1. Βασικές θερμικές παράμετροι του εξωθημένου αλουμινίου
Αφού το εξωθημένο αλουμίνιο εξωθηθεί σε υψηλή θερμοκρασία, θα σχηματίσει μια πυκνή και ομοιόμορφη μεταλλική μικροδομή και η θερμική του σταθερότητα είναι πολύ καλύτερη από αυτή του χυτού αλουμινίου. Κάθε μία από τις βασικές θερμοφυσικές της παράμετροι έχει σαφείς βιομηχανικές τυπικές τιμές, παρέχοντας μια αξιόπιστη βάση για το σχεδιασμό βιομηχανικών κατασκευών και την εφαρμογή σεναρίων.
一, αποτελεσματική θερμική αγωγιμότητα και πλεονεκτήματα απαγωγής θερμότητας πυρήνα. Η θερμική αγωγιμότητα είναι ο βασικός δείκτης για τη μέτρηση της απόδοσης μεταφοράς θερμότητας των υλικών. Το εύρος θερμικής αγωγιμότητας των βασικών κραμάτων εξωθημένου αλουμινίου είναι 150~220 W/(m·K), που είναι πολύ υψηλότερο από τον ανθρακούχο χάλυβα (περίπου 50 W/(m·K)) και τα περισσότερα πλαστικά υλικά και η απόδοση μεταφοράς θερμότητας είναι 3-5 φορές μεγαλύτερη από αυτή του χάλυβα. Μεταξύ των συνήθως χρησιμοποιούμενων κραμάτων, το εξωθημένο αλουμίνιο 6063-T5/T6, το οποίο είναι βελτιστοποιημένο για σενάρια απαγωγής θερμότητας, έχει θερμική αγωγιμότητα έως και 201 W/(m·K). Το εξωθημένο αλουμίνιο δομικής ποιότητας 6061-T6 έχει θερμική αγωγιμότητα 167 W/(m·K). Το υψηλής αντοχής εξωθημένο αλουμίνιο 7075-T6 έχει ελαφρώς χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα 130~150 W/(m·K) λόγω της υψηλότερης περιεκτικότητας σε στοιχεία κράματος, που μπορεί να εξισορροπήσει τη δομική αντοχή και τη θερμική αγωγιμότητα. Η θερμική αγωγιμότητα των εξωθημένων υλικών με βάση το καθαρό αλουμίνιο είναι τόσο υψηλή όσο 235~237 W/(m·K), η οποία έχει υψηλό επίπεδο θερμικής αγωγιμότητας και δυνατότητες απαγωγής θερμότητας.
2, η ειδική θερμική ικανότητα είναι σταθερή και η αποθήκευση θερμότητας και η απαγωγή θερμότητας είναι ομοιόμορφες. Η μέση ειδική θερμοχωρητικότητα του εξωθημένου αλουμινίου στη συμβατική περιοχή θερμοκρασίας 0 βαθμών ~ 100 βαθμών είναι 942 J/(kg·K). Η μέτρια ειδική θερμοχωρητικότητα επιτρέπει στο εξωθημένο αλουμίνιο να απορροφά γρήγορα την τοπική θερμότητα και να την απλώνει ομοιόμορφα σε ολόκληρη την επιφάνεια του υλικού, αποτρέποντας αποτελεσματικά την τοπική υπερθέρμανση του εξοπλισμού. Σε σύγκριση με υλικά υψηλής ειδικής θερμοχωρητικότητας, δεν συσσωρεύει υπερβολική θερμότητα, μπορεί να επιτύχει ταχεία απορρόφηση θερμότητας και ταχεία διάχυση θερμότητας και είναι εξαιρετικά προσαρμόσιμο στις συνθήκες εργασίας του ηλεκτρονικού και ηλεκτρικού εξοπλισμού που λειτουργεί κατά διαστήματα.
3, η περιοχή τήξης είναι σταθερή και η αντίσταση σε υψηλή θερμοκρασία είναι αξιόπιστη. Το σταθερό εύρος θερμοκρασίας τήξης του εξωθημένου αλουμινίου είναι 645 βαθμοί ~ 660 βαθμοί, και το σημείο βρασμού είναι τόσο υψηλό όσο 2327 βαθμοί. Σε συμβατικές βιομηχανικές συνθήκες εργασίας κάτω των 200 μοιρών, η θερμική δομή και η απόδοση του υλικού παραμένουν πάντα σταθερές, χωρίς προβλήματα όπως μαλάκωμα, παραμόρφωση ή εξασθένηση της απόδοσης και μπορεί να καλύψει τις μακροπρόθεσμες ανάγκες συντήρησης του μηχανολογικού εξοπλισμού, των νέων ενεργειακών μπαταριών και του ηλεκτρικού εξοπλισμού.
2. Οι θερμικές ιδιότητες του πυρήνα του εξωθημένου αλουμινίου που το διακρίνουν από άλλα υλικά
Εκτός από τις βασικές θερμοφυσικές παραμέτρους, το εξωθημένο αλουμίνιο έχει δύο μοναδικές θερμικές ιδιότητες, καθιερώνοντας την αναντικατάστατη θέση του στη μηχανική διαχείρισης θερμότητας.
Ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι ελεγχόμενος και προβλέψιμος. Ο μέσος συντελεστής γραμμικής θερμικής διαστολής των προφίλ εξωθημένου αλουμινίου κύριας ροής σε περιβάλλον 20 μοιρών ~ 100 μοιρών είναι 22,3 ~ 23,9 × 10-6 / βαθμός. Αν και ο ρυθμός θερμικής διαστολής του είναι ελαφρώς υψηλότερος από αυτόν του χάλυβα, η ομοιόμορφη μικροδομή που σχηματίζεται από τη διαδικασία εξώθησης καθιστά τη θερμική διαστολή και συστολή του κανονική και την απόδοσή του σταθερή. Οι μηχανικοί μπορούν να διατηρήσουν ανοχές συναρμολόγησης με βάση ακριβείς παραμέτρους, αποφεύγοντας αποτελεσματικά τη δομική παραμόρφωση και τα προβλήματα ρωγμών που προκαλούνται από θερμική διαστολή και συστολή κατά τις αλλαγές θερμοκρασίας και διασφαλίζοντας τη λειτουργική σταθερότητα του εξοπλισμού ακριβείας.
Η θερμική αντίσταση είναι χαμηλή και η διαδρομή μεταφοράς θερμότητας συνεχής και πλήρης. Η διαδικασία εξώθησης εξαλείφει εντελώς τους πόρους, τη χαλαρότητα, τα ελαττώματα και άλλα προβλήματα στο εσωτερικό του χυτού αλουμινίου, σχηματίζοντας μια πυκνή ενσωματωμένη δομή. Αυτό το χαρακτηριστικό επιτρέπει στο εξωθημένο αλουμίνιο να έχει μια συνεχή διαδρομή μεταφοράς θερμότητας χαμηλής αντίστασης. Σε σύγκριση με συναρμολογημένα και χυτά εξαρτήματα απαγωγής θερμότητας, μπορεί να εξαλείψει τη συσσώρευση θερμότητας που προκαλείται από δομικά κενά, να βελτιώσει σημαντικά τη συνολική απόδοση απαγωγής θερμότητας και να εξασφαλίσει τη συνολική ομοιομορφία μεταφοράς θερμότητας του προφίλ.
Επιπλέον, το εξωθημένο αλουμίνιο έχει εξαιρετικά ελαφριά πλεονεκτήματα θερμικής διαχείρισης, με πυκνότητα μόνο 2700 kg/κυβικό μέτρο (2,7 g/κυβικό εκατοστό). Κάτω από την ίδια επίδραση απαγωγής θερμότητας, το βάρος των εξαρτημάτων απαγωγής θερμότητας από εξωθημένο αλουμίνιο είναι πολύ χαμηλότερο από αυτό των εξαρτημάτων χαλκού και χάλυβα, γεγονός που μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά το συνολικό φορτίο του εξοπλισμού και χρησιμοποιείται ευρέως στην αεροδιαστημική, τα νέα ενεργειακά οχήματα, τον ελαφρύ ηλεκτρονικό εξοπλισμό και άλλους τομείς.
3. Διαφορές θερμικής απόδοσης και προσαρμογή σκηνής των mainstream εξωθημένων κραμάτων αλουμινίου
Διαφορετικές συνθέσεις κραμάτων και διεργασίες σκλήρυνσης θα επηρεάσουν άμεσα τις θερμικές ιδιότητες του εξωθημένου αλουμινίου. Επί του παρόντος, η βιομηχανία έχει διαμορφώσει ένα σύστημα αντιστοίχισης σκηνής ώριμων κατηγοριών:
Το εξωθημένο αλουμίνιο 6063 είναι το υλικό αναφοράς στον τομέα της απαγωγής θερμότητας. Αυτό το κράμα έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε στοιχεία κράματος, έχει την καλύτερη θερμική αγωγιμότητα μεταξύ των συμβατικών βιομηχανικών κραμάτων εξωθημένου αλουμινίου και έχει εξαιρετική ικανότητα διαμόρφωσης διέλασης. Μπορεί να υποστεί επεξεργασία σε σύνθετες δομές απαγωγής θερμότητας τύπου πτερυγίου και χρησιμοποιείται ευρέως σε περιβλήματα απαγωγής θερμότητας λαμπτήρων LED, θερμαντικά σώματα οικιακών συσκευών, ηλεκτρονικές μονάδες απαγωγής θερμότητας χαμηλής ισχύος και άλλα σενάρια.
Το εξωθημένο αλουμίνιο 6061 συνδυάζει θερμική αγωγιμότητα και δομική αντοχή. Η θερμική του αγωγιμότητα είναι ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή του κράματος 6063, αλλά η αντοχή σε εφελκυσμό και η δομική ακαμψία του είναι καλύτερες. Χρησιμοποιείται κυρίως για δομικά εξαρτήματα απαγωγής θερμότητας που πρέπει να αντέχουν φορτία, όπως κελύφη μηχανικού εξοπλισμού, βάσεις ψύξης εξοπλισμού βιομηχανικού ελέγχου, θερμαντικά σώματα ηλεκτρικού εξοπλισμού μέσης ισχύος κ.λπ.
