Mengapa Aluminium Mentransfer Panas Dengan Sangat Efisien
Aluminium memiliki konduktivitas termal sekitar 235 W/m·K dengan kepadatan hanya 2,70 g/cm³, itulah sebabnya aluminium mendominasi penyerap panas, inti radiator, dan penyebar termal. Elektron bebas membawa sebagian besar energi sementara getaran kisi, atau fonon, menangani sisanya, sehingga panas menyebar melalui bagian padat dan bukannya terakumulasi di satu titik panas. Tembaga masih memiliki konduktivitas yang lebih baik pada suhu sekitar 401 W/m·K, namun lebih dari tiga kali lebih berat, sehingga dalam hal konduktivitas-terhadap-basis massa, aluminium biasanya unggul di dalam wadah.
Nilai murni komersial seperti 1050, 1060 dan 1100 memberikan konduktivitas tertinggi. Elemen paduan menyebarkan elektron dan menurunkan angkanya, sehingga nilai di bawah ini merupakan panduan ukuran dan bukan pengganti data uji pabrik bersertifikat.
| Kelas / marah | Konduktivitas termal pada 20 derajat (W/m·K) | Tugas termal yang khas |
|---|---|---|
| 1060-O | 234 | Busbar, penyebar termal, inti foil |
| 3003-H14 | 193 | Sirip radiator, tabung penukar panas |
| 6061-T6 | 167 | Penyerap panas struktural, pelat dingin |
| 5052-H32 | 138 | HVAC dan perumahan laut |
| 5083-O | 117 | Peralatan kriogenik dan tekanan |
Ekspansi Termal: Penggerak Desain yang Tidak Dapat Diabaikan oleh Siapa Pun
Koefisien linier muai panas aluminium adalah sekitar 23 × 10-6per K, hampir dua kali lipat 12 × 10-6per K baja struktural. Oleh karena itu, bagian aluminium berukuran 1 m tumbuh sekitar 0,023 mm untuk setiap 1 derajat perubahan suhu, itulah sebabnya celah ekspansi, lubang baut berlubang, dan lapisan perekat yang sesuai akan muncul di mana pun logam tersebut digunakan secara struktural. Koefisiennya ditentukan oleh kisi aluminium dan bukan oleh temper, jadi pilihan paduan hampir tidak menggesernya, dan verifikasi mengikuti dilatometri batang dorong ASTM E228.
Penukar Panas, Sirip dan Geometri Saluran Mikro
Rasio konduktivitas-terhadap-berat aluminium kira-kira lima belas kali lipat baja karbon, itulah sebabnya koil HVAC, radiator otomotif, dan kondensor dibuat darinya. Sirip berukuran sekitar 0,1 mm melipatgandakan luas permukaan dengan berat yang dapat diabaikan, dan tabung saluran mikro meningkatkan perpindahan lebih lanjut dengan mendorong zat pendingin melalui banyak saluran paralel kecil, bukan beberapa saluran besar.
Stok foil dan sirip dipasok terutama pada 1100, 1200, 3003, 8011 dan 8006, dengan 8011 dan 8006 digunakan di mana diperlukan kekuatan sirip yang lebih tinggi.
Lembaran mematri berlapis membawa lapisan paduan 4004 atau 4045 sehingga satu lintasan tungku bergabung dengan inti radiator lengkap.
Pelat-inti sirip cocok dengan-alat elektronik berpendingin udara dan-pengering udara bertekanan di mana kekompakan lebih penting daripada peringkat tekanan.
Kekuatan pada Suhu Tinggi dan Rendah
Aluminium murni meleleh pada suhu sekitar 660 derajat , dan langit-langit tersebut menentukan setiap-pengaturan suhu tinggi. Kekuatan luluh turun tajam di atas sekitar 150 derajat , dan servis terus-menerus di atas 400 derajat menyebabkan difusi batas butir yang tidak dapat dibalikkan oleh pendinginan, sementara perjalanan singkat ke 300 derajat memerlukan biaya sekitar setengah kekuatan suhu ruangan hanya sampai bagian tersebut kembali ke suhu sekitar. Strain-yang diperkeras 3003, 3004, 5052, dan 5083 cocok untuk layanan hangat, dan pada ujung dingin, logam memperoleh keuletan dan ketangguhan takik, yang menjadikan 5083, 5052, dan 6061 berada dalam tangki gas cair dan pipa kriogenik dengan loop ekspansi yang menyerap kontraksi.
Pelapisan, Sambungan dan Keterbatasan Praktis
Anodisasi, pengecatan, dan pelapisan bubuk semuanya mengurangi konduktivitas permukaan karena lapisan oksida atau polimer berinsulasi, sehingga area antarmuka termal tertutupi sebelum finishing. Jika aluminium bertemu baja atau tembaga di lingkungan basah dan hangat, korosi galvanik mengontrol desain dan memerlukan mesin cuci berinsulasi atau lapisan pengorbanan. Aluminium juga lebih tahan terhadap siklus termal-regangan tinggi dibandingkan titanium atau paduan dasar nikel-sehingga sambungan bersiklus memerlukan geometri yang sesuai. Mematri dengan pengisi aluminium-silikon menjaga suhu sambungan di bawah kisaran leleh logam induk, dan pengelasan aduk gesekan membatasi porositas sambungan-penampang tebal.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
T: Berapa konduktivitas termal aluminium?
Aluminium murni dapat menghantarkan listrik sekitar 235 W/m·K pada suhu kamar, sedangkan paduan umum seperti 3003, 6061, dan 5052 memiliki daya hantar antara sekitar 120 dan 195 W/m·K.
T: Apakah tembaga merupakan konduktor termal yang lebih baik daripada aluminium?
Tembaga dapat menghantarkan listrik sekitar 401 W/m·K dibandingkan 235 W/m·K untuk aluminium, namun berat aluminium sekitar sepertiganya, sehingga rasio konduktivitas-terhadap-beratnya biasanya merupakan angka yang lebih berguna.
Q: Berapa besar pemuaian aluminium jika dipanaskan?
Koefisien liniernya sekitar 23 × 10-6per K, jadi batang aluminium berukuran 1 m tumbuh kira-kira 0,023 mm per 1 derajat dan sekitar 0,23 mm pada kenaikan 10 derajat.
Q: Bisakah aluminium digunakan di atas 300 derajat?
Perjalanan singkat masih dapat ditoleransi karena kekuatan yang hilang akibat pemanasan kembali setelah pendinginan, namun penggunaan terus menerus di atas 400 derajat akan menurunkan batas butir secara permanen.
T: Mengapa sirip aluminium tebalnya hanya sekitar 0,1 mm?
Sirip tipis meningkatkan luas permukaan per satuan volume sekaligus menjaga berat dan biaya material tetap rendah, dan konduktivitasnya cukup tinggi sehingga sirip tetap hampir isotermal sepanjang panjangnya.
