De ce este ales cuprul pentru radiatoarele
Radiatoarele de căldură din cupru sunt selectate dintr-un motiv dominant: niciun metal de inginerie comun nu mișcă căldura mai eficient pe unitate de secțiune transversală. Cuprul pur, cum ar fi C11000, are o conductivitate termică de aproximativ 385 până la 400 W/(mK) la temperatura camerei, față de aproximativ 200 W/(mK) pentru un aliaj de aluminiu extrudat obișnuit, cum ar fi 6063 și aproximativ 100 W/(mK) pentru aliajele obișnuite{10}de aluminiu turnat sub presiune. Acest decalaj de două până la patru ori se traduce direct într-o soluție termică de funcționare mai mică, mai ușoară sau mai rece pentru aceeași sarcină termică, motiv pentru care cuprul este materialul de alegere în cazul în care bugetul termic este strâns.
Cuprul aduce, de asemenea, un al doilea beneficiu, mai puțin evident: rezistența sa scăzută la răspândire termică. Acolo unde o sursă de căldură este mică în raport cu suprafața plăcii, gâtul nu este suprafața aripioarelor, ci capacitatea bazei de a răspândi căldura în lateral. Conductivitatea ridicată reduce diferența de temperatură pe bază, astfel încât o parte mai mare din suprafața aripioarelor participă efectiv la răcire.
Proprietăți termice și fizice
| Proprietate | Cupru C11000 | Aluminiu 6063-T5 | Aliaj-de aluminiu turnat sub presiune |
|---|---|---|---|
| Conductivitate termică | Aproximativ 390 W/(mK) | Aproximativ 200 W/(mK) | Aproximativ 100 W/(mK) |
| Densitate | 8,96 g/cm3 | 2,70 g/cm3 | 2,65 până la 2,70 g/cm3 |
| Căldura specifică | 0.385 J/(g.K) | 0.90 J/(g.K) | 0.90 J/(g.K) |
| Coeficientul de dilatare termică | Aproximativ 17,0 um/(mK) | Aproximativ 23,1 um/(mK) | Aproximativ 21 până la 23 um/(mK) |
| Conductivitate electrică | Aproximativ 100% IACS când este recoaptă | Aproximativ 53 la sută IACS | Aproximativ 25 până la 30 la sută IACS |
Comparația arată, de asemenea, compromisul{0}}: cuprul este de aproximativ 3,3 ori mai dens decât aluminiul, astfel încât un radiator de cupru cu geometrie identică este mai greu și mai scump pe unitatea de suprafață. Practica de proiectare răspunde prin utilizarea cuprului cu moderație și în mod inteligent, de exemplu ca bază de cupru sau un melc de cupru sub un punct fierbinte cu aripioare de aluminiu lipite deasupra, astfel încât conductivitatea ridicată este implementată exact acolo unde fluxul de căldură este cel mai mare.
Rezistența la coroziune și comportamentul mediului
Cuprul formează un strat de oxid stabil, aderent, care încetinește atacul suplimentar în atmosferele interioare normale și rezistă la apă dulce, apa de mare și multe medii neutre și ușor alcaline mult mai bine decât oțelul carbon. Acest lucru face ca radiatoarele din cupru și tuburile de răcire din-aliaje de cupru să fie adecvate pentru electronice marine, dulapuri offshore, condensatoare HVAC și sisteme de apă potabilă, unde o piesă din oțel sau aluminiu netratat se corodează rapid.
Rezistența nu este nelimitată. Cuprul este atacat de acizii oxidanți, amoniacul și compușii de amoniu și de mediile purtătoare de sulfuri-și este vulnerabil la coroziunea galvanică atunci când este cuplat la un metal mai puțin nobil în prezența unui electrolit. Urmează două reguli de proiectare: evitați îmbinările directe de aluminiu-la-cupru în condiții umed sau încărcate de sare-cu excepția cazului în care îmbinarea este izolată sau placată și specificați un tratament de protecție a suprafeței, cum ar fi placarea cu nichel, cositor sau argint, unde piesa va fi expusă la aer agresiv.
Rute și forme de fabricație
Profile extrudate în C11000 sau C10200 pentru aripioare drepte și secțiuni transversale simple, cu skiving folosit pentru a crește densitatea aripioarelor acolo unde extrudarea nu poate atinge pasul necesar al aripioarelor.
Ansambluri lipite și lipite, în care aripioarele de cupru sunt unite la o bază de cupru sau la un tub prin lipire sau lipire prin reflux pentru a menține calea termică neîntreruptă.
