1. Parâmetros térmicos básicos do alumínio extrudado
Depois que o alumínio extrudado é extrudado em alta temperatura, ele formará uma microestrutura metálica densa e uniforme, e sua estabilidade térmica é muito melhor do que a do alumínio fundido. Cada um de seus principais parâmetros termofísicos possui valores padrão da indústria claros, fornecendo uma base confiável para o projeto de estruturas industriais e aplicação de cenários.
一, condutividade térmica eficiente e vantagens de dissipação de calor central. A condutividade térmica é o principal indicador para medir a eficiência de transferência de calor dos materiais. A faixa de condutividade térmica das principais ligas de alumínio extrudado é de 150 ~ 220 W/(m·K), que é muito maior que o aço carbono (cerca de 50 W/(m·K)) e a maioria dos materiais plásticos, e a eficiência de transferência de calor é 3-5 vezes maior que a do aço. Entre as ligas comumente utilizadas, o alumínio extrudado 6063-T5/T6, que é otimizado para cenários de dissipação de calor, tem uma condutividade térmica de até 201 W/(m·K); o alumínio extrudado de grau estrutural 6061-T6 tem uma condutividade térmica de 167 W/(m·K); o alumínio extrudado 7075-T6 de alta resistência tem uma condutividade térmica ligeiramente inferior de 130 ~ 150 W/(m·K) devido ao seu maior teor de elementos de liga, que pode equilibrar a resistência estrutural e a condutividade térmica. A condutividade térmica de materiais extrudados à base de alumínio puro é tão alta quanto 235 ~ 237 W/(m·K), que possui condutividade térmica de nível superior e capacidades de dissipação de calor.
2, a capacidade de calor específica é estável e o armazenamento e a dissipação de calor são uniformes. A capacidade média de calor específico do alumínio extrudado na faixa de temperatura convencional de 0 graus a 100 graus é de 942 J/(kg·K). A moderada capacidade de calor específico permite que o alumínio extrudado absorva rapidamente o calor local e o espalhe uniformemente por toda a superfície do material, evitando efetivamente o superaquecimento local do equipamento. Comparado com materiais de alta capacidade de calor específico, não acumula excesso de calor, pode atingir rápida absorção e dissipação de calor e é altamente adaptável às condições de trabalho de equipamentos eletrônicos e elétricos que funcionam de forma intermitente.
3, a faixa de fusão é estável e a resistência a altas temperaturas é confiável. A faixa de temperatura de fusão estável do alumínio extrudado é de 645 graus a 660 graus, e o ponto de ebulição é tão alto quanto 2.327 graus. Em condições de trabalho industriais convencionais abaixo de 200 graus, a estrutura térmica e o desempenho do material permanecem sempre estáveis, sem problemas como amolecimento, deformação ou atenuação de desempenho, e podem atender às necessidades de serviço a longo prazo de equipamentos mecânicos, novas baterias de energia e equipamentos elétricos.
2. As principais propriedades térmicas do alumínio extrudado que o distinguem de outros materiais
Além dos parâmetros termofísicos básicos, o alumínio extrudado possui duas propriedades térmicas únicas, estabelecendo sua posição insubstituível na engenharia de gerenciamento térmico.
O coeficiente de expansão térmica é controlável e previsível. O coeficiente de expansão térmica linear médio dos perfis de alumínio extrudado convencionais em um ambiente de 20 graus ~ 100 graus é 22,3 ~ 23,9 × 10⁻⁶/grau. Embora sua taxa de expansão térmica seja ligeiramente superior à do aço, a microestrutura uniforme formada pelo processo de extrusão torna sua expansão e contração térmica regulares e seu desempenho estável. Os engenheiros podem reservar tolerâncias de montagem com base em parâmetros precisos, evitando efetivamente deformações estruturais e problemas de fissuras causados pela expansão e contração térmica durante mudanças de temperatura e garantindo a estabilidade operacional dos equipamentos de precisão.
A resistência térmica é baixa e o caminho de transferência de calor é contínuo e completo. O processo de extrusão elimina completamente poros, folgas, defeitos e outros problemas dentro do material de alumínio fundido, formando uma estrutura densa e integrada. Esse recurso permite que o alumínio extrudado tenha um caminho de transferência de calor contínuo e de baixa resistência. Comparado com componentes de dissipação de calor emendados e fundidos, ele pode eliminar o acúmulo de calor causado por lacunas estruturais, melhorar significativamente a eficiência geral de dissipação de calor e garantir a uniformidade geral de transferência de calor do perfil.
