Actuellement, l'aluminium est le matériau le plus utilisé pour les dissipateurs thermiques électroniques. Ses caractéristiques conviennent parfaitement à la fabrication de dissipateurs thermiques en raison de sa bonne conductivité thermique, de son faible coût et de sa grande résistance à la corrosion atmosphérique. Les paragraphes suivants présentent les propriétés de l'aluminium pur et des alliages d'aluminium utilisés dans l'industrie des dissipateurs thermiques, ce qui permet d'approfondir [...]
Actuellement, l'aluminium est le matériau le plus utilisé pour les dissipateurs thermiques électroniques. Ses caractéristiques conviennent parfaitement à la fabrication de dissipateurs thermiques en raison de sa bonne conductivité thermique, de son faible coût et de sa grande résistance à la corrosion atmosphérique.
Ce qui suit présente les propriétés de l'aluminium pur et des alliages d'aluminium utilisés dans l'industrie des dissipateurs thermiques, ce qui permet de mieux comprendre l'aluminium et les alliages d'aluminium.
Densité :
L'aluminium est un métal très léger dont la densité est de 2,72 g/cm³, soit environ un tiers de celle du cuivre pur.
Conductivité électrique et thermique :
L'aluminium possède une excellente conductivité électrique et thermique. Lorsque la section transversale et la longueur de l'aluminium sont identiques à celles du cuivre, la conductivité électrique de l'aluminium est d'environ 61% de celle du cuivre.
Si le poids de l'aluminium est le même que celui du cuivre, mais que la section transversale est différente (à longueur égale), le poids de l'aluminium est le même que celui du cuivre. conductivité électrique de l'aluminium est 200% celle du cuivre.
Propriétés chimiques :
Il présente une bonne résistance à la corrosion atmosphérique grâce à la formation d'un film dense d'oxyde d'aluminium à sa surface, qui empêche l'oxydation du métal interne. L'aluminium ne réagit pas avec l'acide nitrique concentré, les acides organiques ou les aliments.
Structure :
L'aluminium a une structure cubique à faces centrées. L'aluminium industriel pur a une plasticité extrêmement élevée (ψ=80%) et peut facilement résister à divers chocs. procédés de formage.
Cependant, sa résistance est trop faible (σb est d'environ 69 MPa), de sorte que l'aluminium pur ne peut être utilisé comme matériau structurel qu'après avoir été renforcé par déformation à froid ou par alliage.
Autres propriétés :
L'aluminium est un matériau non magnétique, qui ne produit pas d'étincelles et qui possède de bonnes propriétés de réflexion. Il peut réfléchir la lumière visible et la lumière ultraviolette.
Les impuretés de l'aluminium comprennent le silicium et le fer. Plus la teneur en impuretés est élevée, plus la conductivité électrique, la résistance à la corrosion et la plasticité sont faibles.
En ajoutant des éléments d'alliage à l'aluminium, puis le soumettre à un traitement à froid ou à un traitement thermique, certaines propriétés peuvent être grandement améliorées.
Les éléments d'alliage les plus couramment utilisés dans l'aluminium sont le cuivre, le magnésium, le silicium, le manganèse et le zinc.
Ces éléments sont parfois ajoutés seuls ou en combinaison, et parfois des traces de titaneOn y ajoute également du bore, du chrome et d'autres éléments.
En fonction de la composition et des caractéristiques du processus de production, les alliages d'aluminium peuvent être divisés en deux catégories : aluminium moulé et les alliages d'aluminium corroyés.
Forgé alliages d'aluminium: Ce type d'alliage d'aluminium est généralement traité par pression à chaud ou à froid, comme le laminage, l'extrusion, etc., pour produire des feuilles, des tuyaux, des tiges et divers profils. Ce type d'alliage nécessite une plasticité relativement élevée, de sorte que la teneur en alliage est relativement faible.
Les alliages d'aluminium moulés sont directement coulés dans des moules en sable pour fabriquer des pièces avec formes complexes. Ce type d'alliage nécessite une bonne coulabilité, c'est-à-dire une bonne fluidité. Lorsque la teneur en alliage est faible, il convient de fabriquer des alliages d'aluminium corroyés, et lorsque la teneur en alliage est élevée, il convient de fabriquer des alliages d'aluminium coulés.
