Kodėl verta rinktis aliuminį kaip šilumos kriauklės medžiagą? Šiuo metu dažniausiai Rinkoje esanti šilumnešių medžiaga yra aliuminio lydinys. Tiesą sakant, aliuminis nėra geriausio šilumos laidumo metalas, geriausias yra sidabras, po to seka varis, o vėliau aliuminis. Tačiau sidabras yra per brangus, kad jį būtų galima naudoti kaip šilumos šalintuvą; nors varis yra didelių gabaritų, jis turi pranašumų dėl šilumos išsklaidymo efekto ir kainos, todėl dabar palaipsniui naudojamas kaip šilumos kriaukle; aliuminis turi ir šilumos laidumą, ir lengvą svorį. Todėl jis paprastai naudojamas kaip geriausia medžiaga elektroninių dalių aušintuvui.
Aliuminio aušintuvai nėra 100 procentų gryno aliuminio, nes grynas aliuminis yra per minkštas, todėl į aliuminio lydinius pridedamas nedidelis kiekis ir išliejamas į aliuminio lydinius, kad būtų gautas tinkamas kietumas, tačiau aliuminis vis tiek sudaro apie 98 procentus. Visapusiškai atsižvelgę į sąnaudas ir šilumos išsklaidymo pajėgumus, mes dažnai naudojame aliuminio lydinį kaip šilumos šalinimo medžiagą.
- Grynas aliuminis ir aliuminio lydinys (Nuotraukos iš interneto).
- Aliuminio lydinio pranašumas. The šilumos laidumas rodo metalo šilumos laidumą. Kuo didesnis šilumos laidumas, tuo mažesnis šilumos varža ir didesnis šilumos perdavimas.
Šilumos laidumo palyginimas tarp metalo tipų
Tarp metalinių medžiagų sidabras turi didžiausią šilumos laidumą, tačiau kaina yra didelė; grynas varis yra antras, bet jį nėra lengva apdoroti. 6063-T5 aliuminio lydinys paprastai naudojamas oro aušinamiems radiatoriui dėl gero apdirbamumo, lengvo paviršiaus apdorojimo ir mažos kainos.
Medžiaga Šilumos laidumas
| Medžiaga | Šilumos laidumas (W/m·K) |
|---|---|
| Grynas sidabras (99,9%) | 411 |
| Grynas varis | 398 |
| Grynas aliuminis | 237 |
| 6061 aliuminio lydinys | 155 |
| 6063 aliuminio lydinys | 201 |
Tačiau didėjant šilumos išsklaidymo poreikiui, visapusiškas įvairių aukšto šilumos laidumo medžiagų naudojimas tapo bendra tendencija. Kai kurie aušintuvai yra pagaminti iš gryno vario arba vario ir aliuminio derinio. Pavyzdžiui, kai kurių aušintuvų apačioje naudojamas grynas varis, kad būtų galima pasinaudoti dideliu vario šilumos laidumu, o pelekai vis dar naudoja aliuminio lydinį, kad šilumos mainų plotas būtų kuo didesnis ir lengviau apdoroti.
Techniniai sprendimai ir praktiniai patarimai
- Sumažinkite kenksmingų elementų skaičių: Griežtai kontroliuoti Kr, Li ir Mn kiekį < 0.1 masės % didelio šilumos laidumo lydiniams.
- Pavyzdžiui, užgesinto 6061-T6 šilumos laidumas yra ~167 W/(m·K), vs. 411-343 W/m·K spektras priklauso lydiniui ir temperatūrai.
- Poliravimas sumažina konvekcinį pasipriešinimą ir emisiją (radiacija blogėja su poliravimu).
Aliuminio lydinių šilumos laidumas svyruoja nuo 122 W/mK iki 236 W/mK, o didžiausia vertė priklauso lydiniui. Šilumos laidumo vertę gali paveikti temperatūra, medžiagos storis, paviršiaus danga ar apdorojimas ir šilumos perdavimo būdas (laidumas, konvekcija ar spinduliavimas). Be to, aliuminio lydinių šilumos laidumą gali paveikti terminio apdorojimo poveikis, o kai kurie magnio lydiniai (pvz., 5083) gali turėti išskirtinai aukštą atsparumą aukštai temperatūrai.
