La aleación de aluminio es el material estructural no ferroso más utilizado en la industria, especialmente en escenarios donde la conductividad térmica de los materiales es de gran preocupación, y en situaciones donde se requiere una conducción de calor eficiente, como en la disipación de calor de equipos electrónicos, la disipación de calor de los tres sistemas de potencia de vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía en baterías. En los campos de la disipación de calor y la aeroespacial, se utiliza generalmente para fabricar equipos de transferencia de calor eficientes, como radiadores, placas de conducción de calor y componentes electrónicos.

La conductividad térmica, también llamada conductividad térmica, es un índice de parámetro que caracteriza la conductividad térmica de los materiales. Indica la conducción de calor por unidad de tiempo, unidad de área y gradiente de temperatura negativo. La unidad es W/m·K o W/m·℃. La aleación de aluminio es un material de aleación compuesto de aluminio y otros metales. Su conductividad térmica es muy excelente y el coeficiente de conductividad térmica suele estar entre 140-200 W/(m·K). Como el metal con mayor contenido en la corteza terrestre, el aluminio tiene un coeficiente de conductividad térmica relativamente bajo. Es favorecido por su gran altura, baja densidad y bajo precio.

1-Principio de conductividad térmica de los materiales de aleación de aluminio

Cuando hay una diferencia de temperatura entre áreas adyacentes de un material, el calor fluirá desde el área de alta temperatura al área de baja temperatura a través de la parte de contacto, lo que dará como resultado la conducción de calor. Hay una gran cantidad de electrones libres en los materiales metálicos. Los electrones libres pueden moverse rápidamente en el metal y pueden transferir calor rápidamente. La vibración reticular es otra forma de transferencia de calor del metal, pero queda relegada a un segundo plano en comparación con el método de transferencia de electrones libres.

Comparación de los métodos de conducción del calor entre metales y no metales

2-Factores que afectan la conductividad térmica de las aleaciones de aluminio

a.La aleación es uno de los principales factores que afectan la conductividad térmica. Los elementos de aleación existen en forma de átomos de solución sólida, fases precipitadas y fases intermedias. Estas formas traerán defectos cristalinos, como vacantes, dislocaciones y distorsión reticular. Estos defectos aumentarán la probabilidad de dispersión de electrones, lo que dará como resultado una reducción en el número de electrones libres, reduciendo así la conductividad térmica de las aleaciones. Diferentes elementos de aleación producen diferentes grados de distorsión reticular en la matriz de Al y tienen diferentes efectos en la conductividad térmica. Esta diferencia es el resultado de múltiples factores como la valencia de los elementos de aleación, las diferencias de volumen atómico, la disposición de los electrones extranucleares y el tipo de reacción de solidificación.

b.El tratamiento térmico es un paso muy importante en el procesamiento de aleaciones de aluminio. Al cambiar la microestructura y la transformación de fase de las aleaciones de aluminio, su conductividad térmica puede verse afectada significativamente. El tratamiento de solución sólida consiste en calentar la aleación de aluminio a una determinada temperatura para disolver completamente los átomos de soluto en la matriz y luego enfriarla rápidamente para obtener una solución sólida uniforme. Este tratamiento mejora las propiedades mecánicas del material, pero generalmente reduce su conductividad térmica. El tratamiento de envejecimiento se realiza mediante una deformación en frío adecuada y un recalentamiento después del tratamiento de solución sólida, lo que puede optimizar la microestructura de la aleación y mejorar su rendimiento general. El tratamiento de envejecimiento tiene en cuenta las propiedades mecánicas y la conductividad térmica de la aleación, de modo que la aleación mantenga una alta resistencia y al mismo tiempo tenga una buena conductividad térmica. El recocido mejora la microestructura de la aleación manteniéndola a una temperatura más baja para precipitar y redistribuir la segunda fase en la aleación. El tratamiento de recocido puede mejorar la plasticidad y la tenacidad de las aleaciones de aluminio, pero el efecto sobre la conductividad térmica varía según la situación específica.

Diagrama esquemático de los cambios en la estructura cristalina durante el proceso de envejecimiento de la aleación Al-Cu

c.Otros factores que influyen son las impurezas y las partículas de la segunda fase: Las impurezas y las partículas de la segunda fase (como óxidos, carburos, etc.) en las aleaciones de aluminio pueden dispersar los portadores calientes (electrones y fonones), reduciendo así la conductividad térmica. Cuanto mayor sea el contenido de impurezas, más gruesas serán las partículas de la segunda fase y, en general, menor será la conductividad térmica. El tamaño de grano de las aleaciones de aluminio también afecta a la conductividad térmica. En términos generales, cuanto menor sea el tamaño de grano, más límites de grano habrá y menor será la conductividad térmica. Además, el método de procesamiento de la aleación de aluminio (como laminado, extrusión, forjado, etc.) afectará a su microestructura y estado de tensión residual, lo que afectará a la conductividad térmica. El endurecimiento por deformación y las tensiones residuales reducen la conductividad térmica.

En resumen, la aleación de aluminio es una opción ideal para materiales con alta conductividad térmica. Factores como el tipo de elementos de aleación en las aleaciones de aluminio y sus formas, los métodos de tratamiento térmico, las impurezas, el tamaño del grano y los métodos de moldeo afectarán la conductividad térmica de los materiales de aleación de aluminio. Se deben tener en cuenta consideraciones exhaustivas al diseñar la composición del material y la planificación del proceso.

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