Теплопроводность алюминия: Свойства алюминия: плотность, теплопроводность, теплоемкость Al

Физические свойства алюминиевых сплавов

Физические  свойства алюминия

Основные физические  свойства алюминия и алюминиевых сплавов, которые являются полезными для применения:

• плотность или удельный вес;
• температура плавления;
• коэффициент теплового расширения;
• теплопроводность;
• электропроводность.

Эти свойства алюминия представлены ниже в таблицах [1]. Они могут рассматриваться только как основание для сравнения сплавов и их состояний и не должны применяться для инженерных расчетов. Они не являются гарантированными величинами, поскольку в большинстве случаев являются осредненными значениями для изделий с различными размерами, формами и методами изготовления. Поэтому они не могут быть в точности репрезентативными для изделий любых размеров и форм.

Номинальные величины плотности популярных алюминиевых сплавов представлены для отожженного состояния (О). Различия в плотности связаны с тем, что сплавы имеют различные легирующие элементы и в разных количествах: кремний и магний легче алюминия (2,33 и 1,74  г/см³), а железо, марганец, медь и цинк – тяжелее (7,87; 7,40; 8,96 и 7,13 г/см³).

О влиянии физических свойств алюминия и, в частности, его плотности, на конструкционные характеристики алюминиевых сплавов см. здесь.

Алюминий как химический элемент

• Алюминий является третьим по распространенности – после кислорода и кремния – среди около 90 химических элементов, который обнаружены в земной коре.
• Среди элементов-металлов – он первый.
• Этот металл обладает многими полезными свойствами, физическими, механическими, технологическими – благодаря которым он широко применяется во всех сферах человеческой деятельности.
• Алюминий – это ковкий металл, который имеет серебристо-белый цвет и легко обрабатывается большинством методов обработки металлов давлением: прокаткой, волочением, экструзией (прессованием), ковкой.
• Его плотность – удельный вес – составляет около 2,70 граммов на кубический сантиметр.
• Чистый алюминий плавится при температуре 660 градусов Цельсия.
• Алюминий имеет относительно высокие коэффициенты теплопроводности и электропроводности.
• В присутствии кислорода всегда покрыт тонкой, невидимой пленкой оксида. Эта пленка является в значительной степени непроницаемой и имеет довольно высокие защитные свойства. Поэтому алюминий обычно демонстрирует стабильность и длительный срок службы при нормальных атмосферных условиях.

Комбинация свойств алюминия и его сплавов

Алюминий и его сплавы обладают уникальными комбинациями физических и других свойств. Это сделало алюминий одним из наиболее разносторонних, экономически выгодных и привлекательных конструкционных и потребительских материалов. Алюминий находит применение в очень широком диапазоне – от мягкой, очень пластичной упаковочной фольги до самых ответственных космических проектов. Алюминий по праву является вторым после стали среди многочисленных конструкционных материалов.

Низкая плотность

Алюминий – это один из самых легких промышленных конструкционных. Плотность алюминия приблизительно в три раза ниже, чем у стали или меди. Это физическое свойство обеспечивает ему высокую удельную прочность – прочность на единицу массы.

Рисунок 1.1 – Объем единицы веса алюминия в сравнении с другими металлами [3]

Рисунок 1.2 – Влияние легирующих элементов на
прочностные свойства, твердость,
хрупкость и пластичность [3]

Рисунок 1 – Прочность на единицу плотности алюминия в сравнении с различными металлами и сплавами [3]

Рисунок 2 – Кривые растяжения алюминия в сравнении с различными металлами и сплавами [3]

Поэтому алюминиевые сплавы широко применяют в транспортном машиностроении для увеличения грузоподъемности транспортных средств и экономии топлива.

• Паромные катамараны,
• нефтяные танкеры и
• самолеты –

вот лучшие примеры применения алюминия в транспорте.

