铝具有出色的机械性能,使其成为各种应用的理想选择。将其与其他材料区分开来的品质之一是其导热性。在常用金属中,铜和铝都具有优异的导热性,这使铝成为涉及调节或转移热量任务的很好选择。

虽然铝的某些方面往往会得到所有关注,例如它的高强度重量比、出色的耐腐蚀性和良好的可成型性,但导热性往往被忽视。铝的导热能力远高于不锈钢和其他金属,因此已成为许多行业制造商的选择,包括电子、塑料和航空航天。

我们经常被问到的一个问题是铝在出现问题之前能达到多高的温度。人们想知道在材料失效之前可以将多少热量施加到铝制零件和机械上。这些问题都归结为两个主要原则:导热性和熔点;这就是我们今天要讨论的内容。

如何测量导热性?

当我们谈论材料的导热性时,我们的意思是它的导热能力。在科学术语中,这被指定为基于所谓的傅立叶定律的数字,该定律指出,通过材料的热传递速率与温度和面积的负梯度成正比,与该梯度成直角,热量通过它流动。这是一种复杂的说法,热导率告诉我们热量通过材料传递的速度有多快。一般来说,数字越大,传热越快。

同样重要的是要注意,即使是纯铝,实际数量也会因热量而异;对于各种合金,计算热导率可能会更加复杂。您永远不应该假设热导率的实验室编号是正确的,因为您需要在各种场景中测试您的应用,以确保它如何处理各种温度。

让我们看一些现实世界的例子。通常用作保温材料的泡沫聚苯乙烯具有非常差的导热性。聚苯乙烯泡沫塑料杯适合盛放热咖啡,因为它不会让液体的热量传递到您拿着杯子的手上。另一方面,像铝这样的金属具有优良的导热性。这意味着,如果你有一个装满极热咖啡的铝制杯子,杯子本身摸起来会很烫,而且很难握住。

散热器是指一种被动式热交换器,其中由电子或机械设备产生的热量传递给空气或液体冷却剂,从而防止设备过热。散热器的常见用途是 CPU 和 GPU,它们往往会很热,并且可能会因过热而损坏。由于铝的导热性和重量轻,铝在此类设备中很常见。

另一个受益于铝的高导热性的工业应用是塑料加工。当熔化的塑料通过注塑或吹塑工艺固化成成品时,模具中的固化时间取决于其材料的导热性。使用铝代替钢可缩短制造零件的周期时间,提高生产率并减少宝贵的冲压/机器时间。

铝的熔点

当然,这种导热性只是在一定程度上是好的。如果金属加热过多,它会开始变形,因此在应用中使用之前,您必须了解材料的熔点以及需要承受多少热量。在其他情况下,了解铝的熔点至关重要,例如焊接或热处理铝合金时。

铝的熔点是多少?如果您在教科书中查找,答案将是 1,221°F (660.3°C),但制造商几乎从不使用纯铝。每种合金都有不同的熔点,有些合金是专门为在高温环境而制造的。有以 Zn、Mg、Cu 和 Sc 作为合金元素的高强度铝合金,其熔点高达 1275°F。

铝的高温应用的另一个主要问题是金属的机械性能将受到影响。通过热处理工艺强化的高合金等级在高温下会失去这些较高的机械性能。暴露在过热环境中会回火并削弱经过热处理的金属。

如果您的应用程序将经历高温,那么在原型阶段仔细测试它是很重要的,特别是在耐久性是一个重要考虑因素的情况下。选择在特定条件下能正常工作的合适合金是确保你的底线的关键。这就是为什么与经验丰富的材料供应商合作可以帮助您节省时间和金钱。