Сравнение теплопроводности алюминиевых экструзионных профилей?
Некоторые алюминиевые экструзии нагреваются слишком сильно, что приводит к сбоям в работе освещения, электроники или систем охлаждения. Часто это связано с неправильным выбором сплава или формы.
Теплопроводность алюминиевых экструзионных профилей зависит от типа сплава, формы профиля, обработки поверхности и качества производства. Правильный выбор комбинации этих факторов позволяет улучшить теплоотдачу.
Давайте сравним влияние проводимости сплава, профиля, методов испытаний и обработки поверхности на тепловые характеристики.
Какие сплавы обладают наибольшей теплопроводностью?
Алюминий является природным хорошим теплопроводником, но не все сплавы ведут себя одинаково. Легирующие элементы значительно изменяют проводимость.
Сплавы серий 1000 и 6000, особенно 1050, 6063 и 3003, обладают более высокой теплопроводностью, чем высокопрочные сплавы серий 7000 или 2000.
Теплопроводность распространенных экструзионных сплавов
| Сплав | Типичная теплопроводность (Вт/м·К) | Описание |
|---|---|---|
| 1050 | ~237 | Почти чистый алюминий |
| 6063-T5/T6 | ~200–218 | Отличный баланс для радиаторов |
| 3003 | ~190–210 | Часто используется в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха |
| 6061-T6 | ~150–170 | Сильная, умеренная проводимость |
| 7075-T6 | ~130–150 | Высокая прочность, низкая проводимость |
Сплавы с меньшим количеством легирующих элементов (таких как кремний, магний или медь) рассеивают меньше электронов, что обеспечивает лучшую теплопроводность. Именно поэтому 6063 предпочтительнее для корпусов светодиодных ламп или электроники.
Алюминий 6063 имеет более высокую теплопроводность, чем алюминий 6061.Правда
6063 содержит меньше легирующих элементов, что обеспечивает более свободное движение электронов и более высокую проводимость.
Сплавы серии 7000 всегда являются лучшим выбором для теплопроводности в экструзионных изделиях.Ложь
Сплавы серии 7000 отличаются высокой прочностью и, как правило, имеют более низкую проводимость, чем сплавы серий 6000 или 1000.
Как форма профиля влияет на тепловой поток?
Теплопроводность зависит не только от материала — форма экструзии контролирует скорость и равномерность передачи тепла.
Профили с большой площадью поверхности, тонкими ребрами или внутренними каналами обеспечивают лучшее рассеивание тепла за счет увеличения воздушного потока и площади контакта.
Как форма влияет на тепловые характеристики
- Тонкие ребра увеличить площадь поверхности и обеспечить циркуляцию воздуха.
- Полые камеры помогает в циркуляции жидкости и равномерном распределении тепла.
- Широкие плоские основания распределять тепло по устройствам.
- Постоянная толщина стенки предотвращает появление горячих точек или неравномерного потока.
Например, сплошной квадратный стержень из 6061 проводит тепло хуже, чем ребристый радиатор из 6063 при принудительной вентиляции, несмотря на одинаковую массу. Почему? Потому что ребра ускоряют конвекцию.
Совет по дизайну:
Используйте симметричные конструкции с каналами для прохождения воздуха и достаточным расстоянием между ребрами. При использовании жидкостного охлаждения внутренние каналы могут удвоить производительность.
Конструкция профиля влияет на теплоотдачу, даже если материал одинаков.Правда
Ребристые или полые конструкции увеличивают способность передавать тепло воздуху или жидкостям, улучшая производительность даже без изменения сплава.
Тесты стандартизированы для всех поставщиков экструзионных материалов?
Не все поставщики экструзионных изделий проводят испытания на теплопроводность, особенно когда детали используются для общих конструктивных целей.
Испытания теплопроводности не полностью стандартизированы у всех поставщиков. Многие полагаются на опубликованные данные о сплавах или запросы на испытания, специфичные для конкретного заказчика.
Большинство производителей используют спецификации сплавов и обеспечивают надлежащий химический состав посредством сертификации, но:
- Некоторые тестируют теплопроводность по партиям
- Некоторые тестируют термостойкость готовой продукции
- Клиенты, которым требуются термические детали, должны указать условия испытаний.
Не существует глобально применимых стандартов ASTM или ISO для термических испытаний экструдированных профилей, хотя методы, такие как ASTM E1952 или ISO 22007 используются в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах или в высокопроизводительных приложениях.
Когда необходимо проводить тестирование?
- Светодиодные радиаторы
- Конструкционные профили с жидкостным охлаждением
- Корпуса автомобильных аккумуляторов
- Ребра теплообменника HVAC
Если ваша экструзия должна надежно передавать тепло, запросите тест образца или симуляцию под нагрузкой.
Теплопроводность регулярно проверяется во всех алюминиевых экструзионных профилях.Ложь
Если клиент не указал иное, большинство поставщиков полагаются на известные значения сплавов, не проводя испытаний каждой партии.
Клиенты, имеющие требования к тепловым характеристикам, должны запрашивать у поставщика конкретные протоколы испытаний или результаты моделирования.Правда
Не все экструзии проходят испытания на проводимость, поэтому для применений, критичных с точки зрения тепловых характеристик, требуется дополнительная проверка.
Может ли обработка поверхности снизить уровень проводимости?
Хороший сплав и отличная форма все равно могут показать низкую производительность, если поверхность удерживает тепло.
Да, такие покрытия, как анодирование, окрашивание или порошковое покрытие, снижают теплопроводность на поверхности. Чем толще покрытие, тем выше теплостойкость.
Анодированный алюминий имеет твердый слой оксида алюминия (Al₂O₃) с низкой проводимостью 25–30 Вт/м·К. Сравните это с алюминием. ~200+ Вт/м·К. Анодирование защищает от коррозии и износа, а также обеспечивает теплоизоляцию.
Влияние обработки поверхности на тепловой поток
| Обработка поверхности | Тепловой эффект |
|---|---|
| Нет (голый алюминий) | Лучшая проводимость |
| Тонкое анодирование | Незначительное снижение |
| Толстое анодирование | Умеренное снижение |
| Порошковое покрытие | Значительное сокращение |
| Окрашенные поверхности | Умеренное до высокого воздействие |
Для некритичных деталей анодирование подходит. Но для устройств, подверженных сильному нагреву (например, светодиодных охлаждающих пластин), лучше подходят необработанные или слегка обработанные поверхности.
Дизайнеры часто находят компромисс: анодировать только те участки, которые не соприкасаются с источником тепла, или использовать проводящие поверхностные покрытия, такие как черный оксид, с лучшей излучательной способностью.
Анодирование алюминия повышает коррозионную стойкость, но снижает теплопроводность поверхности.Правда
Анодированный слой представляет собой керамику с более низкой проводимостью, чем у голого алюминия, и действует как изолятор.
Порошковое покрытие улучшает теплопроводность алюминиевых экструзионных профилей.Ложь
Порошковое покрытие добавляет толстый полимерный слой, который противостоит тепловому потоку, снижая эффективную проводимость поверхности.
Заключение
При проектировании алюминиевых экструзионных профилей с тепловыми функциями выбирайте сплав с высокой теплопроводностью, такой как 6063 или 3003, придавайте ему форму, обеспечивающую воздушный поток, избегайте толстых покрытий и запрашивайте испытания, когда важна теплопередача. Даже лучший металл не справляется со своей задачей, если поверхностная обработка или геометрия препятствуют движению тепла. При правильном проектировании и выборе сплава экструзионные профили могут эффективно и надежно рассеивать тепло в электронике, освещении, электромобилях и других областях.
