostatečný výkon, pokud povrch zadržuje teplo.
Ano, povrchové úpravy jako eloxování, lakování nebo práškové lakování snižují tepelnou vodivost povrchu. Čím silnější je povrchová úprava, tím vyšší je tepelná odolnost.
Eloxovaný hliník má tvrdou vrstvu oxidu hlinitého (Al₂O₃) s nízkou vodivostí 25–30 W/m·K. Porovnejte to s hliníkem. ~200+ W/m·K. Anodizace chrání před korozí a opotřebením a zároveň izoluje tepelně.
Vliv povrchové úpravy na tepelný tok
| Povrchová úprava | Tepelný efekt |
|---|---|
| Žádná (holý hliník) | Nejlepší vedení |
| Tenké eloxování | Mírné snížení |
| Silné eloxování | Mírné snížení |
| Práškové lakování | Výrazné snížení |
| Natřené povrchy | Střední až vysoký dopad |
Pro nekritické části je eloxování v pořádku. Ale pro zařízení s vysokou tepelnou zátěží (jako jsou chladicí desky LED) jsou lepší surové nebo lehce upravené povrchy.
Konstruktéři často hledají rovnováhu: eloxují pouze oblasti, které nejsou v tepelné kontaktu, nebo používají vodivé povrchové povlaky, jako je černý oxid s lepší emisivitou.
Eloxování hliníku zvyšuje odolnost proti korozi, ale snižuje tepelnou vodivost povrchu.Pravda
Eloxovaná vrstva je keramika s nižší vodivostí než holý hliník, která funguje jako izolátor.
Práškové lakování zlepšuje tepelnou vodivost hliníkových profilů.False
Práškové lakování přidává silnou polymerovou vrstvu, která odolává toku tepla a snižuje efektivní povrchovou vodivost.
Závěr
Při navrhování tepelně funkčních hliníkových výlisků zvolte slitinu s vysokou tepelnou vodivostí, jako je 6063 nebo 3003, vytvarujte ji tak, aby umožňovala proudění vzduchu, vyhněte se silným povlakům a v případě, že je důležitý přenos tepla, požádejte o testování. I ten nejlepší kov selže, pokud povrchová úprava nebo geometrie brání pohybu tepla. Se správným designem a slitinou mohou výlisky účinně a spolehlivě odvádět teplo v elektronice, osvětlení, elektromobilech a dalších zařízeních.
