Thermische geleidbaarheid van aluminium: legeringsgegevens, tempereffecten en waarom het ertoe doet

Een praktisch uitgangspunt: de thermische geleidbaarheid van aluminium

Als u een aluminium koellichaam voor een stroomomvormer, een LED-driver of een verwarmingselement specificeert, komt meestal één getal als eerste naar voren: de thermische geleidbaarheid van aluminium. Zuiver aluminium zit dichtbij 237 W/m·K , maar de geëxtrudeerde legering in uw tekening zal vrijwel zeker lager zijn. Dat verschil is geen laboratoriumdetail; het verandert de vindikte, het oppervlak van de basisplaat en de kosten van de montage.

Voor de meeste geëxtrudeerde warmteafvoeronderdelen zijn 6063-T5 en 6061-T6 de standaardopties. 6063-T5 biedt ongeveer 209 W/m·K, terwijl 6061-T6 dichter bij 167 W/m·K ligt. Die opening van 42 W/m·K bepaalt hoeveel vinnen u nodig heeft en hoe snel het onderdeel de warmte wegvoert van de bron.

Koper geleidt warmte veel beter, maar aluminium blijft de praktische keuze voor veel koellichamen, verwarmingsprofielen en structurele onderdelen, omdat het ongeveer een derde zoveel weegt als koper en minder kost per onderdeel. Als je de thermische prestaties per kilogram vergelijkt, is aluminium moeilijk te verslaan.

Welke thermische geleidbaarheid meet en waarom eenheden ertoe doen

Thermische geleidbaarheid (k) kwantificeert hoe snel warmte door een materiaal stroomt onder een temperatuurgradiënt. Uitgedrukt in watt per meter Kelvin (W/m·K), vertelt het je hoeveel watt er door een kubus van 1 m gaat als het ene vlak 1 K heter is dan het andere vlak. Een hogere k betekent een lagere interne weerstand tegen warmtestroom.

Hoe het wordt gemeten

Voor aluminiumproducten in bulk gebruiken fabrikanten methoden zoals de laserflitstechniek voor kleine monsters en methoden met bewaakte hete platen of warmtestroommeters voor grotere secties. De meettemperatuur is van belang omdat de geleidbaarheid van aluminium afneemt naarmate de temperatuur boven kamertemperatuur stijgt. Een gegevensblad dat slechts één getal vermeldt, geeft mogelijk niet uw werkelijke bereik weer.

Wat het geleidbaarheidsbereik van aluminium in de praktijk betekent

Een waarde van 167 W/m·K klinkt abstract totdat je een 100 mm lange extrusie vergelijkt met een doorsnede van 1000 mm². Bij een temperatuurverschil van 20 K geleidt dat onderdeel ongeveer 33 W als het gemaakt is van 6061-T6 en ongeveer 42 W als het gemaakt is van 6063-T5. In een echt koellichaam vertaalt dat verschil zich in kortere vinnen, een lagere luchtstroomweerstand of een kleinere totale envelop.

Thermische geleidbaarheid van aluminiumlegeringen: typische waarden

Zuiver aluminium heeft de hoogste geleidbaarheid in de aluminiumfamilie, maar puur metaal is te zacht voor de meeste structurele en warmteafvoerende profielen. Legeringselementen zoals silicium, magnesium, koper en zink verstrooien elektronen en verminderen de geleidbaarheid. Warmtebehandeling herschikt deze elementen vervolgens in deeltjes, wat de reden is dat dezelfde legering bij verschillende temperaturen verschillende k kan vertonen.

Waarom 6063-T5 en 6061-T6 geëxtrudeerde koellichamen domineren

6063 wordt vaak de extrusielegering genoemd omdat het een goede oppervlaktekwaliteit, matige sterkte en een T5-temperatuur met hoge geleidbaarheid combineert. 6061 is sterker en gemakkelijker te bewerken, maar de geleidbaarheid is lager. Wanneer het ontwerp vinnen plus een montageplaat nodig heeft, levert 6063-T5 doorgaans betere thermische prestaties bij hetzelfde gewicht. 6061-T6 is zinvol als het onderdeel ook mechanische belastingen draagt. EEN op maat gemaakt aluminium extrusieprofiel kan worden gevormd om de sterke punten van elke legering te gebruiken en tegelijkertijd de thermische weerstand laag te houden.

