Bagaimana cara memastikan konduktivitas termal bahan pencetakan logam?

一, Sistem Bahan: Batas atas konduktivitas termal ditentukan oleh kualitas intrinsik
Struktur atom dan sifat gerak elektronik bahan logam menentukan konduktivitas termal mereka. Perak (Ag) dan tembaga (Cu) adalah dua logam murni yang paling konduktif secara termal, sedangkan aluminium (AL) telah mendapatkan popularitas di sektor kedirgantaraan karena sifatnya yang ringan. Paduan telah muncul sebagai strategi penting untuk meningkatkan kinerja keseluruhan karena menantang bagi satu logam tunggal untuk memenuhi tuntutan keadaan operasi yang rumit.
1. Paduan Berdasarkan Tembaga: Memukul keseimbangan antara kekuatan dan konduktivitas panas yang baik
Penambahan penguatan fase CR2NB laves ke NASA - dikembangkan GRCOP - 42 (Cu-4CR-2NB) dan GRCOP-84 (CU-8CR-4NB) PUSAT KOPPER PURED PURETSILE MUREKILASI MURE DARI PURETSILE MEREKA LEBIH DARI 400MPA PURED SESEGING MEREKSIRIFIVER MEREKURITIONAL MEREKA PURETIVITY MEREKA. Dibandingkan dengan paduan tembaga konvensional, data eksperimental menunjukkan bahwa GRCOP-42 yang diproduksi menggunakan proses peleburan bedeng bubuk laser (L-PBF) memiliki peningkatan 15% dalam konduktivitas termal dan dapat mempertahankan konduktivitas termal yang stabil pada suhu antara 500 dan 800 derajat. Manfaat utama dari bahan ini, yang telah digunakan secara luas di ruang pembakaran pendingin regeneratif mesin roket, adalah: adalah: adalah: adalah:
Kontrol struktur mikro: l - laju pendinginan tinggi proses PBF (10 ⁴ -10 ⁶ k/s) mengurangi hamburan gerak elektron dengan memperbaiki ukuran fase CR2NB ke tingkat skala nano;
Keseragaman Komposisi: Dengan mencegah variasi konduktivitas termal yang disebabkan oleh pemisahan lokal, teknologi bubuk atomisasi gas menjamin distribusi seragam elemen CR dan NB dalam matriks tembaga.
2.Alloys Berdasarkan Aluminium: Kombinasi Konduktivitas Termal dan Ringan
Paduan aluminium yang paling banyak digunakan dalam pencetakan 3D adalah ALSI10MG, yang memiliki konduktivitas panas sekitar 120W/(M · K). Keuntungan kepadatannya 2.7g/cm³ menjadikannya bahan yang sempurna untuk radiator baterai kendaraan energi baru dan sistem manajemen termal satelit. Strategi berikut dapat digunakan untuk memaksimalkan konduktivitas termal komponen ALSI10MG yang diproduksi menggunakan proses peleburan laser selektif (SLM):
Kontrol ukuran partikel bubuk: Menggunakan bubuk halus 15-45 μm dapat meningkatkan konduktivitas panas sebesar 10%, mengurangi porositas, dan meningkatkan fluiditas kolam leleh;
Prosedur Perlakuan Panas: Fase SI skala nano dapat diendapkan dengan larutan padat T6 ditambah perlakuan penuaan, meningkatkan kekerasan dan menstabilkan konduktivitas termal dalam kisaran 115-125W/(M · K).
2, parameter proses: Kontrol konduktivitas termal dengan mikro struktur
Selain bahan itu sendiri, kedalaman parameter proses juga mempengaruhi konduktivitas panas pencetakan 3D logam. Dengan mengubah bentuk kolam leleh, laju pendinginan, dan distribusi tegangan residual, variabel seperti daya laser, kecepatan pemindaian, dan ketebalan lapisan, misalnya, secara langsung mempengaruhi konduktivitas termal komponen dalam proses L - PBF.
