Comparaison de la conductivité thermique de l'extrusion d'aluminium ?
Certaines extrusions d'aluminium sont trop chaudes, ce qui entraîne des défaillances au niveau de l'éclairage, de l'électronique ou des systèmes de refroidissement. Cela est souvent dû à un mauvais choix d'alliage ou de forme.
La conductivité thermique des extrusions d'aluminium dépend du type d'alliage, de la forme du profilé, des traitements de surface et de la qualité de la production. Le choix de la bonne combinaison permet d'améliorer la dissipation de la chaleur.
Comparons la conductivité des alliages, l'impact du profil, les pratiques d'essai et les effets du traitement de surface sur la performance thermique.
Quels sont les alliages qui présentent la conductivité thermique la plus élevée ?
L'aluminium est naturellement un bon conducteur de chaleur, mais tous les alliages ne se comportent pas de la même manière. Les éléments d'alliage modifient considérablement la conductivité.
Les alliages des séries 1000 et 6000, en particulier 1050, 6063 et 3003, offrent une conductivité thermique plus élevée que les alliages à haute résistance des séries 7000 ou 2000.
Conductivité thermique des alliages d'extrusion courants
| Alliage | Conductivité typique (W/m-K) | Description |
|---|---|---|
| 1050 | ~237 | Aluminium presque pur |
| 6063-T5/T6 | ~200-218 | Excellent équilibre pour les dissipateurs de chaleur |
| 3003 | ~190-210 | Souvent utilisé dans les applications CVC |
| 6061-T6 | ~150-170 | Conductivité forte, modérée |
| 7075-T6 | ~130-150 | Haute résistance, faible conductivité |
Les alliages contenant moins d'éléments d'alliage (comme le silicium, le magnésium ou le cuivre) diffusent moins d'électrons, ce qui permet une meilleure conduction thermique. C'est pourquoi le 6063 est préféré pour les boîtiers de LED ou l'électronique.
L'aluminium 6063 a une conductivité thermique plus élevée que l'aluminium 6061.Vrai
Le 6063 contient moins d'éléments d'alliage, ce qui permet une plus grande liberté de mouvement des électrons et une conductivité plus élevée.
Les alliages de la série 7000 sont toujours le meilleur choix pour la conduction thermique dans les extrusions.Faux
Les alliages de la série 7000 privilégient la résistance et offrent généralement une conductivité inférieure à celle des séries 6000 ou 1000.
Quel est l'impact de la forme des profils sur le flux de chaleur ?
La conduction de la chaleur n'est pas seulement une question de matériau - la forme d'une extrusion détermine la rapidité et l'uniformité de la circulation de la chaleur.
Les profils à grande surface, les ailettes fines ou les canaux internes permettent une meilleure dissipation de la chaleur en augmentant le flux d'air et la surface de contact.
Comment la forme affecte-t-elle la performance thermique ?
- Ailerons minces augmenter la surface et permettre la circulation de l'air.
- Chambres creuses aident à la circulation des fluides et à la répartition uniforme de la chaleur.
- Bases larges et plates répartir la chaleur entre les appareils.
- Epaisseur de paroi constante évite les points chauds ou les débits irréguliers.
Par exemple, une barre carrée pleine de 6061 conduit moins bien qu'un dissipateur thermique à ailettes de 6063 sous air forcé, malgré une masse similaire. Pourquoi ? Parce que les ailettes accélèrent la convection.
Conseil de conception :
Utilisez des conceptions symétriques avec des voies de circulation d'air et un espacement suffisant entre les ailettes. En cas de refroidissement par fluide, les canaux internes peuvent doubler les performances.
La conception du profil a une incidence sur la dissipation de la chaleur, même si le matériau est identique.Vrai
Les conceptions à ailettes ou creuses augmentent la capacité à transférer la chaleur à l'air ou aux fluides, améliorant ainsi les performances sans changer d'alliage.
Les tests sont-ils normalisés pour tous les fournisseurs d'extrusion ?
Tous les fournisseurs de produits extrudés ne testent pas la conductivité thermique, en particulier lorsque les pièces sont utilisées à des fins structurelles générales.
