Zavedení
Chladiče-obvykle vyrobené z hliníku nebo mědi-odvádějí teplo z elektroniky a vytlačují ho do vzduchu kolem sebe. Najdete je všude: uvnitř počítačů, osvětlení, napájecích zařízení, cokoli jiného. Aby společnosti vydržely déle a lépe fungovaly, často ošetřují jejich povrchy. Věci jako eloxování, pokovování nebo speciální nátěry nechrání pouze žebra před rzí; pomáhá jim také efektivněji odvádět teplo. Každá léčba má své vlastní výhody a nevýhody. Některé zvyšují tepelný výkon, jiné bojují proti korozi a některé jen udržují nízké náklady. Podívejme se blíže na eloxování, pokovování a povlaky na chladičích a uvidíme, jak si každý stojí, pokud jde o účinnost, ochranu a cenu.
Eloxované chladiče: emisivita a životnost
Eloxování je postup-pro výrobu hliníkových chladičů odolnějších a delších-. Funguje to takto: kovem procházíte elektrickým proudem, který zahušťuje jeho přirozenou oxidovou vrstvu do tuhého, porézního obalu. Tato skořápka dělá hodně. Chrání chladič před korozí a opotřebením-, takže odolává věcem, jako je vlhkost nebo slaný vzduch, mnohem lépe než obyčejný hliník. Díky obchodu získáte také skvělou elektrickou izolaci, takže je menší riziko elektrických zkratů, když jsou vaše komponenty pevně zabaleny.
Ale skutečné kouzlo, alespoň pro chlazení, se děje s povrchovou emisivitou. Holý hliník sotva vyzařuje teplo. Jeho emisivita se pohybuje kolem 0,04 až 0,06, což znamená, že většinou jen odrazí teplo zpět, místo aby ho nechalo uniknout. Jakmile jej však eloxujete, toto číslo vyskočí na 0,8 nebo dokonce 0,9. To je obrovský skok-náhle, černý eloxovaný chladič může vyzařovat teplo 15 až 20krát účinněji než obyčejný. To je obrovské, pokud řešíte pasivní chlazení nebo situace, kdy je proudění vzduchu omezené. Odborníci tvrdí, že černé eloxované chladiče mohou zvýšit radiační chlazení 8 až 10krát ve srovnání s holým hliníkem, což znamená chladnější části, zejména v malých nebo stísněných sestavách.
Nyní je samotná eloxovaná vrstva tenká-obvykle jen 5 až 25 mikronů pro standardní věci-, takže tok tepla kovem skutečně nezpomaluje. Získáte trochu extra tepelný odpor, možná o 5–10 % více, ale nárůst emisivity to více než vyrovná. Pokud to přeženete a použijete super{8}}silnou „tvrdou anodizaci“ (25–100 mikronů), pak ano, začnete vidět, jak se dřez zahřívá, protože vrstva blokuje teplo o něco více. Ale za normálních podmínek je kompromis{12}}malý a obvykle stojí za to.
Na eloxování je toho co milovat. Tento proces je vyzkoušený-a{2}}pravdivý, funguje ve velkém měřítku a je obvykle levnější než luxusní speciální nátěry. Porézní povrch navíc dobře přijímá barvivo, takže můžete získat chladiče v nejrůznějších barvách, aniž byste si pohráli s jejich chladicím výkonem. Výzkumy ukazují, že na barvě skutečně nezáleží pro tepelné záření-čirý eloxovaný povrch chladí stejně dobře jako černá.
Sečteno a podtrženo: eloxované chladiče jsou z nějakého důvodu oblíbené. Odolávají korozi, vyzařují teplo jako šampiony a dobře při tom vypadají. Jedinou skutečnou nevýhodou je mírný pokles tepelné vodivosti, pokud je vrstva oxidu příliš silná, ale se standardním eloxováním to není velký problém. Získáte chytrou rovnováhu ochrany a výkonu.