1. Optimalisasi parameter laser: stabilitas kolam leleh dan jalur konduktivitas termal seimbang.
Ilmuwan NASA ditemukan saat mencetak paduan tembaga GRCOP-42 yang:
Kekuatan laser: Lebar kolam cair tumbuh sebesar 20% ketika daya dinaikkan dari 200W menjadi 300W. Di sisi lain, jika terlalu banyak energi diterapkan, elemen tembaga dapat menguap, menciptakan mikropori dan menurunkan konduktivitas panas sebesar 8%;
Scanning speed: increasing the speed from 800 mm/s to 1200 mm/s results in a 15% increase in interlayer bonding strength, a refinement of the Cr2Nb phase size to less than 50 nm, and a 12% increase in thermal conductivity. The cooling rate also increases from 10 ⁵ K/s to 10 ⁶ K/s. A 20% reduction in equivalent thermal conductivity can occur from overly thick layer thicknesses (>100 μ m), yang dapat menghambat lorong panas di antara lapisan.
2. Pencetakan Multimaterial: Manajemen Konduktivitas Termal yang Akurat pada Interaksi
Salah satu hambatan utama saat mencetak komponen bahan ganda tembaga baja adalah konduktivitas termal pada antarmuka. Studi mengungkapkan bahwa:
Desain Parameter Antarmuka: Difusivitas termal pada baja - antarmuka tembaga dapat ditingkatkan sebesar 50% dengan mengubah kepadatan energi laser dari 50J/mm³ menjadi 80J/mm³. Perlakuan Panas Penuaan: Perlakuan Penuaan pada 520 derajat selama satu jam dapat menghilangkan sisa tegangan pada antarmuka dan selanjutnya meningkatkan difusivitas termal sebesar 30%, membawanya lebih dekat ke 80% bahan tembaga murni.
3, Desain Struktural: Mengoptimalkan Topologi Melepaskan Potensi Konduktivitas Termal
Manfaat utama pencetakan 3D adalah kemampuannya untuk membuat struktur rumit yang tidak mungkin diproduksi menggunakan metode konvensional. Efisiensi konduktivitas termal komponen dapat sangat ditingkatkan dengan menggunakan desain biomimetik dan metode optimasi topologi.
1. Struktur kisi biomimetik: meningkatkan efisiensi disipasi panas dan luas permukaan spesifik
Area disipasi panas dari heat sink LED dapat ditingkatkan sebesar 300% dengan menggunakan struktur kisi oktahedral, dan resistensi termal dapat dikurangi sebesar 40% dengan mengoptimalkan diameter batang kisi (dari 0,5mm menjadi 0,3mm). Menurut data eksperimental, ALSI10MG - heat sink kisi cetak dapat tiga kali lipat umur LED dengan kekuatan 10W dan menurunkan suhu persimpangan dari 120 derajat menjadi 85 derajat.
2. Saluran Pendingin Acak: Mencapai Konduksi Aliran Panas Terrected
Saluran air pendingin konformal berdiameter 0,8mm dapat dirancang menggunakan teknologi pencetakan 3D dalam pembuatan cetakan injeksi, meningkatkan keseragaman suhu cetakan hingga 50% dan mengurangi waktu pendinginan sebesar 40%. Menggunakan cetakan bumper mobil sebagai contoh, waktu siklus dapat dipotong dari 60 detik menjadi 35 detik dan biaya produksi per bagian dapat dikurangi 0,8 yuan dengan mengoptimalkan pengaturan saluran pendingin.
4, posting - pemrosesan: Lepaskan cacat dan lepaskan potensi konduktivitas termal
Konduktivitas panas komponen cetak 3D sangat dipengaruhi oleh porositas internal dan kekasaran permukaannya. Menggunakan paduan tembaga GRCOP-42 sebagai ilustrasi:
Pengobatan dengan Hot Isostatic Pressing (HIP): Porositas dapat dikurangi dari 0,5% menjadi 0,02% dan konduktivitas termal meningkat 8% setelah dua jam perawatan pada 120 MPa dan 500 derajat. Pemolesan Kimia: Kekasaran permukaan menurun dari RA10 μM ke RA0.8 μm dan hambatan hubungi resistensi termal menurun 60% setelah pemolesan dengan larutan campuran asam hidrofluorat asam nitrat.