Miért viszi át olyan hatékonyan az alumínium a hőt?
Az alumínium durván 235 W/m·K hővezető képességét mindössze 2,70 g/cm³ sűrűséggel ötvözi, ezért uralja a hűtőbordákat, a radiátormagokat és a hőelosztókat. A szabad elektronok hordozzák az energia nagy részét, míg a rácsrezgések vagy a fononok kezelik a maradékot, így a hő egy szilárd részen keresztül terjed, ahelyett, hogy egyetlen forró pontban halmozódna fel. A réz még mindig jobban vezet körülbelül 401 W/m·K mellett, de több mint háromszor nehezebb, így a vezetőképesség -tömegre vonatkoztatva az alumínium általában nyer a burkolaton belül.
Az iparilag tiszta minőségek, mint az 1050, 1060 és 1100 adják a legmagasabb vezetőképességet. Az ötvözőelemek szétszórják az elektronokat, és lefelé húzzák a számot, így az alábbi értékek méretezési iránymutatások, nem pedig a hitelesített malomvizsgálati adatok helyettesítése.
| Fokozat / indulat | Hővezetőképesség 20 fokon (W/m·K) | Tipikus hőterhelés |
|---|---|---|
| 1060-O | 234 | Gyűjtők, hőterítők, fóliamagok |
| 3003-H14 | 193 | Radiátorbordák, hőcserélő csövek |
| 6061-T6 | 167 | Szerkezeti hűtőbordák, hideglemezek |
| 5052-H32 | 138 | HVAC és tengeri házak |
| 5083-O | 117 | Kriogén és nyomástartó berendezések |
Hőtágulás: A tervezési hajtóerő, amelyet senki sem hagyhat figyelmen kívül
Az alumínium lineáris hőtágulási együtthatója körülbelül 23 × 10-6per K, közel a 12 × 10 kétszerese-6egy K szerkezeti acélra. Egy 1 m-es alumínium alkatrész tehát nagyjából 0,023 mm-t nő minden 1 fokos hőmérsékletváltozásra, ezért tágulási hézagok, hornyolt csavarlyukak és megfelelő ragasztórétegek jelennek meg mindenhol, ahol a fémet szerkezetileg használják. Az együttható az alumíniumrácshoz tartozik, nem pedig a temperációhoz, így az ötvözetválasztás alig tolja el azt, és az ellenőrzés az ASTM E228 nyomórúd dilatometriáját követi.
Hőcserélők, bordák és mikrocsatorna geometria
Az alumínium vezetőképesség-/-tömeg aránya nagyjából tizenötszöröse a szénacélénak, ezért HVAC tekercseket, autóradiátorokat és kondenzátorokat építenek belőle. A körülbelül 0,1 mm-es bordák elhanyagolható súly mellett megsokszorozzák a felületet, és a mikrocsatornás csövek tovább növelik az átvitelt azáltal, hogy néhány nagy helyett sok kis párhuzamos csatornán nyomják át a hűtőközeget.
A fóliát és bordát főként 1100-as, 1200-as, 3003-as, 8011-es és 8006-os kivitelben szállítják, a 8011-et és 8006-ot pedig ott használják, ahol nagyobb bordaszilárdságra van szükség.
A bevont keményforrasztó lemez 4004 vagy 4045 ötvözetréteget hordoz, így egyetlen kemencemenet csatlakozik a teljes radiátormaghoz.
A lemez-bordás magok megfelelnek a léghűtéses-elektronikának és a sűrített-levegős szárítóknak, ahol a tömörség fontosabb, mint a nyomásérték.
Erősség magas és alacsony hőmérsékleten
A tiszta alumínium körülbelül 660 fokban olvad meg, és ez a mennyezet alakítja a magas hőmérséklettel kapcsolatos döntéseket. A hozamerősség meredeken durván 150 fok fölé esik, és a folyamatos 400 fok feletti kiszolgálás szemcse-határ diffúziót okoz, amelyet a lehűlés nem tud megfordítani, míg egy rövid 300 fokos ugrás a szobahőmérséklet erősségének körülbelül felébe kerül, amíg az alkatrész vissza nem tér a környezeti állapotba. A feszített-3003, 3004, 5052 és 5083 megfelel a meleg kiszolgálásnak, a hideg végén pedig a fém rugalmasabbá és bevágásos szívóssággá válik, ami miatt az 5083, 5052 és 6061 cseppfolyósított-elnyelő, összehúzódó gáztartályokba és expanziós tartályokba kerül.
Bevonatok, kötések és gyakorlati korlátok
Az eloxálás, a festés és a porfestés egyaránt csökkenti a felületi vezetőképességet, mivel az oxid- vagy polimerréteg szigetel, így a termikus határfelületek a befejezés előtt elfedik. Ahol az alumínium nedves és meleg környezetben acéllal vagy rézzel találkozik, a galvanikus korrózió szabályozza a tervezést, és szigetelt alátéteket vagy védőbevonatot igényel. Az alumínium emellett kevesebb nagy-alakítású termikus ciklust tolerál, mint a titán- vagy nikkel-alapötvözetek, ezért a ciklusos kötéseknek megfelelő geometriára van szükségük. Az alumínium-szilícium töltőanyaggal végzett keményforrasztás a fugahőmérsékletet az alapfém olvadási tartománya alatt tartja, a súrlódó keverőhegesztés pedig korlátozza a vastag -szelvények porozitását.
Gyakran Ismételt Kérdések
K: Mi az alumínium hővezető képessége?
A tiszta alumínium körülbelül 235 W/m·K vezet szobahőmérsékleten, míg az olyan általános ötvözetek, mint a 3003, 6061 és 5052, nagyjából 120 és 195 W/m·K közé esnek.
K: A réz jobb hővezető, mint az alumínium?
A réz körülbelül 401 W/m·K-t vezet, szemben az alumínium 235 W/m·K-jával, de az alumínium körülbelül harmadát nyom, így a vezetőképesség -/-súlyaránya általában a hasznosabb adat.
K: Mennyire tágul az alumínium melegítéskor?
A lineáris együttható körülbelül 23 × 10-6K-onként, tehát egy 1 m-es alumíniumrúd nagyjából 0,023 mm-t növekszik 1 fokonként és körülbelül 0,23 mm-t 10 fokos emelkedésnél.
K: Az alumínium használható 300 fok felett?
A rövid kirándulások elviselhetőek, mert a fűtéskor elvesztett erő a lehűlés után visszatér, de a 400 fok feletti folyamatos kiszolgálás tartósan rontja a szemcsehatárokat.
K: Miért csak körülbelül 0,1 mm vastagok az alumínium bordák?
A vékony bordák megnövelik az egységnyi térfogatra eső felületet, miközben alacsonyan tartják a súlyt és az anyagköltséget, a vezetőképesség pedig elég magas ahhoz, hogy a borda a hossza mentén közel izoterm maradjon.
