알루미늄의 열전도율: 합금 데이터, 템퍼 효과 및 이것이 중요한 이유

실용적인 출발점: 알루미늄의 열전도율

전력 변환기, LED 드라이버 또는 히터 어셈블리용 알루미늄 방열판을 지정하는 경우 일반적으로 알루미늄의 열 전도성이라는 숫자가 먼저 나타납니다. 순수 알루미늄이 근처에 있습니다. 237W/m·K , 그러나 도면의 압출된 합금은 거의 확실히 더 낮을 것입니다. 그 차이는 실험실 세부사항이 아닙니다. 핀 두께, 베이스 플레이트 면적 및 조립 비용이 변경됩니다.

대부분의 압출 방열 부품의 경우 6063-T5 및 6061-T6이 기본 옵션입니다. 6063-T5는 약 209W/m·K를 제공하는 반면, 6061-T6은 167W/m·K에 더 가깝습니다. 42W/m·K의 간격은 필요한 핀 수와 부품이 소스에서 열을 얼마나 빨리 이동시키는지를 결정합니다.

구리는 열을 훨씬 잘 전도하지만 알루미늄은 무게가 구리의 약 1/3이고 부품당 비용이 저렴하기 때문에 많은 방열판, 히터 프로파일 및 구조 부품에 대한 실용적인 선택으로 남아 있습니다. 킬로그램당 열 성능을 비교하면 알루미늄을 따라잡기가 어렵습니다.

열전도율 측정 방법 및 단위가 중요한 이유

열전도율(k)은 온도 구배 하에서 재료를 통해 열이 얼마나 빠르게 흐르는지를 수량화합니다. 미터-켈빈당 와트(W/m·K)로 표현되며, 한쪽 면이 반대쪽 면보다 1K 더 뜨거울 때 1m 입방체를 통과하는 와트 수를 알려줍니다. k가 높을수록 열 흐름에 대한 내부 저항이 낮다는 의미입니다.

측정 방법

벌크 알루미늄 제품의 경우 제조업체는 작은 샘플에는 레이저 플래시 기술, 큰 단면에는 보호된 핫 플레이트 또는 열 흐름 측정기 방법과 같은 방법을 사용합니다. 온도가 상온 이상으로 상승하면 알루미늄의 전도성이 감소하기 때문에 측정 온도가 중요합니다. 하나의 숫자만 보고하는 데이터 시트는 실제 작동 범위를 반영하지 않을 수 있습니다.

실제로 알루미늄의 전도도 범위가 의미하는 것

167W/m·K와 같은 값은 100mm 길이의 돌출과 1000mm² 단면을 비교할 때까지 추상적으로 들립니다. 20K의 온도 차이에서 해당 조각은 6061-T6으로 만든 경우 약 33W, 6063-T5로 만든 경우 약 42W를 전도합니다. 실제 방열판에서 이러한 차이는 더 짧은 핀, 더 낮은 공기 흐름 저항 또는 더 작은 전체 공간으로 해석됩니다.

알루미늄 합금의 열전도율: 일반적인 값

순수 알루미늄은 알루미늄 제품군 중 가장 높은 전도성을 가지지만 순수 금속은 대부분의 구조 및 방열 프로파일에 비해 너무 무르습니다. 실리콘, 마그네슘, 구리, 아연과 같은 합금 원소는 전자를 산란시키고 전도성을 감소시킵니다. 그런 다음 열처리를 통해 해당 요소를 입자로 재배열하므로 동일한 합금이 다른 성질에서 다른 k를 나타낼 수 있습니다.

6063-T5 및 6061-T6이 압출 방열판을 지배하는 이유

6063은 우수한 표면 품질, 적당한 강도 및 높은 전도성 T5 성질을 결합하기 때문에 종종 압출 합금이라고 불립니다. 6061은 더 강하고 가공하기 쉽지만 전도성이 더 낮습니다. 설계에 핀과 장착 플레이트가 필요한 경우 일반적으로 6063-T5는 동일한 무게로 더 나은 열 성능을 제공합니다. 6061-T6은 부품이 기계적 부하를 전달할 때 적합합니다. 에이 맞춤형 알루미늄 압출 프로파일 열 저항을 낮게 유지하면서 각 합금의 장점을 활용하도록 모양을 만들 수 있습니다.