Pokovování chladičů: vodivost a ochrana
Pokovení chladiče znamená přidání tenké kovové vrstvy-niklu, cínu, stříbra nebo někdy zlata- přímo na povrch. Lidé to obvykle dělají s měděnými nebo ocelovými dřezy a někdy s hliníkem, i když to vyžaduje speciální podklad. Velký důvod pro pokovování? Ochrana proti korozi. Například umístění niklu nebo cínu na měď zabrání její oxidaci a korozi, což pomáhá chladiči dobře fungovat ve vlhkém nebo náročném prostředí. Kovový povlak v podstatě funguje jako štít, udržuje vzduch a vlhkost venku a prodlužuje životnost součásti.
Pokovené vrstvy, na rozdíl od eloxovaných, stále vedou teplo i elektřinu. Bezproudové niklování vyniká tím, že je odolné vůči korozi a stále vede teplo. Vrstva niklu má tepelnou vodivost asi o 90 W/m·K-méně než měď (přibližně 400 W/m·K) nebo hliník (přibližně 200 W/m·K)-, ale stále plní svou funkci. Jeden odborník z oboru dokonce říká: „Bezelektrický nikl je nejlepší povlak, pokud chcete maximální přenos tepla,“ a že niklování zůstává vodivé, a to jak tepelně, tak elektricky. Stříbření je ještě vyšší (kolem 429 W/m·K) a projevuje se v extrémně{10}}výkonných zařízeních, i když se časem zašpiní. Pozlacení (318 W/m·K) se obvykle objevuje v letectví nebo RF aplikacích, kde na stabilitě záleží nejvíce.
Většina pokovování má tloušťku jen několik mikronů, takže sotva zvyšuje tepelný odpor. U niklu je dodatečný odpor asi 0,2 K·cm²/W-tak malý, že u většiny provedení nezáleží. Na rozdíl od barvy pokovování stěží izoluje, protože samotný kov dobře přenáší teplo. Přesto pokovování není levné. Cena závisí na kovu: cín a nikl nejsou špatné, ale stříbro a zlato se mohou rychle prodražit. Pokovování hliníku také není jednoduché,-potřebujete další kroky čištění nebo speciální základní vrstvu, což ještě zvyšuje potíže.
Sečteno a podtrženo: pokovování chladičů vám poskytuje solidní odolnost proti korozi bez narušení vedení tepla. To je běžné zejména u měděných dřezů (protože měď miluje korozi) a všude tam, kde chcete lesklý a čistý povrch, jako jsou konektory. Kompromis-? Vyšší cena a někdy problémy s galvanickou korozí-jako když se tenký nikl na hliníku poškrábe. Ale u vysoce-spolehlivých zakázek se to obvykle vyplatí. Dobrý niklový nebo pocínovaný plech udržuje chladič v provozu na dlouhou trať.
Chladiče s různým typem povrchové úpravy
Nátěry na chladiče: Estetické a izolační úpravy
Povlaky chladiče obvykle znamenají barvy, práškové nátěry nebo polymerové filmy, které se nanášejí po vyrobení chladiče. Tyto vrstvy jsou mnohem silnější než eloxování-třeba 30 až 100 mikronů{4}}a upřímně řečeno, jsou tu proto, aby chránily součást nebo aby vypadaly hezky, ne aby pomáhaly lépe chladit. Ve skutečnosti se povlak promění ve skutečnou tepelnou překážku. Jeden designér chladičů to řekl na rovinu: "Nemalujte chladiče." Barva zanechává tenký izolační film, který zpomaluje přenos tepla. Dokonce i matný černý kabát, o kterém si někteří lidé myslí, že by mohl pomoci, ve skutečnosti trochu snižuje výkon. Jeho nízká tepelná vodivost a tloušťka jen překáží.
