Vergleich der Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumstrangpressprofilen?
Einige Aluminiumprofile werden zu heiß, was zu Ausfällen bei Beleuchtungs-, Elektronik- oder Kühlsystemen führt. Dies ist häufig auf eine schlechte Legierungs- oder Formauswahl zurückzuführen.
Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumstrangpressprofilen hängt von der Legierungsart, der Profilform, der Oberflächenbehandlung und der Produktionsqualität ab. Die Wahl der richtigen Kombination verbessert die Wärmeableitung.
Vergleichen wir die Auswirkungen der Legierungsleitfähigkeit, des Profils, der Testverfahren und der Oberflächenbehandlung auf die thermische Leistung.
Welche Legierungen bieten die höchste Wärmeleitfähigkeit?
Aluminium ist von Natur aus ein guter Wärmeleiter, aber nicht alle Legierungen verhalten sich gleich. Legierungselemente verändern die Leitfähigkeit erheblich.
Legierungen der Serien 1000 und 6000, insbesondere 1050, 6063 und 3003, bieten eine höhere Wärmeleitfähigkeit als hochfeste Legierungen der Serien 7000 oder 2000.
Wärmeleitfähigkeit gängiger Extrusionslegierungen
| Legierung | Typische Leitfähigkeit (W/m·K) | Beschreibung |
|---|---|---|
| 1050 | ~237 | Nahezu reines Aluminium |
| 6063-T5/T6 | ~200–218 | Hervorragende Balance für Kühlkörper |
| 3003 | ~190–210 | Häufig in HLK-Anwendungen verwendet |
| 6061-T6 | ~150–170 | Starke, mäßige Leitfähigkeit |
| 7075-T6 | ~130–150 | Hohe Festigkeit, geringe Leitfähigkeit |
Legierungen mit weniger Legierungselementen (wie Silizium, Magnesium oder Kupfer) streuen weniger Elektronen, was zu einer besseren Wärmeleitung führt. Aus diesem Grund wird 6063 für LED-Gehäuse oder Elektronik bevorzugt.
Aluminium 6063 hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium 6061.Wahr
6063 enthält weniger Legierungselemente, was eine größere Bewegungsfreiheit der Elektronen und eine höhere Leitfähigkeit ermöglicht.
Legierungen der Serie 7000 sind immer die beste Wahl für die Wärmeleitung in Strangpressprofilen.Falsch
Legierungen der Serie 7000 legen den Schwerpunkt auf Festigkeit und bieten in der Regel eine geringere Leitfähigkeit als die Serien 6000 oder 1000.
Wie wirken sich Profilformen auf den Wärmefluss aus?
Bei der Wärmeleitung geht es nicht nur um das Material – die Form eines Strangpressprofils bestimmt, wie schnell und gleichmäßig sich die Wärme ausbreitet.
Profile mit großer Oberfläche, dünnen Lamellen oder internen Kanälen ermöglichen eine bessere Wärmeableitung, indem sie den Luftstrom und die Kontaktfläche vergrößern.
Wie die Form die Wärmeleistung beeinflusst
- Dünne Lamellen die Oberfläche vergrößern und Luftzirkulation ermöglichen.
- Hohlkammern Unterstützung beim Flüssigkeitsfluss und bei der gleichmäßigen Wärmeverteilung.
- Breite, flache Sockel Wärme auf Geräte verteilen.
- Gleichmäßige Wandstärke verhindert Hot Spots oder ungleichmäßigen Fluss.
Beispielsweise leitet ein massiver Vierkantstab aus 6061 unter Zwangsbelüftung schlechter als ein Kühlkörper mit Lamellen aus 6063, obwohl beide eine ähnliche Masse haben. Warum? Weil Lamellen die Konvektion beschleunigen.
Design-Tipp:
Verwenden Sie symmetrische Designs mit Luftströmungswegen und ausreichendem Abstand zwischen den Lamellen. Bei Verwendung einer Flüssigkeitskühlung können interne Kanäle die Leistung verdoppeln.
Das Profildesign beeinflusst die Wärmeableitung, selbst wenn das Material identisch ist.Wahr
Rippen- oder Hohlkonstruktionen erhöhen die Fähigkeit, Wärme an Luft oder Flüssigkeiten zu übertragen, wodurch die Leistung auch ohne Änderung der Legierung verbessert wird.
Sind die Tests bei allen Extrusionsanbietern standardisiert?
Nicht alle Extrusionslieferanten prüfen die Wärmeleitfähigkeit, insbesondere wenn Teile für allgemeine strukturelle Zwecke verwendet werden.
Die Prüfung der Wärmeleitfähigkeit ist nicht bei allen Anbietern vollständig standardisiert. Viele stützen sich auf veröffentlichte Legierungsdaten oder kundenspezifische Prüfanforderungen.