Рисунок 3 – Плотность алюминия в зависимости от его чистоты и температуры [2]

Коррозионная стойкость

Алюминий имеет высокую коррозионную стойкость благодаря тонкому слою оксида алюминия на его поверхности. Эта оксидная пленка мгновенно образуется, как только свежая поверхность алюминия входит в контакт с воздухом (рисунок 4). Во многих случаях это свойство позволяет применение алюминия без какой-либо специальной обработки поверхности. Если требуется дополнительное защитное или декоративное покрытие, то применяют анодирование или окраску его поверхности.

Рисунок 4
а – естественное оксидное покрытие на сверхчистом алюминии;
б – коррозия алюминия чистотой 99,5 % с естественным оксидным покрытием
в коорозионно агрессивной среде [2]

Рисунок 5.1 – Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость и усталостную прочность [3]

Рисунок 5.2 – Точечная коррозия (питтинговая коррозия) алюминиевых листов
из сплава 3103 в различных коррозионных условиях [3]

Прочность

Прочностные свойства чистого алюминия являются довольно низкими (рисунок 6). Однако эти механические свойства могут возрастать очень сильно, если в алюминий добавляют легирующие элементы и, кроме того, его подвергают термическому (рисунок 6) или деформационному (рисунок 7) упрочнению.

Типичными легирующими элементами являются:

• марганец,
• кремний,
• медь,
• магний
• и цинк.

Рисунок 6 – Влияние чистоты алюминия на его прочность и твердость [2]

Рисунок 7 – Прочностные свойства высокочистых деформируемых
алюминиево-медных сплавов в различных состояниях [2]
(О – отожженный, W – сразу после закалки, Т4 – естественно состаренный, Т6 – искусственно состаренный)

Рисунок 8 – Механические свойства алюминия 99,50 %
в зависимости от степени полученной холодной деформации [2]

Рисунок 2 – Влияние легирующих элементов на плотность и модуль Юнга [3]

Прочность при низких температурах

Известно, что сталь становится хрупкой при низких температурах. Алюминий же, напротив, при низких температурах повышает свою прочность и сохраняет высокую вязкость. Именно это физическое свойство дало возможность его применения в космических аппаратах, которые работают в условиях космического холода.

Рисунок 9 – Изменение механические свойства алюминиевого сплава 6061
с понижением температуры

Теплопроводность

Алюминий проводит тепло в три раза быстрее, чем сталь. Это физическое свойство является очень важным в теплообменных аппаратах для нагрева или охлаждения рабочей среды. Отсюда – широкое применение алюминия и его сплавов в кухонной посуде, кондиционерах воздуха, примышленных и автомобильных теплообменниках.

Рисунок 10 – Теплопроводность алюминия в сравнении с другими металлами [3]

Отражательная способность

Алюминий является отличным отражателем лучистой энергии во всем интервале длин волн. Это физическое свойство позволяет применять его в приборах, которые работают от ультрафиолетового спектра через видимый спектр до инфракрасного спектра и тепловых волн, а также таких электромагнитных волн, как радиоволны и радарные волны [1].

Алюминий имеет способность отражать более 80 % световых волн, что обеспечивает ему широкое применение в осветительных приборах (рисунок 11). Благодаря этому физическому свойству он находит применение в теплоизоляционных материалах. Например, алюминиевая кровля отражает большую долю солнечного излучения, что обеспечивает в помещениях прохладную атмосферу летом и, в то же время, сохраняет тепло помещения зимой.

Рисунок 11 – Отражательные свойства алюминия [2]

Рисунок 12 – Отражательные свойства и эмиссивность алюминия с различной обработкой поверхности [3]

Рисунок 13 – Сравнение отражательных свойств различных металлов [3]

Электрические свойства

• Алюминий является одним из двух доступных металлов, которые имеют достаточно высокую электрическую проводимость, чтобы применять их в качестве электрических проводников.
• Электрическая проводимость «электрической» марки алюминия 1350 составляет около 62 % от международного стандарта IACS – электрической проводимости отожженной меди.
• Однако удельный вес алюминия составляет только треть от удельного веса меди. Это означает, что он проводит в два раза больше электричества, чем медь того же веса. Это физическое свойство обеспечивает алюминию широкое применение в высоковольтных линиях электропередачи (ЛЭП), трансформаторах, электрических шинах и цоколях электрических лампочек.