Oppervlaktebehandeling verandert het beeld enigszins. Geanodiseerde coatings verbeteren de slijtvastheid en corrosieweerstand, maar de oxidelaag zelf heeft een lage geleidbaarheid. In dunne geanodiseerde lagen is de toegevoegde thermische weerstand klein; dik hard anodiseren kan echter de warmtestroom verminderen. Voor onderdelen die zowel bescherming als geleiding nodig hebben, geanodiseerde aluminium extrusieprofielen blijven een gebruikelijke keuze, op voorwaarde dat de laagdikte wordt aangepast aan het thermische ontwerp.

Factoren die de thermische geleidbaarheid van aluminium verlagen

Legering samenstelling

Elk legeringselement gedraagt zich anders. Magnesium en silicium in 6xxx-legeringen verlagen de geleidbaarheid matig. Koper veroorzaakt, net als in 2xxx-legeringen, een grotere daling. Zink in 7xxx-legeringen valt daar tussenin. Het selecteren van een kwaliteit is daarom een ​​afweging tussen geleidbaarheid, sterkte en reactie op oppervlakteafwerking.

Temper- en warmtebehandeling

In 6xxx-legeringen heeft een T5-tempering de neiging om meer van de gevormde geleidbaarheid van de extrusie te behouden, terwijl deze toch voldoende sterkte biedt voor veel warmteafvoertoepassingen. Een T6-humeur kan sterker zijn, maar komt vaak met een lagere k. Als uw belangrijkste behoefte het verplaatsen van warmte is, vraag dan of T5 acceptabel is voor de structurele belastingen in uw onderdeel.

Temperatuur en onzuiverheden

Naarmate de temperatuur stijgt, verstrooien roostertrillingen elektronen sterker, waardoor k daalt. IJzer- en siliciumonzuiverheden in kneedlegeringen vormen intermetallische deeltjes die ook de geleidbaarheid verlagen. Er zijn varianten met een laag ijzergehalte van de 1xxx- en 6xxx-legeringen beschikbaar wanneer maximale geleiding nodig is, hoewel deze mogelijk duurder zijn.

Gegevens over thermische geleidbaarheid toepassen in koellichaam- en verwarmingsprofielen

De beste aluminiumlegering voor een koellichaam is niet alleen degene met de hoogste k. Je hebt ook profielgeometrie, luchtstroom, oppervlak en montagemethode nodig. Geëxtrudeerde profielen plaatsen materiaal precies daar waar de warmte zich verspreidt en waar de vinnen deze afgeven. Het uitgangspunt is het begrijpen hoe legeringskeuze en matrijsontwerp op elkaar inwerken; onze aluminium extrusielegeringen en ontwerpgids gaat daar dieper op in.

Extrusies van koellichamen

Voor vermogenselektronica, LED-drivers en motorcontrollers is een geëxtrudeerd koellichaam met gecontroleerde lamellenafstand vaak voldoende. Een legering met een hoge geleidbaarheid verbetert de temperatuuruniformiteit, zodat er geen hete plekken ontstaan ​​direct onder het montagegebied van de componenten. Voor productieonderdelen, onze hoge thermische geleidbaarheid geanodiseerde aluminium koellichaamprofielen zijn gemaakt met deze vereiste in gedachten.

Geanodiseerde aluminium koellichaamprofielen met hoge thermische geleidbaarheid Leveranciers, Compan Array Bekijk Product →

Verwarmingsprofielen

Verwarmingsbehuizingen en kanaalverwarmers hebben een uniforme oppervlaktetemperatuur nodig, zodat de luchtstroom op één locatie niet oververhit raakt. Het lichte gewicht en de goede geleidbaarheid van aluminium verspreiden de warmte snel langs het profiel. Onze hoge thermische geleidbaarheid verwarmers aluminium profielen zijn een geëxtrudeerde oplossing voor dat exacte doel.

Hoge thermische geleidbaarheid verwarmers aluminium profielen Leveranciers, Bedrijf - Huzhou Array Bekijk Product →

Wat te doen met deze gegevens

Begin met de vereiste thermische weerstand en kies vervolgens een legering, tempering en profielgeometrie die hieraan voldoen. Als het budget het toelaat, maak dan een prototype met 6063-T5 of een 6xxx-legering met een laag ijzergehalte en meet de werkelijke temperaturen. Vertrouw niet alleen op de waarden uit de leerboeken; leveranciersgegevens, oppervlakteafwerking en interfacematerialen zijn allemaal van belang.

Voor geëxtrudeerde onderdelen zoals koellichamen en verwarmingsprofielen is de procesbeheersing van de fabrikant net zo belangrijk als de legering. Een leverancier die verstand heeft van matrijsstroom, warmtebehandeling en afwerking kan consistente thermische prestaties leveren. Daarom moet de thermische geleidbaarheid besproken worden tijdens de ontwerpfase, en niet nadat de tekening bevroren is.