알루미늄 합금은 산업에서 가장 널리 사용되는 비철 금속 구조 재료이며, 특히 재료의 열 전도도가 매우 중요한 시나리오와 전자 장비 열 발산, 전기 자동차의 3대 전원 시스템의 열 방출, 배터리 에너지 저장 시스템과 같이 효율적인 열 전도가 필요한 상황에서 사용됩니다. 열 발산 및 항공우주 분야에서는 일반적으로 라디에이터, 열 전도판, 전자 부품과 같은 효율적인 열 전달 장비를 제조하는 데 사용됩니다.

열전도도라고도 불리는 열전도율은 재료의 열전도도를 나타내는 매개변수 지수이며 단위 시간, 단위 면적 및 음의 온도 구배를 나타냅니다. 단위는 W/m·K 또는 W/m· ℃입니다.알루미늄합금은 알루미늄과 기타 금속을 혼합한 합금재료로 열전도율이 매우 우수하며, 일반적으로 열전도계수는 140~200W/(m·K)로 지각에서 가장 많이 함유되어 있는 금속입니다. 알루미늄은 열전도율이 상대적으로 낮고 높이가 높으며 밀도가 낮고 가격이 저렴하기 때문에 선호됩니다.

1-알루미늄 합금 소재의 열전도 원리

물질의 인접한 부분 사이에 온도차가 있으면 접촉부를 통해 열이 고온부에서 저온부로 흘러 열전도가 발생합니다. 금속 재료에는 많은 수의 자유 전자가 있으며, 자유 전자는 금속 내에서 빠르게 이동할 수 있으며 열을 빠르게 전달할 수 있습니다. 격자 진동은 금속 열 전달의 또 다른 방법이지만 자유 전자 전달 상태에 부차적입니다.

금속과 비금속의 열전도 방식 비교

2-알루미늄 합금의 열전도율에 영향을 미치는 요인

a.합금은 열전도율에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나입니다. 합금원소는 고용원자, 석출상, 중간상의 형태로 존재하며, 이러한 형태는 공석, 전위, 격자왜곡 등의 결정결함을 가져오며, 이러한 결함은 전자 산란의 가능성을 증가시켜 그 수를 감소시킵니다. 자유 전자의 감소로 인해 합금의 열전도도가 감소합니다. 서로 다른 합금 원소는 Al 매트릭스에 서로 다른 정도의 격자 왜곡을 생성하고 열전도도에 서로 다른 영향을 미칩니다. 이러한 차이는 합금 원소의 원자가, 원자 부피 차이, 핵외 전자 배열 및 응고 반응 유형과 같은 여러 요인의 결과입니다.

b.열처리는 알루미늄 합금 가공에서 매우 중요한 단계입니다. 알루미늄 합금의 미세 구조와 상 변형을 변경하면 열전도율이 크게 영향을 받을 수 있습니다. 고용체 처리는 알루미늄 합금을 특정 온도로 가열하여 매트릭스의 용질 원자를 완전히 용해시킨 다음 빠르게 냉각하여 균일한 고용체를 얻는 것입니다. 이 처리는 재료의 기계적 특성을 향상시키지만 일반적으로 열전도도를 감소시킵니다. 시효 처리는 고용 처리 후 적절한 냉간 변형과 재가열을 통해 이루어지며, 이는 합금의 미세 구조를 최적화하고 전반적인 성능을 향상시킬 수 있습니다. 시효 처리는 합금의 기계적 특성과 열전도율을 고려하여 합금이 높은 강도를 유지하는 동시에 우수한 열전도도를 갖도록 합니다. 어닐링은 합금의 두 번째 상을 침전시키고 재분배시키기 위해 합금을 더 낮은 온도에서 유지함으로써 합금의 미세 구조를 개선합니다. 어닐링 처리는 알루미늄 합금의 가소성과 인성을 향상시킬 수 있지만 열전도율에 미치는 영향은 특정 상황에 따라 다릅니다.

노화 과정에서 Al-Cu 합금의 결정 구조 변화에 대한 모식도

c.기타 요인，불순물 및 2차 상 입자에 영향을 미칩니다. 알루미늄 합금의 불순물 및 2차 상 입자(예: 산화물, 탄화물 등)는 뜨거운 캐리어(전자 및 포논)를 산란시켜 열전도도를 감소시킬 수 있습니다. 불순물 함량이 높을수록 두 번째 상 입자가 더 거칠어지고 일반적으로 열전도도가 낮아집니다. 알루미늄 합금의 입자 크기도 열전도도에 영향을 미칩니다. 일반적으로 결정립 크기가 작을수록 결정립계는 많아지고 열전도율은 낮아집니다. 또한, 알루미늄 합금의 가공 방법(예: 압연, 압출, 단조 등)은 미세 구조 및 잔류 응력 상태에 영향을 미쳐 열전도도에 영향을 미칩니다. 가공 경화 및 잔류 응력은 열전도도를 감소시킵니다.

요약하면, 알루미늄 합금은 알루미늄 합금의 합금 요소 유형 및 형태, 열처리 방법, 불순물, 입자 크기 및 성형 방법과 같은 요소가 모두 알루미늄의 열전도도에 영향을 미치는 높은 열전도율 재료에 이상적인 선택입니다. 합금 재료를 설계할 때 재료 구성 및 공정 계획을 종합적으로 고려해야 합니다.

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