Рисунок 14 – Электрические свойства алюминия [3]

Магнитные свойства

Алюминий обладает свойством не намагничиваться в электромагнитных полях. Это делает его полезным при защите оборудования от воздействия электромагнитных полей. Другим применением этого свойства является компьютерные диски и параболические антенны.

Рисунок 15 – Намагничиваемость алюминиевого сплава AlCu [3]

Токсические свойства

Это свойство алюминия – отсутствие токсичности – было обнаружено еще в начале его промышленного освоения. Именно это свойство алюминия дало возможность  его применения для изготовления кухонной посуды и приборов без какого-либо вредного воздействия для тела человека. Алюминий со своей гладкой поверхностью легко поддается чистке, что важно для обеспечения высокой гигиены при приготовлении пищи. Алюминиевая фольга и контейнеры широко и безопасно применяются при упаковке с прямым контактом с продуктами.

Звукоизоляционные свойства

Это свойство алюминия дает ему применение при выполнении звукоизоляции потолков.

Способность поглощать энергию удара

Алюминий имеет модуль упругости в три раза меньший, чем у стали. Это физическое свойство дает большое преимущество для изготовления автомобильных бамперов и других средств безопасности автомобилей.

Рисунок 16 – Автомобильные алюминиевые профили
для поглощения энергии удара при аварии

Пожаробезопасные свойства

Алюминиевые детали не образует искр при ударе друг о друга, а также другие цветные металлы. Это физическое свойство находит применение при повышенных мерах пожарной безопасности конструкций, например, на морских нефтяных вышках.

Вместе с тем, с повышением температуры выше 100 градусов Цельсия прочность алюминиевых сплавов значительно снижается (рисунок 17).

Рисунок 17 – Прочность при растяжении алюминиевого сплава 2014-Т6
при различных температурах испытания [3]

Технологические свойства

Легкость, с которой алюминий может быть переработан в любую форму – технологичность, является одним из наиболее важных его достоинств. Очень часто он может успешно конкурировать с более дешевыми материалами, которые намного труднее обрабатывать:

• Этот металл может быть отлит любым методом, который известен металлургам-литейщикам.
• Он может прокатан до любой толщины вплоть до фольги, которая тоньше листа бумаги.
• Алюминиевые листы можно штамповать, вытягивать, высаживать и формовать всем известными методами обработки металлов давлением.
• Алюминий можно ковать всеми методами ковки
• Алюминиевая проволока, которую волочат из круглого прутка, может затем сплетаться в электрические кабели любого размера и типа.
• Почти не существует ограничений формы профилей, в которые получают из этого металла методом экструзии (прессования).

Рисунок 18.1 – Литье алюминия в песчаную форму

Рисунок 18.2 – Непрерывная разливка-прокатка алюминиевой полосы [5]

Рисунок 18.3 – Операция высадки при изготовлении алюминиевых банок [4]

Рисунок 18.4 – Операция ковки алюминия

Рисунок 18.5 – Холодное волочение алюминия

Рисунок 18.6 – Прессование (экструзия) алюминия

Источники:

1. Aluminium and Aluminium Alloys. – ASM International, 1993.
2. A. Sverdlin Properties of Pure Aluminum // Handbook of Aluminum, Vol. 1 /ed. G.E. Totten, D.S. MacKenzie, 2003
3. TALAT 1501
4. TALAT 3710

Теплопроводность — алюминий — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Cтраница 2