Kuo aliuminis yra geras šilumos laidininkas?
Aliuminio aukštas šilumos laidumas yra apie 235 W/m·K, o jo lengvumas ir kaina daro jį populiariu pasirinkimu šilumos kriauklėms, ypač taikant masinę gamybą. Aliuminis turi gerą atsparumą korozijai dėl plono oksido sluoksnio, kuris natūraliai kaupiasi ant paviršiaus, o tai užtikrina ilgaamžiškumą šilumos valdymo sistemose. Be to, aliuminis yra lengvas, todėl sumontavimas yra paprastesnis ir lengvesnis, o net ir plonesni pelekai padidina paviršiaus plotą ir pagerina konvekciją.
Aliuminis yra labai universalus, jį lengva formuoti ir suformuoti į įvairių formų šilumos šalintuvus, todėl galima gaminti efektyvius sprendimus pagal individualius poreikius. Dėl prieinamumo ir masinės gamybos galimybių aliuminis laikomas vienu iš geriausių šilumos šalintuvų medžiagų. Tačiau reikia įvertinti trūkumus: žemesnė lydymosi temperatūra (660°C) riboja naudojimą labai aukštose temperatūrose; aliuminis nėra toks stiprus kaip plienas ar varis, todėl esant dideliam mechaniniam krūviui ar intensyviam vibravimui gali būti netinkamas pasirinkimas.
Kai kurių šilumos kriauklių sprendimai
Didžiausią šilumos išsklaidymą gali užtikrinti kombinuoti sprendimai: grynas varis apačioje, o pelekai iš aliuminio lydinio, siekiant maksimaliai padidinti konvekcijos plotą ir lengvą apdirbamumą. Taip pat gali būti taikomi specialūs lydiniai ir terminio apdorojimo režimai, siekiant pagerinti šilumos laidumą bei mechaninį stiprumą.
Įvadas į praktinį projektavimą
Projektuojant šilumos šalintuvą svarbu balansuoti šilumos laidumą, svorį, kainą ir korozinį atsparumą. Aliuminio lydiniai dažnai parenkami dėl savo lengvumo, patvarumo korozijai ir paprasto formavimo, o naudojant įvairias lydinio kompozicijas ir šilumos monitoringo sprendimus galima pasiekti optimalią apsaugą elektroniniams įrenginiams.
- Sprendimas dažnai apima dalinio gryno vario peilius ar plokštes apačioje bei aliuminio plaukiojančius pelekus, kad būtų užtikrintas didelis šilumos perdavimas.
- Pritaikant sluoksninį dizainą galima išlaikyti žemą svorį ir aukštą efektyvumą.
𝐀𝐫 𝐥𝐞𝐧𝐠𝐯𝐚 𝐬𝐮 𝐀𝐈 𝐠𝐞𝐧𝐞𝐫𝐮𝐨𝐭𝐢 𝐤𝐥𝐢𝐩𝐮𝐬?
Aliuminio kaip šilumos šalintuvo medžiagos privalumai: lengvumas, atsparumas korozijai, gamybos paprastumas, žema kaina ir platus formų lankstumas. Trūkumai: žemesnė lydymosi temperatūra, mažesnis mechaninis stiprumas lyginant su kai kuriais kitais metais, ir kai kuriose aukšto vibravimo ar didelių mechaninių apkrova situacijose gali prireikti papildomų konstrukcinių sprendimų.
Nepaisant to, dėl aukščiausios kokybės šilumos laidumo, lengvo dizaino, įperkamos kainos, atsparumo korozijai ir gamybos paprastumo aliuminis yra ideali medžiaga šilumos kriauklėms. Svarbu įvertinti konkrečius poreikius ir pasirinkti optimalų sprendimą pagal šilumos laidumą, svorį, kainą ir mechaninį stiprumą.