Além disso, o alumínio extrudado apresenta excelentes vantagens de gerenciamento térmico leve, com uma densidade de apenas 2.700 kg/metro cúbico (2,7 g/centímetro cúbico). Sob o mesmo efeito de dissipação de calor, o peso dos componentes de dissipação de calor de alumínio extrudado é muito menor do que o dos componentes de cobre e aço, o que pode efetivamente reduzir a carga geral do equipamento e é amplamente utilizado na indústria aeroespacial, veículos de novas energias, equipamentos eletrônicos leves e outros campos.
3. Diferenças de desempenho térmico e adaptação de cena das principais ligas de alumínio extrudado
Diferentes composições de ligas e processos de revenido afetarão diretamente as propriedades térmicas do alumínio extrudado. Atualmente, a indústria formou um sistema maduro de correspondência de cenas de categorias:
O alumínio extrudado 6063 é o material de referência na área de dissipação de calor. Esta liga possui baixo teor de elementos de liga, possui a melhor condutividade térmica entre as ligas de alumínio extrudado industriais convencionais e possui excelente conformabilidade por extrusão. Ele pode ser processado em estruturas complexas de dissipação de calor do tipo aleta e é amplamente utilizado em invólucros de dissipação de calor de lâmpadas LED, radiadores de eletrodomésticos, módulos eletrônicos de dissipação de calor de baixa potência e outros cenários.
O alumínio extrudado 6061 combina condutividade térmica e resistência estrutural. Sua condutividade térmica é ligeiramente inferior à da liga 6063, mas sua resistência à tração e rigidez estrutural são melhores. É usado principalmente para componentes estruturais de dissipação de calor que precisam suportar cargas, como carcaças de equipamentos mecânicos, placas de base de resfriamento de equipamentos de controle industrial, radiadores de equipamentos elétricos de média potência, etc.
O alumínio extrudado de alta resistência 7075 tem o desempenho estrutural como sua principal vantagem. Embora sua condutividade térmica seja relativamente fraca, possui resistência mecânica ultra-alta e é adequado para cenários especiais, como equipamentos aeroespaciais e equipamentos industriais de alta carga. Ele pode atender simultaneamente aos requisitos básicos de suporte de carga estrutural do equipamento e dissipação de calor.
4. Valor industrial e perspectivas de aplicação das propriedades térmicas do alumínio extrudado
Com o rápido desenvolvimento de equipamentos eletrônicos de alta potência, novas indústrias de energia e fabricação inteligente, o gerenciamento térmico de equipamentos tornou-se um elo fundamental que restringe o desempenho e a vida útil do produto. As excelentes propriedades térmicas do alumínio extrudado resolvem perfeitamente os problemas da indústria como baixa dissipação de calor, peso pesado e fácil envelhecimento dos materiais tradicionais.
Nas indústrias de eletrônicos de consumo e LED, perfis de alumínio extrudado com estrutura multifino e ultrafinos podem dissipar rapidamente o calor gerado pela operação do chip, eliminar problemas como degradação do desempenho do equipamento e aberração de cor da fonte de luz causada pelo acúmulo de calor e estender efetivamente a vida útil dos componentes eletrônicos. No campo dos novos veículos energéticos, as bandejas de bateria de alumínio extrudado e os perfis de dissipação de calor resfriados a água contam com sua eficiente condutividade térmica e excelente uniformidade de temperatura para obter controle preciso da temperatura das baterias de energia e melhorar a segurança e o ciclo de vida das baterias.
Nas áreas de fabricação industrial e conservação de energia em edifícios, o isolamento de alumínio extrudado e os perfis de dissipação de calor podem efetivamente equilibrar as flutuações da temperatura ambiente, reduzir o consumo de energia de operação do equipamento e alcançar a conservação de energia e a redução do consumo. Ao mesmo tempo, sua estabilidade térmica estável em alta temperatura e resistência à corrosão podem se adaptar a condições de trabalho adversas, como alta temperatura e alta umidade por um longo tempo, reduzindo significativamente os custos de operação e manutenção do equipamento.
Resumo
As principais vantagens térmicas do alumínio extrudado são incorporadas em: condutividade térmica eficiente e forte adaptabilidade, armazenamento e dissipação de calor uniformes, desempenho estável em altas temperaturas e expansão térmica controlável. Combinado com as vantagens abrangentes de leveza, boa conformabilidade e baixo custo de processamento, tornou-se um material de gerenciamento térmico central comum em muitas indústrias. À medida que as atualizações de fabricação de precisão industrial e os requisitos de dissipação de calor dos equipamentos continuam a aumentar, ao otimizar o processo de extrusão e a fórmula da liga, o potencial de desempenho térmico do alumínio extrudado será ainda mais liberado e desempenhará um papel mais importante na fabricação de ponta, novas energias, engenharia térmica com economia de energia e outros campos no futuro.
