Порівняння теплопровідності алюмінієвих профілів?
Деякі алюмінієві профілі надто нагріваються, що призводить до несправностей в системах освітлення, електроніки або охолодження. Часто це пов'язано з неправильним вибором сплаву або форми.
Теплопровідність алюмінієвих профілів залежить від типу сплаву, форми профілю, обробки поверхні та якості виробництва. Правильний вибір комбінації цих факторів покращує тепловідвід.
Давайте порівняємо вплив провідності сплаву, профілю, методів випробувань та обробки поверхні на теплові характеристики.
Які сплави мають найвищу теплопровідність?
Алюміній є природним хорошим теплопровідником, але не всі сплави поводяться однаково. Легуючі елементи значно змінюють провідність.
Сплави серій 1000 і 6000, особливо 1050, 6063 і 3003, мають вищу теплопровідність, ніж високоміцні сплави серій 7000 або 2000.
Теплопровідність поширених сплавів для екструзії
| Сплав | Типова провідність (Вт/м·К) | Опис |
|---|---|---|
| 1050 | ~237 | Майже чистий алюміній |
| 6063-T5/T6 | ~200–218 | Відмінний баланс для радіаторів |
| 3003 | ~190–210 | Часто використовується в системах опалення, вентиляції та кондиціонування повітря |
| 6061-T6 | ~150–170 | Сильна, помірна провідність |
| 7075-T6 | ~130–150 | Висока міцність, низька провідність |
Сплави з меншою кількістю легуючих елементів (таких як кремній, магній або мідь) розсіюють менше електронів, що забезпечує кращу теплопровідність. Саме тому 6063 є кращим вибором для корпусів світлодіодних ліхтарів або електроніки.
Алюміній 6063 має вищу теплопровідність, ніж алюміній 6061.Правда.
6063 містить менше легуючих елементів, що забезпечує більшу свободу руху електронів і вищу провідність.
Сплави серії 7000 завжди є найкращим вибором для теплопровідності в екструзіях.Неправда.
Сплави серії 7000 мають пріоритетну міцність і, як правило, мають нижчу провідність, ніж сплави серій 6000 або 1000.
Як форма профілю впливає на тепловий потік?
Теплопровідність залежить не тільки від матеріалу — форма екструзії визначає швидкість і рівномірність передачі тепла.
Профілі з великою площею поверхні, тонкими ребрами або внутрішніми каналами забезпечують краще розсіювання тепла за рахунок збільшення потоку повітря та площі контакту.
Як форма впливає на теплові характеристики
- Тонкі ребра збільшити площу поверхні та забезпечити циркуляцію повітря.
- Порожнисті камери допомагає в циркуляції рідини та рівномірному розподілі тепла.
- Широкі плоскі основи розподіляти тепло між пристроями.
- Постійна товщина стінки запобігає появі гарячих точок або нерівномірному потоку.
Наприклад, твердий квадратний стрижень 6061 проводить тепло гірше, ніж ребристий радіатор 6063 при примусовій вентиляції, незважаючи на подібну масу. Чому? Тому що ребра прискорюють конвекцію.
Порада щодо дизайну:
Використовуйте симетричні конструкції з каналами для проходження повітря та достатнім проміжком між ребрами. При використанні рідинного охолодження внутрішні канали можуть подвоїти продуктивність.
Дизайн профілю впливає на тепловідвід, навіть якщо матеріал є однаковим.Правда.
Ребристі або порожнисті конструкції підвищують здатність передавати тепло повітрю або рідинам, покращуючи продуктивність навіть без зміни сплаву.
Чи є тести стандартизованими для всіх постачальників екструзійних матеріалів?
Не всі постачальники екструзійних виробів проводять випробування на теплопровідність, особливо коли деталі використовуються для загальних конструктивних цілей.
Випробування теплопровідності не є повністю стандартизованим серед постачальників. Багато хто покладається на опубліковані дані про сплави або запити на випробування від конкретних клієнтів.
Більшість виробників використовують технічні характеристики сплавів і забезпечують належний хімічний склад за допомогою сертифікації, але:
- Невелика кількість тестів теплопровідності на партію
- Деякі тестують термостійкість готової продукції
- Клієнти, яким потрібні теплові деталі, повинні вказати умови випробувань.
Не існує загальноприйнятих стандартів ASTM або ISO для термічного випробування екструдованих профілів, хоча такі методи, як ASTM E1952 або ISO 22007 використовуються в наукових дослідженнях і розробках або у високопродуктивних додатках.
Коли необхідне тестування?
- Світлодіодні радіатори
- Профілі конструкцій з рідинним охолодженням
- Корпуси автомобільних акумуляторів
- Ребра теплообмінника HVAC
Якщо ваша екструзія повинна надійно передавати тепло, замовте тестування зразка або моделювання під навантаженням.
Теплопровідність регулярно перевіряється у всіх алюмінієвих профілях.Неправда.
Якщо клієнт не вказав інше, більшість постачальників покладаються на відомі значення сплавів, не проводячи випробування кожної партії.
Клієнти, які мають вимоги до теплових характеристик, повинні вимагати від постачальника конкретні протоколи випробувань або результати моделювання.Правда.
Не всі екструзії перевіряються на провідність, тому для теплочутливих застосувань потрібна додаткова перевірка.
Чи може обробка поверхні знизити рівень провідності?
Хороший сплав і чудова форма все одно можуть не виправдати очікувань, якщо поверхня утримує тепло.
Так, такі покриття, як анодування, фарбування або порошкове покриття, знижують теплопровідність на поверхні. Чим товще покриття, тим вища теплостійкість.
Анодований алюміній має твердий шар оксиду алюмінію (Al₂O₃) з низькою провідністю 25–30 Вт/м·К. Порівняйте це з алюмінієм ~200+ Вт/м·К. Хоча анодування захищає від корозії та зносу, воно також забезпечує теплоізоляцію.
Вплив обробки поверхні на тепловий потік
| Обробка поверхні | Тепловий ефект |
|---|---|
| Немає (голий алюміній) | Найкраща провідність |
| Тонке анодування | Незначне зниження |
| Товсте анодування | Помірне зниження |
| Порошкове фарбування | Значне скорочення |
| Пофарбовані поверхні | Від помірного до сильного впливу |
Для некритичних деталей анодування підходить. Але для пристроїв, що піддаються інтенсивному нагріванню (наприклад, охолоджувальних пластин світлодіодів), краще підходять необроблені або злегка оброблені поверхні.
Дизайнери часто досягають балансу: анодують тільки ті ділянки, які не мають теплового контакту, або використовують провідні поверхневі покриття, такі як чорний оксид, з кращою випромінювальною здатністю.
Анодування алюмінію підвищує корозійну стійкість, але знижує теплопровідність поверхні.Правда.
Анодований шар є керамікою з нижчою провідністю, ніж голий алюміній, і діє як ізолятор.
Порошкове покриття покращує теплопровідність алюмінієвих профілів.Неправда.
Порошкове покриття додає товстий полімерний шар, який протистоїть тепловому потоку, зменшуючи ефективну провідність поверхні.
Висновок
При проектуванні термофункціональних алюмінієвих профілів вибирайте сплави з високою теплопровідністю, такі як 6063 або 3003, формуйте їх з урахуванням повітряного потоку, уникайте товстих покриттів і вимагайте проведення випробувань, якщо теплопередача має важливе значення. Навіть найкращий метал не справляється, якщо обробка поверхні або геометрія перешкоджають руху тепла. При правильному проектуванні та виборі сплаву профілі можуть ефективно і надійно відводити тепло в електроніці, освітленні, електромобілях тощо.