Les essais de conductivité thermique ne sont pas entièrement normalisés chez les fournisseurs. Nombre d'entre eux s'appuient sur les données publiées sur les alliages ou sur les demandes d'essais spécifiques des clients.
La plupart des producteurs utilisent les fiches techniques des alliages et garantissent une chimie appropriée par le biais d'une certification :
- Quelques essais de conductivité thermique par lot
- Certains testent la résistance thermique des produits finis
- Les clients qui demandent des pièces thermiques doivent spécifier les conditions d'essai
Il n'existe pas de normes ASTM ou ISO applicables à l'échelle mondiale pour les essais thermiques des profilés extrudés. ASTM E1952 ou ISO 22007 sont utilisés dans des applications de R&D ou de haute performance.
Quand les tests sont-ils nécessaires ?
- Dissipateurs thermiques pour LED
- Profils structurels refroidis par liquide
- Boîtiers de batterie automobile
- Ailettes des serpentins de chauffage, ventilation et climatisation
Si votre extrusion doit transférer la chaleur de manière fiable, demandez un essai sur échantillon ou une simulation sous charge.
La conductivité thermique est systématiquement testée dans toutes les extrusions d'aluminium.Faux
Sauf indication contraire du client, la plupart des fournisseurs se basent sur des valeurs d'alliage connues sans tester chaque lot.
Les clients ayant des exigences thermiques doivent demander au fournisseur des rapports d'essai ou des simulations spécifiques.Vrai
Toutes les extrusions ne sont pas testées pour la conductivité, de sorte que les applications critiques sur le plan thermique nécessitent une validation supplémentaire.
Les traitements de surface peuvent-ils réduire les niveaux de conductivité ?
Un bon alliage et une forme parfaite peuvent néanmoins être moins performants si la surface retient la chaleur.
Oui, les revêtements tels que l'anodisation, la peinture ou le revêtement par poudre réduisent la conductivité thermique à la surface. Plus le revêtement est épais, plus la résistance à la chaleur est importante.
L'aluminium anodisé est recouvert d'une couche d'alumine dure (Al₂O₃) dont la conductivité est aussi faible que 25-30 W/m-K. Comparez ce chiffre à celui de l'aluminium ~200+ W/m-K. L'anodisation protège contre la corrosion et l'usure, mais elle isole thermiquement.
Impact du traitement de surface sur le flux thermique
| Traitement de surface | Effet thermique |
|---|---|
| Aucun (aluminium nu) | Meilleure conduction |
| Anodisation fine | Légère réduction |
| Anodisation épaisse | Réduction modérée |
| Revêtement en poudre | Réduction importante |
| Surfaces peintes | Impact modéré à élevé |
Pour les pièces non critiques, l'anodisation convient parfaitement. Mais pour les dispositifs à forte intensité de chaleur (comme les plaques de refroidissement des LED), les surfaces brutes ou légèrement finies sont plus performantes.
Les concepteurs trouvent souvent un équilibre : anodiser uniquement les zones qui ne sont pas en contact thermique ou utiliser des revêtements de surface conducteurs, comme l'oxyde noir, qui ont une meilleure émissivité.
L'anodisation de l'aluminium augmente la résistance à la corrosion mais réduit la conductivité thermique de la surface.Vrai
La couche anodisée est une céramique dont la conductivité est inférieure à celle de l'aluminium nu et qui agit comme un isolant.
Le revêtement par poudre améliore la conductivité thermique des extrusions d'aluminium.Faux
Le revêtement par poudre ajoute une épaisse couche de polymère qui résiste au flux de chaleur, réduisant ainsi la conductivité effective de la surface.
Conclusion
Lors de la conception d'extrusions d'aluminium thermiquement fonctionnelles, il convient de choisir un alliage à haute conductivité comme le 6063 ou le 3003, de le façonner pour le passage de l'air, d'éviter les revêtements épais et de demander des essais lorsque le transfert de chaleur est important. Même le meilleur métal échoue si les traitements de surface ou la géométrie bloquent le mouvement de la chaleur. Avec la bonne conception et le bon alliage, les extrusions peuvent dissiper la chaleur de manière efficace et fiable dans l'électronique, l'éclairage, les véhicules électriques, etc.