Le module d'élasticité des alliages d'aluminium est faible, environ 1/3 de celui de l'acier, c'est-à-dire que sous la même charge et la même section, la déformation élastique des alliages d'aluminium est trois fois supérieure à celle de l'acier. Bien que leur résistance ne soit pas élevée, ils présentent de bonnes performances sismiques.
La plage de dureté des alliages d'aluminium (y compris les recuit et les états de durcissement par vieillissement) est de 20-120 HB. L'alliage d'aluminium le plus dur est plus mou que l'acier.
La résistance à la traction des alliages d'aluminium varie de 90 MPa (aluminium pur) à 600 MPa (aluminium super-dur), ce qui est nettement inférieur à celle de l'acier.
Le point de fusion des alliages d'aluminium est plus bas (généralement autour de 600°C, alors que celui de l'acier est d'environ 1450°C).
Les alliages d'aluminium ont une excellente plasticité à température ambiante et à haute température et peuvent être utilisés pour produire des pièces structurelles avec des sections transversales extrêmement complexes, des parois minces et une grande précision dimensionnelle en utilisant des méthodes d'extrusion.
Outre des propriétés mécaniques appropriées, les alliages d'aluminium présentent également une excellente résistance à la corrosion, une conductivité thermique et électrique, ainsi qu'une bonne réflectivité.
σb : La résistance à la traction (limite de résistance) est la contrainte maximale équivalente à la charge maximale que l'échantillon peut supporter, divisée par la surface de la section transversale d'origine avant rupture.
ψ : La réduction de la surface est la valeur du retrait relatif de la surface de la section transversale de l'échantillon après la rupture, égale au retrait absolu de la surface de la section transversale divisée par la surface d'origine de l'échantillon.
La plasticité : Capacité d'un métal à subir une déformation plastique (c'est-à-dire une déformation résiduelle) avant de se rompre.
1. Aluminium pur (teneur en aluminium non inférieure à 99,00%) : 1XXX
2. Les groupes d'alliages sont divisés en fonction des principaux éléments d'alliage suivants :
Le groupe 1XXX représente l'aluminium pur (dont la teneur en aluminium n'est pas inférieure à 99,00%), et les deux derniers chiffres représentent le pourcentage minimum d'aluminium, avec les décimales après les deux chiffres.
Le deuxième chiffre de la désignation de l'alliage indique le statut du contrôle des limites d'impuretés ou d'éléments d'alliage. Si le deuxième chiffre est 0, cela signifie qu'il n'y a pas de contrôle spécial pour la limite d'impureté. S'il est compris entre 1 et 9, cela signifie qu'il existe un contrôle spécial pour une ou plusieurs limites d'impuretés ou d'éléments d'alliage.
Les deux derniers chiffres des désignations 2XXX-8XXX n'ont pas de signification particulière et sont uniquement utilisés pour distinguer différents alliages au sein d'un même groupe. Le deuxième chiffre représente le statut de la trempe. Si le deuxième chiffre est 0, il s'agit de l'alliage d'origine. S'il est compris entre 1 et 9, il s'agit de l'alliage modifié.
6063-T5 Composition de l'aluminium Tableau de contenu standard :
Note : Le contenu est indiqué en pourcentage (%).
| Composant | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Cr | Ti |
| Contenu standard | 0.2~0.6 | ≤0.35 | ≤0.1 | ≤0.1 | 0.45~0.9 | ≤0.1 | ≤0.1 | ≤0.1 |
Actuellement, les alliages d'aluminium suivants sont principalement utilisés dans l'industrie des radiateurs :
1. Al6063/Al6061 : Son excellente plasticité le rend adapté au processus d'extrusion pour la fabrication de radiateurs profilés. Il peut pratiquement produire n'importe quelle forme de radiateur, avec une technologie mature, un prix bas et une grande machinabilité.
2. Fonte d'aluminium : Principalement utilisé pour les grands radiateurs de forme irrégulière et les radiateurs intégrés pour les armoires électriques.
