热设计：纯铝及铝合金特性概述

glion_akais

铝目前是电子散热器使用最广泛的材料。铝的特性非常适合于制造散热器。导热性能好，价格便宜。

下面介绍一下散热行业所使用的纯铝和铝合金的特性，使大家对铝及铝合金有个教深入的认识。
) g, @2 x( M+ C
一  纯铝
( ^( b2 E2 U! l+ g5 I( d/ K
( U* A. S2 H+ R* {+ t! x  密度：铝是一种很轻的金属，密度为 2.72 克 / 厘米 3 ，约为纯铜的 1/3 。
3 o, Q  l9 l* W/ R8 q( n* F) n
" S) z4 |# G. i+ h: [1 c  I  导电导热性：铝的导热及导电性能好，当铝的截面和长度与铜相同时，铝的导电能力约为铜的 61 ％，如果铝与铜的重量相同尔截面不同（长度相等），则铝的导电能力为铜的 200 ％。
, l) i# k5 N5 n  G6 L* G& Q
/ s: P2 _4 z" i0 }" p: ?  化学特性：抗大气腐朽性能好，因为其表面易形成致密的氧化铝膜，能阻止内部金属的进一步氧化，铝与浓硝酸、有机酸及食品基本不起反应。

% E3 ~0 K. N* n* j  g( h  铝呈面心立方结构，工业用纯铝塑性极高 ( ψ =80%), 很容易承受各种成型工艺，但其强度过低， σ b 约为 69Mpa, 故纯铝只能通过冷变形强化或合金化来提高其强度后，才可以作为结构材料；
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  铝是非磁性，无火花材料，且反射性能好，既能反射可见光，也能反射紫外线；

$ r( u$ M7 z& u! B1 q% V1 X# Y; k  铝中的杂质为硅和铁，当杂质含量越高时，其导电性，抗腐蚀性及塑性越低；

二 . 铝合金

6 D" N( X: u/ y2 v: z  如果在铝中加入适量的某些合金元素，再经过冷加工或者热处理，可以大幅度的改善某些特性，铝中最常用的合金元素为铜、镁、硅、锰、锌 , 这些元素有时单独加入，有时配合加入，除了上述元素外，有时还加入微量的钛、硼、铬等。
9 U; `9 t( I% M* p6 ~& {
; A; ~3 O5 D+ t- i' u5 o/ c7 T  根据铝合金的成分及生产工艺特点，可以分为铸造铝合金及形变铝合金两类。
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  形变铝合金：这类铝合金通常通过热态或冷态的压力加工，即经过轧制，挤压等工序，制成板材、管材、棒材以及各种型材使用，这类合金要求具有相当高的塑性，故合金含量较少。

  铸造铝合金则是将液态金属直接浇注在砂型中，制成各种形状复杂的零件，对这类合金要求具有良好的铸造性，即良好的流动性，合金含量少时，适宜做形变铝合金，合金含量多时，做铸造铝合金。

  铝合金的弹性模量小，仅相当于钢材的 1/3 ，即在相同的截面下，加以相同的载荷，铝合金的弹性变形是钢的 3 倍，承受力不强，但抗震性能好。

3 V( y7 E8 ?: r3 x8 b  铝合金的硬度范围 ( 包括退火和时效硬化状态 ) 为 20~120HB 。最硬的铝合金比钢材还软。

( ^# ^) t5 e$ ?2 k9 c  铝合金的抗拉强度极限为 90Mpa( 纯铝 ) 到 600Mpa( 超硬铝 ) ，与钢材相比差距较大。
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5 K( c( {. w6 b+ a* M' A$ @* j% \  铝合金的熔点较低（一般在 600 ℃左右，钢在 1450 ℃左右）。

  铝合金在常温及高温下均具有优良的塑性，可以采用挤压法制成截面形状极为复杂、而且壁薄、尺寸精度高的结构零件。
* S5 C( ?! Y9 @3 ~6 G! Q- T& `
8 \% a* B: t* ]# l; Q  铝合金除有适宜的机械性能之外，还具有优良的耐腐蚀，导热导电及拋旋光性能。

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三 . 名词解释 : ：

: M5 X) Y6 t+ e! i$ W# s5 fσ b ：抗拉强度（强度极限）是相当于拉断前的最大负荷应力，即试样所能承受的的最大负荷除以原始截面积。

ψ：断面收缩率，是试样断裂后截面的相对收缩值，等于截面的的绝对收缩量除以试样是的原始面积。

塑性：断裂前金属发生塑性变形（即残余变形）的能力 。
% \# w) }( O" G5 M5 U
/ e$ d* ~3 D" h# U四 .铝及铝合金国际牌号命名体系
; p/ x, f8 A& ^" v" {- w
1.纯铝(铝含量不小于99.00%) �牐牐牐牐牐牐牐牐�1XXX
2.合金组别按下列主要合金元素划分