Прочность алюминиевой оболочки в несколько раз выше свинцовой, алюминий в 4 2 раза легче свинца ( удельный вес 2 7 и 11 4 соответственно), теплопроводность алюминия примерно в шесть раз выше, чем у свинца, его сопротивление усталости при вибрации в 25 раз больше, чем у свинца. В четырехпроводных сетях переменного тока напряжением до 1000 в с глухозаземленной нейтралью допускается использование алюминиевой оболочки в качестве нулевого рабочего провода.
 [16]

В этом уравнении di 15 5 — 10 — 3 ( м) — наружный диаметр графитового баллона; d0 1 1 45 — 10 — 3 ( м) — диаметр сечения испытуемого расплавленного металла; q ( z) ( ккал / м2 — час) — тепловой поток на наружной поверхности графитового баллона; К AI и гр ( ккал / м — час — град) — соответственно коэффициенты теплопроводности алюминия и графита.
 [17]

Из металлов лучше всего проводят тепло серебро и медь. Теплопроводность алюминия примерно в 2 5 раза, железа в в раз, свинца в 12 раз меньше, чем меди.
 [18]

Корродирующее действие некоторых компонентов флюса на алюминий нейтрализуются промывкой шва и поверхности деталей 10 % — ным раствором азотной кислоты в теплой воде и в последующем горячей водой. Теплопроводность алюминия почти в 5 раз, а теплоемкость в 2 раза больше, чем стали, поэтому при сварке алюминия необходимо поддерживать более высокую температуру пламени, чем температура плавления алюминия.
 [19]

Теплопроводность алюминия в 3 раза больше, чем у стали, коэффициент расширения в 2 раза превышает коэффициент расширения стали.
 [21]

Кристаллическая решетка алюминия состоит, как и у многих других металлов, из гра-нецентрированных кубов ( см. стр. Теплопроводность алюминия вдвое больше теплопроводности железа и равна половине теплопроводности меди. Его электропроводность намного выше электропроводности железа и достигает 60 % электропроводности меди.
 [22]

Из металлов лучше всего проводят тепло серебро и медь. Теплопроводность алюминия примерно в 2 5 раза, железа в б раз, свинца в 12 раз меньше, ч м меди.
 [23]

С понижением чистоты алюминия теплопроводность уменьшается, а с повышением температуры несколько увеличивается. При 100 теплопроводность алюминия составляет — 66 5 % теплопроводности серебра.
 [24]

Если это количество теплоты известно, то для сечения z по замеренному значению градиента температур в нем можно рассчитать величину коэффициента теплопроводности образца. Окончательный расчет искомой величины коэффициента теплопроводности алюминия состоит в расчете поправки для коэффициента теплопроводности образца на теплоту, проходящую по стенкам графитового баллона.
 [25]

Атомная структура титана, его большое сродство к электрону оказывают сильное влияние на такие свойства, как электропровод ность и теплопроводность. Теплопроводность его в 8 — 10 раз меньше теплопроводности алюминия. Это имеет существенное значение, например, при обработке металла резанием.
 [27]

Модуль упругости титана почти вдвое меньше модуля упругости железа, находится на одном уровне с модулем медных сплавов и значительно выше, чем у алюминия. Теплопроводность титана низкая: она составляет около 7 % от теплопроводности алюминия и 16 5 % от теплопроводности железа. Это необходима учитывать при нагреве металла для обработки давлением и при сварке. Электросопротивление титана примерно в 6 раз больше чем у железа и в 20 раз больше, чем у алюминия.
 [28]

Модуль упругости титана почти вдвое меньше модуля упругости железа, находится на одном уровне с модулем медных сплавов и значительно выше, чем у алюминия. Теплопроводность, титана низкая: она составляет около 7 % от теплопроводности алюминия и 16 5 % от теплопроводности железа.
 [29]

Стеклопласты на основе фенольных смол имеют теплопроводность такого же порядка. Для сравнения следует заметить, что теплопроводность стали равна, 40, а теплопроводность алюминия находится в пределах от 175 до 200 ккал / м-ч-град.
 [30]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