3. Série LF/LY : Principalement utilisé dans les radiateurs d'appareils électroniques dans des conditions de fonctionnement particulières. L'environnement de fonctionnement impose certaines exigences en matière de dureté et de résistance à la corrosion. LY12 est actuellement largement utilisé.
Traitement thermique de l'aluminium pièces moulées en alliage consiste à sélectionner une spécification de traitement thermique spécifique, à contrôler la vitesse de chauffage pour atteindre une certaine température, à la maintenir pendant un certain temps, puis à la refroidir à une certaine vitesse pour modifier la structure de l'alliage.
Son objectif principal est d'améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage, de renforcer sa résistance à la corrosion, d'améliorer ses performances de transformation et de parvenir à une stabilité dimensionnelle.
7.1.1 Caractéristiques de la chaleur traitement des alliages d'aluminium
Comme nous le savons tous, l'acier à haute teneur en carbone obtient immédiatement une dureté élevée après la trempe, mais sa plasticité est très faible.
Ce n'est cependant pas le cas pour les alliages d'aluminium. Après la trempe, le la résistance et la dureté des alliages d'aluminium n'augmentent pas immédiatement, et leur plasticité augmente même au lieu de diminuer.
Cependant, la résistance et la dureté de l'alliage trempé augmentent de manière significative, tandis que la plasticité diminue après un certain temps (4 à 6 jours).
Ce phénomène d'augmentation significative de la résistance et de la dureté des alliages d'aluminium trempés au fil du temps est appelé vieillissement.
Le vieillissement peut se produire à température ambiante, ce que l'on appelle le vieillissement naturel, ou dans une certaine fourchette de température supérieure à la température ambiante (par exemple 100-200℃), ce que l'on appelle le vieillissement artificiel.
7.1.2 Principes de la trempe par vieillissement des alliages d'aluminium
Le durcissement par vieillissement des alliages d'aluminium est un processus complexe, qui dépend non seulement de la composition de l'alliage et du processus de vieillissement, mais aussi de tout défaut causé par le retrait au cours de la production, en particulier le nombre et la répartition des vides et des dislocations. On pense généralement que le durcissement par vieillissement est le résultat de l'agrégation d'atomes de soluté pour former une zone de durcissement.
Lorsque les alliages d'aluminium sont trempés et chauffés, des vides se forment dans l'alliage. Lors de la trempe, ces vides n'ont pas le temps de s'évacuer en raison du refroidissement rapide, et ils se "fixent" donc dans le cristal.
La plupart de ces vides dans la solution solide sursaturée se combinent avec des atomes de soluté. La solution solide sursaturée étant dans un état instable, elle évoluera inévitablement vers l'équilibre.
L'existence de vides accélère le taux de diffusion des atomes de soluté, accélérant ainsi l'agrégation des atomes de soluté.
La taille et le nombre de zones de trempe dépendent de la température de trempe et de la vitesse de refroidissement de la trempe.
Plus la température de trempe est élevée, plus la concentration de vide est importante, plus les zones de trempe sont nombreuses et plus leur taille est réduite.
Plus la vitesse de refroidissement de la trempe est rapide, plus il y a de vides fixes dans la solution solide, ce qui permet d'augmenter le nombre de zones de trempe et de réduire leur taille.
Une caractéristique fondamentale des systèmes d'alliage durcis par précipitation est la solubilité d'équilibre qui change avec la température, c'est-à-dire que la solubilité augmente avec la température.
La plupart des alliages d'aluminium qui peuvent être traités thermiquement pour être renforcés remplissent cette condition.
La relation solubilité-température nécessaire au durcissement par précipitation peut être expliquée par l'alliage Al-4Cu du système aluminium-cuivre.
La figure 3-1 montre le diagramme de phase binaire de la partie riche en aluminium du système aluminium-cuivre. La transformation eutectique L→α+θ (Al2Cu) se produit à 548℃.
La solubilité maximale du cuivre dans la phase α est de 5,65% (548℃), et la solubilité diminue fortement avec la baisse de la température, jusqu'à environ 0,05% à température ambiante.
Au cours du processus de traitement thermique de vieillissement, l'alliage subit plusieurs modifications de sa structure, dont les suivantes :
7.1.2.1 Formation de zones d'agrégation d'atomes de soluté - zones G-(Ⅰ)
Dans la solution solide sursaturée nouvellement refroidie, la distribution des atomes de cuivre dans le réseau d'aluminium est aléatoire et désordonnée.
