Ako zabezpečiť tepelnú vodivosť materiálov na tlač kovov?

一, materiálový systém: Horná hranica tepelnej vodivosti je určená vnútornými vlastnosťami
Atómová štruktúra a elektronické pohybové vlastnosti kovových materiálov určujú ich tepelnú vodivosť. Striebro (Ag) a meď (Cu) sú dva najteplejšie čistých kovov, zatiaľ čo hliník (AL) získal popularitu v leteckom sektore kvôli svojej ľahkej povahe. Legovanie sa ukázalo ako rozhodujúca stratégia na zvýšenie celkového výkonu, pretože je náročné, aby jeden kov uspokojil požiadavky zložitých prevádzkových okolností.
1. Zliatiny založené na meďi: štrajkovanie rovnováhy medzi pevnosťou a dobrou vodivosťou tepla
Pridanie zosilnenia fázy CR2NB Laves do NASA - vyvinulo GRCOP - 42 (CU-4CR-2NB) a GRCOP-84 (CU-8CR-4NB) zliatiny meďnej zliatiny v ťahu na viac ako 400 MPA, zatiaľ čo prebiehajú ich čisté behoviny medi. V porovnaní s konvenčnými zliatinami medi, experimentálne údaje naznačujú, že GRCOP-42 produkovaný pomocou procesu topenia laserového práškového lôžka (L-PBF) má 15% zvýšenie tepelnej vodivosti a dokáže udržať stabilnú tepelnú vodivosť pri teplotách medzi 500 a 800 stupňami. Hlavné výhody tohto materiálu, ktorý sa vo veľkej miere využíval v regeneračnej chladiacej komore raketových motorov, sú:
Ovládanie mikroštruktúry: L -} vysoká rýchlosť chladenia procesu (10 ⁴ -10 ⁶ k/s) znižuje rozptyl pohybu elektrónov vylepšením veľkosti fázy CR2NB na úroveň nanocale;
Rovnomernosť zloženia: Prevenciou variácií tepelnej vodivosti vyvolanej miestnou segregáciou je technológia práškovej atomizácie plynu zaručuje rovnomerné rozdelenie prvkov CR a NB v medenej matrici.
2.ALLOYS založené na hliníku: Kombinácia tepelnej vodivosti a ľahkej váhy
Najčastejšie používanou zliatinou hliníka v 3D tlači je Alsi10MG, ktorá má tepelnú vodivosť približne 120 W/(m · k). Jeho výhoda hustoty 2,7 ​​g/cm3 z neho robí perfektný materiál pre nové batérie energetických batérií a systémy satelitného tepelného manažmentu. Na maximalizáciu tepelnej vodivosti komponentov ALSI10MG vyrábaných pomocou procesu selektívneho laserového topenia (SLM) sa môžu použiť nasledujúce stratégie pomocou procesu selektívneho laserového topenia (SLM):
Kontrola veľkosti častíc práškových častíc: Použitie jemného prášku 15–45 μm môže zvýšiť tepelnú vodivosť o 10%, znížiť pórovitosť a zlepšiť plynulosť fondu taveniny;
Postup tepelného spracovania: Fáza nanomateriály SI sa môže vyzrážať T6 tuhým roztokom plus ošetrenie starnutím, zlepšujúca tvrdosť a stabilizujúcu tepelnú vodivosť v rozmedzí 115–125 W/(M · K).
2, Parametre procesu: Riadenie tepelnej vodivosti mikroštruktúrou
Okrem samotného materiálu ovplyvňuje hĺbka parametrov procesu aj tepelnú vodivosť kovovej 3D tlače. Zmenou formy fondu taveniny, rýchlosti chladenia a distribúcie zvyškového napätia, premenných, ako je laserový výkon, rýchlosť skenovania a hrúbka vrstvy, priamo ovplyvňujú tepelnú vodivosť komponentu v procese L - PBF.