! [* C0 ~/ ?1 w1．Cu(铜)�牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐�2XXX
$ z7 U# i$ J  J7 t4 K$ s( B! \
' s7 D1 ?( n1 g7 @' h- s* w" `2. Mn(锰)�牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐�3XXX
! _" o8 S) }+ z" E( R" \
# |5 o% }- h! B3. Si(硅) �牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐�4XXX
3 ^) D" ]/ a3 l% h7 w7 U
4. Mg(镁)�牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐�5XXX

! [. f5 j4 o8 {+ J5. Mg+Si(镁+硅) �牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐� 6XXX
# L; s8 S1 R; R* {6 e
6. Zn(锌)�牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐�7XXX
% x) U& q) ~- W: A) ~7 l
' L* t5 `9 p: j* |" l' w4 z7. 其他元素�牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐�8XXX

8. 备用组�牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐牐�9XXX
5 t5 A6 I+ W- F' O4 |/ ^6 h
9 i! r7 s+ _' v2 ?# s3 ^& ^1XXX组表示纯铝(其铝含量不小于99.00%),其最后两位数字表示最低铝百分含量众小数点后面的两位.

9 I& b7 J# v% V* R, A牌号的第2位数字表示合金元素或杂质极限含量的控制情况.如果第2位为0,则表示其杂质极限含量无特殊控制;如果是1-9,则表示对一项或一项以上的单个杂质或合金元素极限含量有特殊控制.
* x6 S% i8 o7 g  S
6 Z# K$ l! L: m% Q2XXX-8XXX牌号中的最后两位数字没有特殊意义,仅用来识别同一组中的不同合金,其第2位表示改型情况.如果第2位为0,则表示为原始合金;如果是1-9,则表示为改型合金.
, ?# A, |% x1 I# v1 m9 m8 F0 h0 t& y
4 I' A2 |- m: h. N1 j% R9 c# n# B
( o* W# N: C& X6063-T5 铝材成分标准含量表 成分
# Y6 O$ e; ?% p! {- RSi
Fe
Cu
* w% Y3 o* t* @$ G' [: @, JMn
Mg
Zn
Cr
Ti
) G& u+ ~% }& \3 O6 q9 k
. p" f: H0 y, D( w6 v/ J" R2 B标准含量
0.2~0.6
<=0.35
; B2 F: o" r6 m<=0.1
( s8 r' p' k( B9 S9 s<=0.1
0.45~0.9
<=0.1
) I4 _4 e8 O9 Z: ]+ Q6 U) R6 ?; B8 T<=0.1
<=0.1
/ X' X& }+ h1 t0 }. Z
/ W7 {2 @# X. \  i3 U8 t7 K" R2 |" I
- @0 N! E: r' [- G2 ?1 [, z注释：含量为%

9 r  W+ x7 K! J7 D7 d7 ^/ J* ]五. 铝合金中国牌号的代号的含义

6 j0 `2 R: V: B- u' Z, w. RL -- 铝
6 B* O4 U' C7 B& a( }: ^  p3 S
LF -- 防锈铝合金 （Ai - Mg 、 Ai - Mn)
6 ^9 \, k* C* U0 G- W- M
LY -- 硬铝合金 （Ai - Cu - Mg）
  D" B9 V0 p% q; Z5 X- |; T/ g- @9 a6 }
LC -- 超硬铝合金 （Ai - Cu - Mg - Zn ）
9 u2 B! Q' u1 c, ?. \/ D
LD -- 锻铝合金 （Ai - Mg - Si & Cu - Mg - Si）
( E8 d' x/ n- i
! F! V3 r6 Q) yLT -- 特殊铝合金
/ [5 \; O! `9 v- l7 L3 v
六.实际应用

+ v( n( V% t, `5 i* W$ W, [目前在散热器行业使用的铝合金主要有下面几种：
* J2 d( E+ z( x
2 D$ K, u4 S4 q: H! x1 r1.Al6063/ Al6061

* I6 h: ]- E$ a5 i& n0 x8 ^优良的可塑性使之可以挤压的工艺制造型材散热器。几乎可以制造任何形状的散热器，工艺成熟，价格便宜，可加工性能高。
2 b& J" [+ P5 Z$ G3 ]1 K6 o+ V* j
* \( M6 X! o. M' K) F2.铸铝
# F' c. J6 D! q: Q
8 D0 D' W- d% @8 j$ E: S主要应用于大型不规则外形散热器及设备机柜一体化的散热器。

3.LF/LY系列

主要应用在特殊使用环境的电子设备散热器。使用环境对硬度和防腐蚀性有一定的要求。
8 I! M' B( R( i! |6 y8 g
目前较多使用的是LY12。
/ d3 k2 r5 R/ J$ ^( Z
" Q" s; j5 N- n- x$ o* t( o" C4.纯铝

4 Q0 g' y1 {1 ?; z较多使用于对导热性能要求较高的环境。总体来说较少使用。