Au début du vieillissement, c'est-à-dire lorsque la température de vieillissement est basse ou que le temps de vieillissement est court, les atomes de cuivre s'agrègent sur certaines faces cristallines de la matrice d'aluminium pour former des zones d'agrégation d'atomes de soluté appelées zones G-(Ⅰ).
Les zones G-(Ⅰ) entretiennent une relation cohérente avec la matrice α, et ces agrégats constituent des régions de déformation cohérentes qui améliorent la résistance à la déformation, augmentant ainsi la résistance et la dureté de l'alliage.
7.1.2.2 Disposition ordonnée des zones G - formation de zones G-(Ⅱ)
Lorsque la température de vieillissement augmente ou que le temps de vieillissement se prolonge, les atomes de cuivre continuent à s'agréger et à s'ordonner, formant des zones G-P(Ⅱ).
Ces zones conservent une relation cohérente avec la matrice α, mais elles sont plus grandes que les zones G-P(Ⅰ).
Elles peuvent être considérées comme des phases de transition intermédiaires et sont souvent représentées par θ".
Elles présentent une distorsion plus importante que les zones G-P(Ⅰ) environnantes, ce qui entrave davantage le mouvement des dislocations et renforce l'effet de renforcement dû au vieillissement.
La précipitation de la phase θ" est le stade auquel l'alliage atteint son renforcement maximal.
7.1.2.3 Formation de la phase transitoire θ′
Avec le développement du processus de vieillissement, les atomes de cuivre continuent à s'agréger dans les zones G-P(Ⅱ), formant la phase transitoire θ′ lorsque le rapport entre les atomes de cuivre et les atomes d'aluminium devient 1:2.
Comme la constante de réseau de θ′ change fortement, sa relation cohérente avec la matrice commence à se rompre lorsqu'elle se forme, c'est-à-dire qu'elle passe d'une cohérence totale à une cohérence partielle avec la matrice.
Par conséquent, la distorsion cohérente autour de la phase θ′ s'affaiblit, et l'effet d'entrave au mouvement des dislocations diminue également, ce qui entraîne une baisse de la dureté de l'alliage.
On constate que l'existence d'une distorsion cohérente est un facteur important de renforcement par vieillissement des alliages.
7.1.2.4 Formation d'une phase θ stable
La phase transitoire précipite complètement de la solution solide à base d'aluminium, formant une phase stable indépendante Al2Cu avec une interface claire avec la matrice, appelée phase θ.
À ce moment, la relation cohérente entre la phase θ et la matrice est complètement rompue, elle possède son propre réseau indépendant et sa distorsion disparaît.
Avec l'augmentation de la température de vieillissement ou la prolongation du temps de vieillissement, les particules de la phase θ s'agrègent et s'allongent, et la résistance et la dureté de l'alliage diminuent encore. L'alliage se ramollit et devient "sur-vieilli". La phase θ s'agrège et s'épaissit.
Les principes de vieillissement et les règles générales des alliages binaires aluminium-cuivre s'appliquent également aux autres alliages industriels d'aluminium.
Cependant, les types d'alliages, les zones G-P formées, les phases transitoires et enfin les phases stables précipitées sont tous différents, ce qui conduit à des effets de renforcement par vieillissement différents.
Même pour un même alliage, le processus de vieillissement peut ne pas suivre entièrement chaque étape de manière séquentielle, par exemple, certains alliages s'arrêtent dans les zones G-P(Ⅰ) à G-P(Ⅱ) au cours du vieillissement naturel.
Pendant le vieillissement artificiel, si la température de vieillissement est trop élevée, l'alliage peut directement précipiter la phase transitoire à partir de la solution solide sursaturée sans passer par la zone G-P. Le degré de vieillissement affecte directement la structure et les propriétés de l'alliage après le vieillissement. Le degré de vieillissement affecte directement la structure et les propriétés de l'alliage après le vieillissement.