1. Optimalizácia laserových parametrov: Stabilita oblasti taveniny a dráha tepelnej vodivosti sú vyvážené.
Vedci NASA objavili pri tlači zliatiny medi GRCOP-42, ktorá:
Sila lasera: Šírka roztaveného bazénu rastie o 20%, keď je sila zvýšená z 200 W na 300 W. Na druhej strane, ak sa aplikuje príliš veľa energie, prvky medi sa môžu odpariť, vytvárajú mikropóry a znížia tepelnú vodivosť o 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 μm), ktoré môžu brániť tepelnému priechodu medzi vrstvami.
2. Multimateriálna tlač: Presné riadenie tepelnej vodivosti pri interakcii
Jedným z hlavných prekážok pri tlačení komponentov s dvojitým materiálom s meďou je tepelná vodivosť na rozhraní. Štúdie ukazujú, že:
Návrh parametrov rozhrania: Tepelná difúzivita v oceli - medené rozhranie sa môže zvýšiť o 50% zmenou hustoty laserovej energie z 50J/mm³ na 80J/m³. Starnutie tepelného spracovania: Ošetrenie starnutia pri 520 stupňov počas jednej hodiny môže odstrániť akékoľvek zostávajúce napätie na rozhraní a ďalej zvýšiť tepelnú difúzivitu o 30%, čím sa priblíži k 80% čistých medených materiálov.
3, Štrukturálny dizajn: Optimalizácia topológie uvoľňuje potenciál tepelnej vodivosti
Hlavnou výhodou 3D tlače je jej schopnosť vytvárať zložité štruktúry, ktoré nie je možné produkovať pomocou konvenčných metód. Účinnosť tepelnej vodivosti komponentov sa dá výrazne zvýšiť pomocou metód biomimetického dizajnu a optimalizácie topológie.
1. Biomimetická štruktúra mriežky: zvýšenie účinnosti rozptylu tepla a špecifická plocha povrchu
Oblasť rozptyľovania tepla LED chladičov sa môže zvýšiť o 300% použitím oktaedrickej mriežkovej štruktúry a tepelný odpor sa môže znížiť o 40% optimalizáciou priemeru mriežkovej tyče (z 0,5 mm do 0,3 mm). Podľa experimentálnych údajov môže Alsi10MG - vytlačený chladič mriežky strojnásobiť životnosť LED diódy pri výkone 10 W a znížiť jej teplotu spojenia z 120 stupňov na 85 stupňov.
2. Náhodný chladiaci kanál: Dosiahnutie vedenia toku tepla
Vodný kanál s priemerom 0,8 mm môže byť navrhnutý pomocou technológie 3D tlače pri výrobe vstrekovacích plesní, zlepšuje uniformitu teploty plesní o 50% a skrátenie času chladenia o 40%. Použitím formy automobilového nárazníka ako príklad sa môže čas cyklu skrátiť zo 60 sekúnd na 35 sekúnd a náklady na výrobu za kus sa môžu znížiť o 0,8 juanov optimalizáciou usporiadania chladiacich kanálov.
4, Post - spracovanie: Odstráňte nedostatky a uvoľnite potenciálnu tepelnú vodivosť
Tepelná vodivosť 3D tlačených komponentov je výrazne ovplyvnená ich vnútornou pórovitosťou a drsnosťou povrchu. Použitie zliatiny medi GRCOP-42 ako ilustrácie:
Liečba horúcim izostatickým lisovaním (HIP): pórovitosť sa môže znížiť z 0,5% na 0,02% a tepelná vodivosť sa zvýšila o 8% po dvoch hodinách liečby pri 120 MPa a 500 stupňoch. Chemické leštenie: Drsnosť povrchu sa znížila z RA10 μm na RA0,8 μm a kontaktný tepelný odpor sa znížil o 60% po leštení s zmiešaným roztokom kyseliny kyseliny dusičnej kyseliny.