الموصلية الحرارية للألمنيوم: بيانات السبائك وتأثيرات المزاج وسبب أهميتها

نقطة انطلاق عملية: التوصيل الحراري للألمنيوم

إذا كنت تحدد مشتتًا حراريًا من الألومنيوم لمحول طاقة، أو محرك LED، أو مجموعة سخان، فعادةً ما يأتي رقم واحد أولاً: التوصيل الحراري للألمنيوم. الألومنيوم النقي يجلس بالقرب 237 وات/م·ك ، ولكن من المؤكد تقريبًا أن السبائك المبثوقة في الرسم الخاص بك ستكون أقل. وهذا الاختلاف ليس تفصيلاً مختبرياً؛ فهو يغير سمك الزعنفة ومساحة لوحة القاعدة وتكلفة التجميع.

بالنسبة لمعظم أجزاء تبديد الحرارة المبثوقة، فإن 6063-T5 و6061-T6 هما الخياران الافتراضيان. يقدم 6063-T5 حوالي 209 واط/م·ك، في حين أن 6061-T6 أقرب إلى 167 واط/م·ك. تحدد الفجوة البالغة 42 واط/م·ك عدد الزعانف التي تحتاجها ومدى سرعة نقل الجزء للحرارة بعيدًا عن المصدر.

يوصل النحاس الحرارة بشكل أفضل بكثير، لكن يبقى الألومنيوم هو الخيار العملي للعديد من المشتتات الحرارية، وأجزاء السخان، والأجزاء الهيكلية لأنه يزن حوالي ثلث وزن النحاس ويكلف أقل لكل قطعة. عند مقارنة الأداء الحراري لكل كيلوغرام، فمن الصعب التغلب على الألومنيوم.

ما هي مقاييس التوصيل الحراري وسبب أهمية الوحدات

تحدد الموصلية الحرارية (k) مدى سرعة تدفق الحرارة عبر المادة تحت درجة حرارة متدرجة. معبرًا عنه بالواط لكل متر كلفن (W/m·K)، فإنه يخبرك بعدد الواط الذي يمر عبر مكعب طوله 1 متر عندما يكون أحد الوجهين أكثر سخونة بمقدار 1 كيلو من الوجه المقابل. ارتفاع k يعني انخفاض المقاومة الداخلية لتدفق الحرارة.

كيف يتم قياسه

بالنسبة لمنتجات الألومنيوم السائبة، يستخدم المصنعون طرقًا مثل تقنية فلاش الليزر للعينات الصغيرة ولوحة التسخين الخاضعة للحراسة أو طرق مقياس تدفق الحرارة للأقسام الأكبر. درجة حرارة القياس مهمة لأن موصلية الألومنيوم تنخفض مع ارتفاع درجة الحرارة فوق درجة حرارة الغرفة. قد لا تعكس ورقة البيانات التي تحتوي على رقم واحد فقط نطاق التشغيل الفعلي الخاص بك.

ماذا يعني نطاق الموصلية الألومنيوم في الممارسة العملية

تبدو قيمة مثل 167 W/m·K مجردة حتى تقارن قذفًا بطول 100 مم بمقطع عرضي مساحته 1000 مم². عند فرق درجة حرارة 20 كلفن، توصل هذه القطعة ما يقرب من 33 وات إذا كانت مصنوعة من 6061-T6 وحوالي 42 وات إذا كانت مصنوعة من 6063-T5. في المشتت الحراري الحقيقي، يُترجم هذا الاختلاف إلى زعانف أقصر، أو مقاومة أقل لتدفق الهواء، أو غلاف إجمالي أصغر.

الموصلية الحرارية لسبائك الألومنيوم: القيم النموذجية

يتمتع الألومنيوم النقي بأعلى موصلية في عائلة الألومنيوم، لكن المعدن النقي ناعم جدًا بالنسبة لمعظم التشكيلات الهيكلية وتبديد الحرارة. عناصر صناعة السبائك مثل السيليكون والمغنيسيوم والنحاس والزنك تبعثر الإلكترونات وتقلل من الموصلية. ثم تقوم المعالجة الحرارية بإعادة ترتيب هذه العناصر إلى جزيئات، ولهذا السبب يمكن أن تظهر نفس السبيكة k مختلفة في درجات حرارة مختلفة.

لماذا يهيمن 6063-T5 و6061-T6 على المشتتات الحرارية المبثوقة

غالبًا ما يُطلق على 6063 اسم سبيكة البثق لأنها تجمع بين جودة السطح الجيدة والقوة المعتدلة ومزاج T5 عالي التوصيل. 6061 أقوى وأسهل في الماكينة، لكن موصليته أقل. عندما يحتاج التصميم إلى زعانف بالإضافة إلى لوحة تثبيت، فإن 6063-T5 عادةً ما يوفر أداءً حراريًا أفضل بنفس الوزن. يكون 6061-T6 منطقيًا عندما يحمل الجزء أيضًا أحمالًا ميكانيكية. أ ملف بثق الألمنيوم المخصص يمكن تشكيلها لاستخدام نقاط قوة كل سبيكة مع الحفاظ على المقاومة الحرارية منخفضة.