Teď je tu zvrat. Povlaky zvyšují emisivitu povrchu. Dobrý černý povrch může mít emisivitu mezi 0,4 a 0,8, mnohem lepší než lesklý kov. Takže ano, lakovaný chladič vyzařuje teplo efektivněji. Ale tady je háček: toto zvýšení zřídka vynahrazuje skutečnost, že povlak blokuje tepelný tok ze samotného kovu. Údaje z ProtoLabs ukazují, že práškové nátěry mohou snížit tepelný výkon o 20 až 50 procent ve vysokovýkonných chladičích-. Lakovaná umyvadla se tedy nakonec zahřejí více, zvláště když je situace intenzivní. Někteří výrobci nabízejí „tepelně disipativní“ barvy, ale jak poznamenal jeden inženýr, holý kov ve skutečnosti porazí potažené díly, když teplotní rozdíl není velký.
Existuje další typ povlakování-konverzních povlaků, jako je chromát nebo fosfát. Toto je jiný příběh. Jsou super tenké, jen zlomky mikronu a spojují se přímo s kovem. Sotva se dotýkají přenosu tepla, ale pomáhají při lepení barvy a přidávají malou ochranu proti korozi.
Sečteno a podtrženo: lidé používají polymerové povlaky na chladičích kvůli vzhledu nebo elektrické izolaci, ne kvůli lepšímu chlazení. Díky nim vypadá součástka ostře a pomáhá předcházet poškrábání nebo elektrickým zkratům, ale vždy dojde k menšímu zásahu do tepelného výkonu. U svítidel LED s nízkou spotřebou{2}} nebo spotřebičů pro spotřebitele, kde záleží na vzhledu, se obvykle hodí černý nebo bílý práškový lak. Ale pokud jde o věci s vysokým-výkonem, inženýři se vyhýbají silnému laku na kritických chladičích.
Porovnání výkonu a účinnosti
Jak se tedy tato ošetření vlastně skládají, pokud jde o zbavení se tepla? Opravdu jde o způsob, jakým chladíte věci. Pokud spoléháte na pasivní chlazení-žádné ventilátory, jen staré dobré přirozené proudění vzduchu{2}}zvýšení emisivity je velký rozdíl. Tam doslova a do písmene září černý elox nebo speciální nátěry. Nechávají chladič vyzařovat více tepla. Vezměte si malý pasivní chladič: pokud jej černě eloxujete, můžete snížit jeho teplotu o 10–20 %, jen tím, že jej necháte lépe vyzařovat.
Jakmile ale přivedete ventilátor a přepnete na nucené{0}}chlazení vzduchem, převezme konvekce. Najednou ten luxusní-nátěr s vysokou emisivitou pomáhá jen trochu-zlepšit jen pár procent, nic dramatického.
A co pokovené kovy? Niklované-dřezy například stále vedou teplo téměř stejně dobře jako holý hliník. Jeden inženýr to dokonce řekl dost otevřeně: eloxované povlaky prostě nepřenášejí teplo tak efektivně jako pokovování. To znamená, že tenká eloxovaná vrstva-o tloušťce pouhých několika mikronů-nepřekáží vedení. Větší obrázek: eloxované nebo lakované chladiče jsou o vyzařování tepla, zatímco ty pokovené se zaměřují na jeho vedení a odolnost proti korozi.
Abych to shrnul: černé eloxované dřezy jsou mistry ve vyzařování tepla-někdy až 8–10krát lepší než holý kov. Na druhé straně pokovení udržuje povrch stejně vodivý jako surový kov. Většina konstruktérů vidí eloxování jako nejlepší volbu pro pasivní chlazení. Pokud se však obáváte rzi nebo dlouhodobého-opotřebování, pokovování převezme hlavní roli. V systémech s ventilátory nebo smíšeným chlazením se rozdíly zmenšují. Ve skutečnosti u dřezů-chlazených ventilátorem může tlustá černá barva ve srovnání s holým hliníkem snížit teplotu jen o několik stupňů. Poniklování? Změnu teploty si sotva všimnete.