Алюминий 6061-T6 (UNS AA96061) | NIST

Доступные данные:

• Теплопроводность
• Удельная теплоемкость
• Модуль Юнга
• Линейное тепловое расширение

	Теплопроводность	Удельная теплоемкость
ЕДИНИЦЫ	Вт/(м-К)	Дж/(кг-К)
и	0,07918	46.6467
б	1,0957	-314. 292
с	-0,07277	866,662
д	0,08084	-1298,3
и	0,02803	1162.27
ф	-0,09464	-637,795
г	0,04179	210.351
ч	-0,00571	-38.3094
и	0	2,96344
диапазон данных	4-300	4-300
диапазон уравнений	1-300	4-300
аппроксимация кривой % ошибки относительно данных	0,5	5

Теплопроводность AL 6061-T6 от 4К до 300К

Удельная теплоемкость AL 6061-T6 от 4К до 300К

уравнение вида:
y = a + bT + cT 2 + dT 3 + eT 4	>T > T низкий
у = ж	Т < Т низкий
решает, как ожидалось: Где: Коэффициенты a-e суммированы в соответствующей таблице, T — температура в K (ось x), а y — свойство, для которого необходимо найти.

Модуль Юнга AL 6061-T6 от 2K до 295К

Линейное расширение AL 6061-T6 от 0K до 300K

Вернуться к индексу свойств материалов

Ссылки

Линейное тепловое расширение
Материалы и жидкости СПГ. Эд. Дуглас Манн
Национальное бюро стандартов, отделы криогеники
Первое издание, 1977 г.

Удельная теплоемкость
Материалы и жидкости СПГ. Эд. Дуглас Манн
Национальное бюро стандартов, отдел криогеники
Первое издание, 1977 г.

Ю. С. Тулукян (Эти данные не использованы)
Рекомендуемые значения теплофизических свойств восьми сплавов, основных компонентов и их оксидов
Университет Пердью. Февраль 1965 г.

Теплопроводность
База данных тепловых свойств материалов при криогенных температурах.
Эд. Холли М. Верес. Том 1

Рекомендуемые значения теплофизических свойств восьми сплавов,
Основные составляющие и их оксиды
Ю. С. Тулукиан (Университет Пердью), февраль 1965 г.

Модуль Юнга
Материалы и жидкости СПГ. Эд. Дуглас Манн
Национальное бюро стандартов, отдел криогеники
Первое издание, 1977 г. Таблица 1009

Полный справочный список свойств криогенных материалов

Тепловые свойства и металлы

Создано 28 февраля 2018 г., обновлено 2 июня 2021 г.

Стандарт теплопроводности печатной платы с алюминиевым сердечником — производство печатных плат и сборка печатных плат

hermal C проводимость :

Теплопроводность печатной платы с алюминиевым сердечником — это параметр тепловых характеристик алюминиевой подложки, который является одним из трех основных критериев измерения качества (двумя другими свойствами являются тепловые характеристики). значение сопротивления и значение выдерживаемого напряжения).

Теплопроводность алюминиевой подложки можно проверить после ламинирования. В настоящее время высокой теплопроводностью обычно обладают керамика, медь и т. д. Однако стоимость керамики и меди высока. Таким образом, наиболее широко используется алюминиевая подложка, которая представляет собой уникальную алюминиевую подложку на металлической основе, покрытую медью, с хорошей теплопроводностью, электроизоляцией и механическими свойствами.

Производительность печатной платы с алюминиевым сердечником:

(1) Тепловыделение

Многослойная печатная плата имеет высокую плотность и высокую мощность. Трудно рассеивать тепло.

Обычные подложки для печатных плат, такие как FR4, CEM3, являются проводниками с плохой теплопроводностью. Локальный нагрев электронного оборудования не решается, что приводит к высокой температуре и выгоранию электронных компонентов. Но алюминиевая подложка может решить эту проблему отвода тепла.