Serpentine tubulare de cupru in C12200, C44300, C68700 si C70600 pentru placi de racire cu lichid, condensatoare si schimbatoare de caldura, cu aliajul ales in functie de agresivitatea mediului de racire.
Fâșii și foi trase și laminate la rece care pot fi perforate, pliate sau forjate în distribuitoare de căldură, învelișuri ale camerei de vapori și părți de ecranare.
Blocuri prelucrate și scufundate pentru module-de mare putere, unde sunt necesare o interfață plată, suprapusă și o bază groasă pentru a gestiona un flux de căldură concentrat.
Cuprul este, de asemenea, ușor de îmbinat prin lipire și lipire, conduce curentul, precum și căldura și poate fi placat fără pregătire specială, ceea ce simplifică integrarea funcțiilor termice și electrice în aceeași piesă.
Aplicații tipice
Răcirea procesorului, a plăcii grafice și a memoriei în computere și servere, unde bazele de cupru, conductele de căldură și camerele de vapori transportă căldura de la o matriță mică la o suprafață mai mare a aripioarelor.
Electronica de putere, inclusiv invertoare, convertoare, motoare și module de tracțiune în vehicule electrice, unde substraturile izolate sunt legate de o placă de bază de cupru.
Iluminare LED și module laser, unde densitatea mare a fluxului și durata de viață lungă necesită temperaturi scăzute ale joncțiunilor.
Dulapuri de telecomunicații, stații radio de bază și unități radar care trebuie să rămână în limitele de temperatură în condiții exterioare.
Schimbătoare de căldură, condensatoare și evaporatoare din instalații frigorifice, HVAC și electrice, care folosesc tuburi de cupru sau aliaj-de cupru pentru combinația lor de conductivitate și rezistență la coroziune.
Lista de verificare pentru selecție și proiectare
| Punct de proiectare | Îndrumări practice |
|---|---|
| Fluxul de căldură la sursă | Folosiți cuprul acolo unde fluxul este concentrat; aripioarele de aluminiu rămân eficiente acolo unde căldura este deja răspândită |
| Greutate și cost | Limitați cuprul la bază, melc sau conductă de căldură și utilizați aluminiu pentru stiva de aripioare |
| Clasa materialului | C11000 pentru conducție generală, C10200 unde conținutul de oxigen trebuie să fie scăzut pentru lipire, C12200 și clase de cupru-nichel pentru tuburile care transportă apă sau apă de mare |
| Calitatea interfeței | Planeitatea suprafeței și un strat controlat de material de interfață termică contează la fel de mult ca și conductivitatea metalului |
| Coroziune și placare | Specificați placarea cu nichel, cositor sau argint pentru ansambluri metalice expuse sau mixte{0}} |
| Alăturarea | Potriviți metalul de umplutură și temperatura procesului cu temperatură de livrare a cuprului, astfel încât baza să nu se înmoaie excesiv |
FAQ
Î: Este cuprul mai bun decât aluminiul pentru radiatoare?
Cuprul conduce căldura de aproximativ de două ori la fel de bine ca aluminiul extrudat și de aproximativ de patru ori la fel de bine-aluminiul turnat sub presiune, dar este de aproximativ 3,3 ori mai dens și mai scump, așa că alegerea depinde de fluxul de căldură și de bugetul de greutate.
Î: Care este conductivitatea termică a unui radiator de cupru?
Calitățile de cupru pur, cum ar fi C11000, ajung la aproximativ 385 până la 400 W/(mK) la temperatura camerei, o cifră pe care placarea sau o interfață legată o pot reduce în timpul funcționării.
Î: Corodează cuprul în sistemele de răcire?
Cuprul rezistă bine la apa dulce și la apa de mare și formează un oxid protector, dar este atacat de amoniac, acizi oxidanți și medii sulfurate și trebuie izolat de aluminiu în funcționare umedă.
Î: Pot fi folosite cuprul și aluminiul în același radiator?
Da, iar combinația este comună, dar îmbinarea trebuie placată, izolată sau menținută uscată, altfel coroziunea galvanică va ataca aluminiul la punctul de contact.
Î: Ce clase de cupru sunt folosite pentru radiatoare și tuburi de răcire?
C11000 și C10200 pentru plăci și materiale cu aripioare și C12200 sau clase de cupru-nichel, cum ar fi C70600 pentru tuburile care manipulează apă, condens sau apă de mare.
Î: Cum este fabricat un radiator de cupru?
Căile obișnuite sunt extrudarea și deformarea profilelor cu aripioare, lipirea sau lipirea prin reflow pentru ansamblurile lipite și trefilarea sau laminarea la rece pentru componentele benzi, tuburi și distribuitoare de căldură.