Odolnost proti korozi a trvanlivost
Na ochraně povrchů chladiče před korozí opravdu záleží. Vezměme si například eloxování,-které vytvoří pevnou, keramickou-vrstvu přímo na hliníku. Tato vrstva zadržuje vzduch a chemikálie, takže eloxované dřezy odolávají vlhkému nebo slanému prostředí mnohem lépe než holý kov. Pokovování funguje také. Pouhá tenká vrstva niklu nebo cínu na mědi může zastavit oxidaci v jejích stopách a pomoci chladiči vykonávat svou práci po léta. Představte si poniklované-měděné umyvadlo sedící na vlhkém místě; bude stále vypadat a fungovat jako nový dlouho poté, co nepotažený začne jít z kopce.
Barvy a práškové nátěry pomáhají pokrýt kov, ale jsou jen tak dobré jako jejich povrch. Pokud se poškrábou nebo odštípnou, vplíží se dovnitř koroze. Tenké chemické povlaky, jako jsou chromáty nebo fosfáty, přidávají další vrstvu ochrany, která se často provádí před práškovým lakováním, aby byla ochrana chráněna. Pokud jde o to, jak dobře tyto povrchové úpravy fungují,-eloxovaný hliník téměř vždy získává nejvyšší hodnocení za odolnost proti korozi a niklování má také vysoké skóre. Holý hliník začne rychle tvořit oxid a měď se během okamžiku zbarví.
Proto na většině chladičů používaných venku nebo v drsném průmyslovém prostředí najdete eloxování nebo pokovování. Obě metody odvádějí skvělou práci při blokování kyslíku a vlhkosti, takže chladič vydrží déle. Nejlepší volba závisí na kovu, se kterým pracujete, a na tom, kde bude dřez použit.
Úvahy o nákladech
Vždy záleží na ceně. Eloxování je většinou levnější způsob, jak jít pro hliníkové chladiče, zvláště pokud vyrábíte velkou dávku. Je to solidní a spolehlivý proces pro cokoliv extrudovaného nebo obráběného z hliníku. Na druhou stranu pokovování může být po celé mapě-cenově. Cín a standardní nikl nejsou špatné, ale jakmile se začne mluvit o stříbře nebo zlacení, účet rychle naskočí. A když se pustíte do specializovaných nátěrů-keramických barev, silných polymerů-, neplatíte jen za materiály. Platíte také za práci navíc, jako je vytvrzování a maskování, což zabírá čas a peníze.
Náklady se mění v závislosti na tom, jak silný je povlak a kolik příprava dílu potřebuje. Tvrdé eloxování, které vám poskytuje lepší odolnost proti opotřebení, stojí více než běžný druh. Práškové lakování se zdá levné na součást, ale strávíte více času dokončením kusů. Eloxování je opravdu skvělé: je cenově dostupné a odvede svou práci. Pokovování nebo efektní nátěry mají smysl pouze v případě, že potřebujete něco speciálního-, jako je konkrétní vzhled nebo vlastnost, kterou vám eloxování nemůže poskytnout. Řekněme, že potřebujete hřídel k vedení elektřiny-, pak ji musíte oplechovat a cena bude méně starostí.
Sečteno a podtrženo: většina návrhářů volí pro hliníkové chladiče eloxování, protože funguje dobře a nezničí peníze. Pokud potřebujete specifické doplňky, jako je kovový povrch nebo určitá barva, pak by se možná vyplatilo zaplatit více za pokovování nebo speciální povrchovou úpravu. Jen se ujistěte, že extra výkon nebo styl za tu cenu skutečně stojí. Jednoduchý eloxovaný chladič vám často poskytne větší hodnotu než drahý pokovený chladič s téměř žádným rozdílem v tepelném výkonu.
PowerWinxje předním poskytovatelem-výkonných chladičů a komponent pro řízení teploty. Nabízíme širokou škálu chladičů s pokročilými povrchovými úpravami, od černých -eloxovaných hliníkových dřezů, které posilují chlazení sáláním, až po korozi -odolné poniklované- měděné provedení. Dodáním dřezů s nejnovějšími možnostmi eloxování, pokovování a povrchové úpravy pomáhá PowerWinx návrhářům elektroniky udržovat jejich zařízení chladná a spolehlivá.