(2) Тепловое расширение

Тепловое расширение и сжатие являются общей природой материи, и коэффициенты теплового расширения разных веществ различны. Печатная плата на алюминиевой основе может эффективно решить проблему отвода тепла, уменьшая тем самым тепловое расширение и сжатие различных материалов на печатной плате и повышая долговечность и надежность всей машины и электронного оборудования. В частности, решается проблема теплового расширения и сжатия SMT (технология поверхностного монтажа).

(3) Стабильность размеров

Печатная плата с алюминиевым сердечником явно намного более стабильна, чем печатные платы из изоляционных материалов, которые нагреваются от 30 ° C до 140 ~ 150 ° C, а изменение размеров составляет 2,5 ~ 3,0%.

(4) Другие причины

Эффект экранирования;

A. Замена хрупкой керамической подложки;

B. Уверенно используйте технологию поверхностного монтажа;

C. Уменьшить реальную эффективную площадь печатной платы;

D. Заменяет такие компоненты, как радиаторы, для улучшения тепловых и физических свойств продукта;

E. Сокращение затрат на производство печатных плат и рабочей силы.

Алюминиевая подложка

(1) Металлическая основа

Алюминиевые подложки с использованием алюминия LF, L4M и Ly12 требуют предела прочности при расширении 30 кгс/мм2 и относительного удлинения 5%. Алюминиевый базовый слой US Begas делится на четыре типа 1,0, 1,6, 2,0 и 3,2 мм, алюминиевый тип 6061Т6 или 5052х44.

(2) Изоляционный слой

Изоляция, обычно 50~200 мкм. Если он слишком толстый, он может действовать как изолятор, чтобы предотвратить короткое замыкание с металлическим основанием, но это повлияет на рассеивание тепла; если он слишком тонкий, он может хорошо рассеивать тепло, но легко вызвать короткое замыкание металлического сердечника и вывода компонента.

Введение стандарта теплопроводности алюминиевой подложки

Теплопроводность алюминиевой подложки является одним из важных показателей для оценки качества алюминиевой подложки. Двумя другими важными факторами являются термическое сопротивление алюминиевой подложки и выдерживаемое напряжение алюминиевой подложки. Теплопроводность алюминиевой подложки обычно присутствует на рынке. 2.00.1, удельная теплопроводность алюминиевой подложки может быть измерена прибором, теплопроводность алюминиевой подложки будет напрямую влиять на цену алюминиевой подложки, как правило, чем выше теплопроводность алюминиевой подложки относительно Цена алюминиевой подложки будет выше. Что касается качества алюминиевой подложки, то нельзя однозначно смотреть на теплопроводность алюминиевой подложки. Характеристики алюминиевой подложки определяются теплопроводностью алюминиевой подложки, термическим сопротивлением алюминиевой подложки и выдерживаемым напряжением. Она не определяется одним фактором.

Теплопроводность алюминиевой подложки, как правило, постоянна и не зависит от внешних факторов. Теплопроводность определяется в основном сырьем алюминиевой подложки. Если добавить материалы с высокой теплопроводностью, такие как медь и серебро, теплопроводность материала алюминиевой подложки определенно будет выше. Теплопроводность — основная физическая величина, фиксированная составляющая материала, и ее теплопроводность не зависит от толщины или площади.

В настоящее время высокой теплопроводностью обычно обладают керамика, медь и т. д. Однако из-за учета стоимости сегодня на рынке представлено большинство алюминиевых подложек, и соответствующая теплопроводность алюминиевой подложки является параметром, который все заботятся. Чем выше теплопроводность. Один из символов, который представляет лучшую функцию. Алюминиевая подложка представляет собой обычную алюминиевую подложку на металлической основе, покрытую медью, с хорошей теплопроводностью, электроизоляцией и функциями механической обработки.