Το εξωθημένο αλουμίνιο υψηλής αντοχής 7075 έχει ως βασικό του πλεονέκτημα τη δομική απόδοση. Αν και η θερμική του αγωγιμότητα είναι σχετικά ασθενής, έχει εξαιρετικά υψηλή μηχανική αντοχή και είναι κατάλληλο για ειδικά σενάρια όπως αεροδιαστημικός εξοπλισμός και βιομηχανικός εξοπλισμός υψηλού φορτίου. Μπορεί να καλύψει ταυτόχρονα τις δομικές απαιτήσεις φέροντος φορτίου και τις βασικές απαιτήσεις απαγωγής θερμότητας του εξοπλισμού.
4. Βιομηχανική αξία και προοπτικές εφαρμογής θερμικών ιδιοτήτων εξωθημένου αλουμινίου
Με την ταχεία ανάπτυξη του ηλεκτρονικού εξοπλισμού υψηλής ισχύος, των νέων ενεργειακών βιομηχανιών και της έξυπνης κατασκευής, η θερμική διαχείριση εξοπλισμού έχει γίνει βασικός κρίκος που περιορίζει την απόδοση του προϊόντος και τη διάρκεια ζωής. Οι εξαιρετικές θερμικές ιδιότητες του εξωθημένου αλουμινίου λύνουν τέλεια τα σημεία πόνου της βιομηχανίας της κακής απαγωγής θερμότητας, του μεγάλου βάρους και της εύκολης γήρανσης των παραδοσιακών υλικών.
Στις βιομηχανίες ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης και LED, τα εξαιρετικά λεπτά προφίλ αλουμινίου με δομή πολλαπλών πτερυγίων μπορούν να διαλύσουν γρήγορα τη θερμότητα που παράγεται από τη λειτουργία του τσιπ, να εξαλείψουν προβλήματα όπως η υποβάθμιση της απόδοσης του εξοπλισμού και η εκτροπή χρώματος της πηγής φωτός που προκαλούνται από τη συσσώρευση θερμότητας και να επεκτείνουν αποτελεσματικά τη διάρκεια ζωής των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Στον τομέα των νέων ενεργειακών οχημάτων, οι δίσκοι μπαταριών από εξωθημένο αλουμίνιο και τα υδρόψυκτα προφίλ απαγωγής θερμότητας βασίζονται στην αποτελεσματική θερμική αγωγιμότητα και την εξαιρετική ομοιομορφία θερμοκρασίας για την επίτευξη ακριβούς ελέγχου θερμοκρασίας των μπαταριών ισχύος και τη βελτίωση της ασφάλειας και της διάρκειας ζωής των μπαταριών.
Στους τομείς της βιομηχανικής κατασκευής και της εξοικονόμησης ενέργειας των κτιρίων, τα προφίλ μόνωσης και απαγωγής θερμότητας από εξωθημένο αλουμίνιο μπορούν να εξισορροπήσουν αποτελεσματικά τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας περιβάλλοντος, να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού και να επιτύχουν εξοικονόμηση ενέργειας και μείωση της κατανάλωσης. Ταυτόχρονα, η σταθερή θερμική σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες και η αντοχή στη διάβρωση μπορούν να προσαρμοστούν σε δύσκολες συνθήκες εργασίας όπως υψηλή θερμοκρασία και υψηλή υγρασία για μεγάλο χρονικό διάστημα, μειώνοντας σημαντικά το κόστος λειτουργίας και συντήρησης του εξοπλισμού.
Περίληψη
Τα βασικά θερμικά πλεονεκτήματα του εξωθημένου αλουμινίου ενσωματώνονται σε: αποτελεσματική θερμική αγωγιμότητα και ισχυρή προσαρμοστικότητα, ομοιόμορφη αποθήκευση θερμότητας και απαγωγή θερμότητας, σταθερή απόδοση σε υψηλή θερμοκρασία και ελεγχόμενη θερμική διαστολή. Σε συνδυασμό με τα ολοκληρωμένα πλεονεκτήματα του ελαφρού βάρους, της καλής μορφοποίησης και του χαμηλού κόστους επεξεργασίας, έχει γίνει ένα κοινό υλικό διαχείρισης θερμικής πυρήνα σε πολλές βιομηχανίες. Καθώς οι αναβαθμίσεις βιομηχανικής κατασκευής ακριβείας και οι απαιτήσεις απαγωγής θερμότητας εξοπλισμού συνεχίζουν να αυξάνονται, βελτιστοποιώντας τη διαδικασία διέλασης και τη φόρμουλα κράματος, το δυναμικό θερμικής απόδοσης του εξωθημένου αλουμινίου θα απελευθερωθεί περαιτέρω και θα διαδραματίσει σημαντικότερο ρόλο στην κατασκευή υψηλής τεχνολογίας, τη νέα ενέργεια, τη θερμική μηχανική εξοικονόμησης ενέργειας και άλλους τομείς στο μέλλον.