표면 처리로 인해 그림이 약간 변경됩니다. 양극 산화 코팅은 내마모성과 내식성을 향상시키지만 산화물 층 자체는 전도성이 낮습니다. 얇은 양극 산화층에서는 추가된 열 저항이 작습니다. 그러나 두꺼운 경질 아노다이징 처리는 열 흐름을 감소시킬 수 있습니다. 보호와 전도가 모두 필요한 부품의 경우, 양극 처리된 알루미늄 압출 프로파일 코팅 두께가 열 설계에 맞게 제어된다면 일반적인 선택으로 유지됩니다.

알루미늄의 열전도율을 낮추는 요인

합금 구성

모든 합금 원소는 다르게 작용합니다. 6xxx 합금의 마그네슘과 실리콘은 전도성을 적당히 낮춥니다. 2xxx 합금과 마찬가지로 구리는 더 큰 하락을 유발합니다. 7xxx 합금의 아연은 그 사이에 속합니다. 따라서 등급 선택은 전도성, 강도 및 표면 마감에 대한 반응 간의 균형을 맞추는 것입니다.

성미 및 열처리

6xxx 합금에서 T5 템퍼는 압출의 형성된 전도성을 더 많이 보존하는 동시에 많은 방열 응용 분야에 충분한 강도를 제공하는 경향이 있습니다. T6 성격은 더 강할 수 있지만 종종 k가 더 낮습니다. 주요 요구사항이 열 이동이라면 T5가 부품의 구조적 하중을 수용할 수 있는지 물어보십시오.

온도와 불순물

온도가 증가함에 따라 격자 진동은 전자를 더 강하게 산란시키므로 k가 떨어집니다. 단조 합금의 철 및 실리콘 불순물은 전도성을 낮추는 금속간 입자를 형성합니다. 최대 전도가 필요할 때 1xxx 및 6xxx 합금의 저철분 변형을 사용할 수 있지만 비용이 더 많이 들 수 있습니다.

방열판 및 히터 프로필에 열전도율 데이터 적용

방열판에 가장 적합한 알루미늄 합금은 단순히 k가 가장 높은 합금이 아닙니다. 또한 프로파일 형상, 공기 흐름, 표면적 및 조립 방법이 필요합니다. 압출 프로파일은 열이 확산되는 위치와 핀이 이를 발산하는 위치에 정확하게 재료를 배치합니다. 출발점은 합금 선택과 다이 설계가 어떻게 상호 작용하는지 이해하는 것입니다. 우리의 알루미늄 압출 합금 및 설계 가이드 이에 대해 자세히 설명합니다.

방열판 돌출

전력 전자 장치, LED 드라이버 및 모터 컨트롤러의 경우 핀 간격이 제어된 압출 방열판이면 충분합니다. 고전도성 합금은 온도 균일성을 향상시켜 부품 실장 영역 바로 아래에 핫스팟이 형성되지 않도록 합니다. 생산 부품의 경우 당사에서는 높은 열 전도성 양극 처리된 알루미늄 방열판 프로파일 이 요구 사항을 염두에 두고 만들어졌습니다.

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히터 프로필

히터 인클로저와 덕트 히터에는 공기 흐름이 한 위치에서 과열되지 않도록 균일한 표면 온도가 필요합니다. 알루미늄의 가벼운 무게와 우수한 전도성은 프로파일을 따라 열을 빠르게 확산시킵니다. 우리의 높은 열 전도성 히터 알루미늄 프로파일 정확한 임무를 위한 압출 솔루션입니다.

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이 데이터로 무엇을 할 것인가

필요한 열 저항으로 시작한 다음 이를 충족하는 합금, 템퍼 및 프로파일 형상을 선택하십시오. 예산이 허락하는 경우 6063-T5 또는 저철분 6xxx 합금으로 프로토타입을 제작하고 실제 온도를 측정합니다. 교과서의 가치에만 의존하지 마십시오. 공급업체 데이터, 표면 마감, 인터페이스 재료 모두 중요합니다.

방열판 및 히터 프로파일과 같은 압출 부품의 경우 제조업체의 공정 제어가 합금만큼 중요합니다. 다이 흐름, 열처리 및 마감 처리를 이해하는 공급업체는 일관된 열 성능을 제공할 수 있습니다. 그렇기 때문에 도면이 동결된 후가 아니라 설계 단계에서 열전도율을 논의해야 합니다.