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高導(dǎo)熱、高強(qiáng)度——用于熱交換器3D打印的「雙兩百」鋁合金問(wèn)世
所屬分類(lèi)： 公司新聞
2022-12-06
3D打印技術(shù)的進(jìn)步改變了熱交換器的制造方式。傳統(tǒng)制造路線無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜、自由設(shè)計(jì)，可以通過(guò)3D打印輕松實(shí)現(xiàn)。熱交換效率的提高以及重量、體積、制造成本的降低是3D打印可以提供的其他優(yōu)勢(shì)。然而，材料是熱交換器3D打印需要考慮的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
近日，3D打印技術(shù)參考注意到，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的鋁合金3D打印材料制造商江西寶航新材料有限公司，向市場(chǎng)發(fā)布了一款高導(dǎo)熱鋁合金3D打印材料。該產(chǎn)品被命名為HC 200，以顯示其不低于200W/(m·K)的超高導(dǎo)熱能力。
金屬導(dǎo)熱原理、材料及3D打印固有缺陷
金屬導(dǎo)熱的本質(zhì)是金屬內(nèi)部擁有可自由移動(dòng)的電子。當(dāng)金屬的一部分接收到熱量時(shí)，受熱部分的自由電子能量增加，運(yùn)動(dòng)加劇，不斷跟金屬離子碰撞而交換能量，從而把熱量從一部分傳遞到另一部分。金屬要獲得更高的導(dǎo)熱能力，必然要求電子在金屬內(nèi)部是“暢通無(wú)阻”，亦即金屬材料內(nèi)部的缺陷要足夠少，以及受到雜質(zhì)或其他相的阻礙要少。這就對(duì)材料的成分控制、制備工藝提出了非常高的要求。
在鋁合金材料中，擁有高導(dǎo)熱系數(shù)（尤其是高于200）的牌號(hào)非常有限，最常用的是6063鋁合金。6063是一種AlMg系變形鋁合金，主要合金元素包含：Al、Mg、Cr、Cu、Si等。其導(dǎo)熱系數(shù)高于200 W/(m·K)，一般為210，經(jīng)T6熱處理后具有不低于160MPa的屈服強(qiáng)度和8%的延伸率。且6063可塑性較好，能夠進(jìn)行陽(yáng)極氧化，因此是各型散熱器的首要選擇材料。而在其他現(xiàn)有牌號(hào)的鋁合金材料中，導(dǎo)熱系數(shù)沒(méi)有高于200的。純鋁由于不含有其他合金元素，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到230W/(m·K)。
易加三維為方程式賽車(chē)隊(duì)3D打印的熱交換器
盡管6063鋁合金是一種非常好的材料，但其并不能直接用于金屬3D打印。該合金是一種變形系鋁合金，適用于鑄造工藝過(guò)程，并不適用于高冷卻速率的SLM選區(qū)激光熔化3D打印過(guò)程。最終的結(jié)果是，采用SLM工藝對(duì)6063合金粉末進(jìn)行打印時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大大小小的微裂紋，材料無(wú)法使用。目前亦有一些研究人員通過(guò)對(duì)6063合金進(jìn)行成分改性或添加納米相，試圖使之可打印，也取得了一些成果，但并未得到商用。
目前市場(chǎng)上應(yīng)用非常廣泛的AlSi10Mg材料，盡管其導(dǎo)熱系數(shù)亦達(dá)到了不低的140W/(m·K)，但對(duì)于有更高導(dǎo)熱能力要求的應(yīng)用場(chǎng)合，AlSi10Mg則無(wú)能為力。
高性能散熱3D打印鋁合金獲得突破
為了開(kāi)發(fā)高導(dǎo)熱高性能的可打印鋁合金3D打印材料，寶航團(tuán)隊(duì)歷時(shí)一年多自主研發(fā)，終于成功實(shí)現(xiàn)了雙兩百（熱導(dǎo)率超過(guò)200 W/(m·K)且抗拉強(qiáng)度高于200MPa）的HC 200高導(dǎo)熱鋁的材料開(kāi)發(fā)。下表是HC200與6063和AlSi10Mg的材料性能對(duì)比：
憑借超高的性能，該材料適用于對(duì)散熱能力有較高要求的輕質(zhì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件或功能件，特別適用于新型散熱器（尤其是微通道散熱器）的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。憑借創(chuàng)新的材料解決方案，再加上金屬3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，寶航希望能為新型散熱器的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)貢獻(xiàn)力量。
出于專(zhuān)利的考慮，寶航此次推出的HC 200并不向客戶(hù)直接提供粉末材料。寶航將基于客戶(hù)需求提供高導(dǎo)熱鋁的打印服務(wù)，寶航期待與對(duì)可打印高導(dǎo)熱鋁解決方案感興趣的客戶(hù)合作，包括但不限于：高校、研究院所、企業(yè)以及新型散熱器的設(shè)計(jì)者、開(kāi)發(fā)者等。
相關(guān)資訊
2022年11月3日-5日，江西寶航團(tuán)隊(duì)參展深圳TCT展，該展會(huì)原定于今年5月份在上海開(kāi)展，但由于疫情原因影響，最終推遲至11月初在深圳開(kāi)展。
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專(zhuān)注于鋁合金3D打印材料研發(fā)制造
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