7.1.3 Facteurs affectant le vieillissement
7.1.3.1 L'influence du temps entre la trempe et le vieillissement artificiel
Des études ont montré que certains alliages d'aluminium, tels que les alliages Al-Mg-Si, ne peuvent pas atteindre leur résistance maximale après le vieillissement artificiel s'ils sont laissés à température ambiante avant le vieillissement artificiel. Au contraire, leur ductilité augmente.
Par exemple, pour le ZL101 alliage d'aluminium mouléS'il est laissé à température ambiante pendant un jour après la trempe, puis vieilli artificiellement, sa résistance ultime sera inférieure de 10 à 20 Mpa à celle du vieillissement immédiat après la trempe, mais sa ductilité augmentera par rapport à cette dernière.
7.1.3.2 L'influence de la composition chimique de l'alliage
La possibilité de renforcer un alliage par vieillissement dépend tout d'abord de la capacité des éléments qui le composent à se dissoudre dans la solution solide et de la mesure dans laquelle la solubilité solide change avec la température.
Par exemple, la solubilité du silicium et du manganèse dans l'aluminium est relativement faible et ne varie pas beaucoup avec la température, tandis que le magnésium et le zinc ont une solubilité relativement importante dans la solution solide à base d'aluminium, mais les structures des composés qu'ils forment avec l'aluminium ne sont pas très différentes de celles de la matrice, ce qui se traduit par des effets de renforcement minimes.
Par conséquent, les alliages binaires aluminium-silicium, aluminium-manganèse, aluminium-magnésium et aluminium-zinc ne sont généralement pas soumis à un traitement de renforcement par vieillissement.
Certains alliages binaires, tels que les alliages aluminium-cuivre, et les alliages ternaires ou multicomposants, tels que les alliages aluminium-magnésium-silicium et aluminium-cuivre-magnésium-silicium, présentent une solubilité et des transitions de phase à l'état solide pendant le traitement thermique et peuvent être renforcés par ce traitement.
7.1.3.3 Influence de la technologie de traitement des alliages en solution solide
Pour obtenir de bons effets de renforcement par vieillissement, dans des conditions évitant la surchauffe, la combustion et la croissance des grains, des températures de chauffage de trempe plus élevées et des temps de maintien plus longs sont favorables à l'obtention d'une solution solide uniformément sursaturée avec une sursaturation maximale.
En outre, lors de la trempe, le refroidissement ne doit pas entraîner la précipitation de la seconde phase ; sinon, au cours des traitements de vieillissement ultérieurs, la phase déjà précipitée agira comme un noyau, provoquant une précipitation locale non uniforme et réduisant l'effet de renforcement dû au vieillissement.
L'aluminium pur est surtout utilisé dans les environnements qui nécessitent une conductivité thermique élevée, mais il n'est pas très répandu. L'alliage d'aluminium AL6061 présente plusieurs états : O, T4, T6, T451, T651, T6510, T6511.
Les applications typiques comprennent les composants structurels industriels qui nécessitent un certain niveau de résistance, une haute résistance à la traction et une haute résistance à l'usure. soudabilitéet la résistance à la corrosion. Ces composants sont utilisés pour fabriquer des camions, des tours, des bateaux, des tramways, des véhicules ferroviaires, des meubles, des barres, des tubes et des profilés présentant de bonnes propriétés d'anodisation.
L'alliage d'aluminium AL6063 présente plusieurs états : O, T4, T83, T1, T5, T6. Il est généralement utilisé comme matériau extrudé pour les profilés de construction, les tuyaux d'irrigation, les châssis de véhicules, les meubles, les ascenseurs, les clôtures et les composants décoratifs de différentes couleurs pour les avions, les bateaux, l'industrie légère et les bâtiments.
En ce qui concerne les matériaux extrudés, le 6063 est sans aucun doute le meilleur choix. Il présente de meilleures propriétés de polissage et d'anodisation que le 6061 après extrusion.
Le 6061 est un matériau dont les propriétés sont similaires à celles du 6063, mais qui appartient à la catégorie des matériaux de construction. Ses caractéristiques comprennent une bonne soudabilité, une bonne résistance à la corrosion et une bonne résistance structurelle, mais il existe encore des différences mineures entre le 6061 et le 6063. Ses performances d'extrusion sont inférieures à celles du 6063.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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