المعالجة السطحية تغير الصورة قليلاً. تعمل الطلاءات المؤكسدة على تحسين مقاومة التآكل والتآكل، لكن طبقة الأكسيد نفسها لديها موصلية منخفضة. في الطبقات المؤكسدة الرقيقة، تكون المقاومة الحرارية المضافة صغيرة؛ ومع ذلك، فإن الأنودة الصلبة السميكة يمكن أن تقلل من تدفق الحرارة. بالنسبة للأجزاء التي تحتاج إلى الحماية والتوصيل، بأكسيد الألومنيوم النتوء الملامح يبقى خيارًا شائعًا، بشرط أن يتم التحكم في سمك الطلاء ليناسب التصميم الحراري.

العوامل التي تقلل من التوصيل الحراري للألمنيوم

تكوين سبائك

يتصرف كل عنصر صناعة السبائك بشكل مختلف. المغنيسيوم والسيليكون في سبائك 6xxx انخفاض الموصلية بشكل معتدل. النحاس، كما هو الحال في سبائك 2xxx، يسبب انخفاضًا أكبر. يقع الزنك في سبائك 7xxx بينهما. وبالتالي فإن اختيار الدرجة يعد بمثابة مقايضة بين الموصلية والقوة والاستجابة لتشطيب السطح.

المزاج والمعالجة الحرارية

في السبائك 6xxx، يميل مزاج T5 إلى الحفاظ على المزيد من الموصلية المشكلة للبثق بينما لا يزال يوفر قوة كافية للعديد من تطبيقات تبديد الحرارة. يمكن أن يكون مزاج T6 أقوى ولكنه غالبًا ما يأتي بدرجة أقل. إذا كان متطلبك الرئيسي هو نقل الحرارة، فاسأل عما إذا كان T5 مقبولًا للأحمال الهيكلية في الجزء الخاص بك.

درجة الحرارة والشوائب

ومع ارتفاع درجة الحرارة، تؤدي اهتزازات الشبكة إلى تشتيت الإلكترونات بقوة أكبر، وبالتالي تنخفض قيمة k. تشكل شوائب الحديد والسيليكون في السبائك المطاوع جزيئات بين المعادن التي تقلل أيضًا من الموصلية. تتوفر أنواع مختلفة من الحديد المنخفض من سبائك 1xxx و6xxx عند الحاجة إلى الحد الأقصى من التوصيل، على الرغم من أنها قد تكلف أكثر.

تطبيق بيانات التوصيل الحراري في المشتت الحراري وملف السخان

أفضل سبائك الألومنيوم للمشتت الحراري ليست ببساطة تلك التي تحتوي على أعلى مستوى من k. تحتاج أيضًا إلى هندسة الملف الشخصي وتدفق الهواء ومساحة السطح وطريقة التجميع. تضع المقاطع المبثوقة المادة بالضبط في المكان الذي تنتشر فيه الحرارة وحيث تتخلص منها الزعانف. نقطة البداية هي فهم كيفية تفاعل اختيار السبائك وتصميم القالب؛ لدينا سبائك الألمنيوم ودليل التصميم يغطي ذلك بمزيد من التفصيل.

سحب بالوعة الحرارة

بالنسبة لإلكترونيات الطاقة، ومحركات LED، وأجهزة التحكم في المحركات، غالبًا ما يكون المشتت الحراري المبثوق مع تباعد زعانف متحكم فيه كافيًا. تعمل السبائك عالية التوصيل على تحسين توحيد درجة الحرارة بحيث لا تتشكل النقاط الساخنة مباشرة تحت منطقة تركيب المكونات. بالنسبة لأجزاء الإنتاج، لدينا الموصلية الحرارية العالية بأكسيد الألومنيوم بالوعة الحرارة مصنوعة مع هذا الشرط في الاعتبار.

الموصلية الحرارية العالية بأكسيد الألومنيوم لمحات بالوعة الحرارة الموردين والشركة صفيف عرض المنتج →

ملامح سخان

تحتاج حاويات السخان وسخانات القنوات إلى درجة حرارة سطحية موحدة حتى لا يسخن تيار الهواء بشكل زائد في مكان واحد. ينشر وزن الألومنيوم الخفيف وموصليته الجيدة الحرارة بسرعة على طول الملف الشخصي. لدينا سخانات الموصلية الحرارية العالية لمحات الألومنيوم هي حل مقذوف لهذا الواجب المحدد.

سخانات الموصلية الحرارية العالية لمحات الألومنيوم الموردين، الشركة - هوتشو صفيف عرض المنتج →

ماذا تفعل بهذه البيانات

ابدأ بالمقاومة الحرارية المطلوبة، ثم اختر السبائك والمزاج والشكل الهندسي المناسب لها. إذا سمحت الميزانية، قم بإعداد نموذج أولي باستخدام 6063-T5 أو سبيكة 6xxx منخفضة الحديد وقياس درجات الحرارة الفعلية. لا تعتمد فقط على قيم الكتب المدرسية؛ بيانات المورد، والتشطيب السطحي، ومواد الواجهة كلها مهمة.

بالنسبة للأجزاء المبثوقة مثل المشتتات الحرارية ومقاطع السخان، فإن التحكم في العملية من قبل الشركة المصنعة لا يقل أهمية عن السبائك. يمكن للمورد الذي يفهم تدفق القالب والمعالجة الحرارية والتشطيب تقديم أداء حراري ثابت. ولهذا السبب يجب مناقشة التوصيل الحراري أثناء مرحلة التصميم، وليس بعد تجميد الرسم.