Die meisten Hersteller verwenden Datenblätter zu Legierungen und gewährleisten durch Zertifizierungen die richtige chemische Zusammensetzung, aber:
- Nur wenige prüfen die Wärmeleitfähigkeit pro Charge.
- Einige prüfen den Wärmewiderstand an fertigen Produkten.
- Kunden, die thermische Teile benötigen, müssen die Testbedingungen angeben.
Es gibt keine weltweit geltenden ASTM- oder ISO-Normen für die thermische Prüfung von extrudierten Profilen, obwohl Methoden wie ASTM E1952 oder ISO 22007 werden in Forschung und Entwicklung oder in Hochleistungsanwendungen eingesetzt.
Wann sind Tests erforderlich?
- LED-Kühlkörper
- Flüssigkeitsgekühlte Strukturprofile
- Autobatteriegehäuse
- HVAC-Wärmetauscherlamellen
Wenn Ihre Extrusion Wärme zuverlässig übertragen muss, fordern Sie einen Probetest oder eine Simulation unter Last an.
Die Wärmeleitfähigkeit wird routinemäßig bei allen Aluminiumstrangpressprofilen geprüft.Falsch
Sofern vom Kunden nicht anders angegeben, verlassen sich die meisten Lieferanten auf bekannte Legierungswerte, ohne jede Charge zu testen.
Kunden mit thermischen Anforderungen sollten vom Lieferanten spezifische Prüfberichte oder Simulationen anfordern.Wahr
Nicht alle Extrusionen werden auf Leitfähigkeit geprüft, daher erfordern thermisch kritische Anwendungen eine zusätzliche Validierung.
Können Oberflächenbehandlungen die Leitfähigkeit verringern?
Eine gute Legierung und eine hervorragende Form können dennoch zu einer schlechten Leistung führen – wenn die Oberfläche Wärme speichert.
Ja, Beschichtungen wie Eloxieren, Lackieren oder Pulverbeschichten verringern die Wärmeleitfähigkeit an der Oberfläche. Je dicker die Beschichtung, desto höher die Wärmebeständigkeit.
Eloxiertes Aluminium hat eine harte Aluminiumoxidschicht (Al₂O₃) mit einer Leitfähigkeit von nur 25–30 W/m·K. Vergleichen Sie das mit Aluminium. ~200+ W/m·K. Während das Eloxieren vor Korrosion und Verschleiß schützt, isoliert es thermisch.
Auswirkungen der Oberflächenbehandlung auf den Wärmefluss
| Oberflächenbehandlung | Thermischer Effekt |
|---|---|
| Keine (blankes Aluminium) | Beste Wärmeleitung |
| Dünne Eloxierung | Leichte Verringerung |
| Dicke Eloxierung | Moderate Reduzierung |
| Pulverbeschichtung | Erhebliche Reduzierung |
| Lackierte Oberflächen | Mäßige bis starke Auswirkungen |
Für nicht kritische Teile ist Eloxieren in Ordnung. Bei wärmeintensiven Geräten (wie LED-Kühlplatten) sind jedoch rohe oder leicht bearbeitete Oberflächen besser geeignet.
Designer finden oft einen Kompromiss: Sie eloxieren nur die Bereiche, die nicht in thermischem Kontakt stehen, oder verwenden leitfähige Oberflächenbeschichtungen wie Schwarzoxid mit besserer Emissivität.
Das Eloxieren von Aluminium erhöht die Korrosionsbeständigkeit, verringert jedoch die Wärmeleitfähigkeit der Oberfläche.Wahr
Die eloxierte Schicht ist eine Keramik mit geringerer Leitfähigkeit als blankes Aluminium und wirkt als Isolator.
Pulverbeschichtung verbessert die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumprofilen.Falsch
Die Pulverbeschichtung bildet eine dicke Polymerschicht, die dem Wärmefluss widersteht und die effektive Oberflächenleitfähigkeit verringert.
Schlussfolgerung
Bei der Konstruktion von thermisch funktionalen Aluminiumstrangpressprofilen sollten Sie eine hochleitfähige Legierung wie 6063 oder 3003 wählen, diese für den Luftstrom formen, dicke Beschichtungen vermeiden und Tests verlangen, wenn die Wärmeübertragung eine Rolle spielt. Selbst das beste Metall versagt, wenn Oberflächenbehandlungen oder die Geometrie die Wärmebewegung behindern. Mit dem richtigen Design und der richtigen Legierung können Strangpressprofile Wärme in Elektronik, Beleuchtung, Elektrofahrzeugen und anderen Bereichen effizient und zuverlässig ableiten.
