Úvod
Chladiče-zvyčajne vyrobené z hliníka alebo medi-odvádzajú teplo z elektroniky a vytláčajú ho do vzduchu okolo seba. Nájdete ich všade: vo vnútri počítačov, osvetlenia, napájacích zariadení, čo len chcete. Aby spoločnosti vydržali dlhšie a fungovali lepšie, ich povrchy často upravujú. Veci ako eloxovanie, pokovovanie alebo špeciálne nátery nielenže chránia rebrá pred hrdzou; tiež im pomáha efektívnejšie odvádzať teplo. Každá liečba má svoje vlastné výhody a nevýhody. Niektoré zvyšujú tepelný výkon, niektoré bojujú proti korózii a niektoré len udržiavajú nízke náklady. Pozrime sa bližšie na eloxovanie, pokovovanie a povlaky na chladičoch a uvidíme, ako si každý stojí, pokiaľ ide o účinnosť, ochranu a cenu.
Eloxované chladiče: emisivita a životnosť
Eloxovanie je prvoradý-proces na výrobu hliníkových chladičov pevnejších a{1}}dlhších. Funguje to takto: cez kov prejdete elektrickým prúdom, ktorý zahustí jeho prirodzenú oxidovú vrstvu na pevnú, poréznu škrupinu. Táto škrupina robí veľa. Chráni chladič pred koróziou a opotrebovaním-, takže bude odolávať veciam, ako je vlhkosť alebo slaný vzduch, oveľa lepšie ako obyčajný hliník. Z dohody získate aj skvelú elektrickú izoláciu, takže je menšie riziko elektrických skratov, keď sú vaše komponenty pevne zabalené.
Ale skutočné kúzlo, aspoň pokiaľ ide o chladenie, sa deje s emisivitou povrchu. Holý hliník takmer nevyžaruje teplo. Jeho emisivita sa pohybuje okolo 0,04 až 0,06, čo znamená, že väčšinou iba odráža teplo späť, namiesto toho, aby ho nechala uniknúť. Keď ho však anodizujete, toto číslo vyskočí na 0,8 alebo dokonca 0,9. To je obrovský skok-zrazu môže čierny eloxovaný chladič vyžarovať teplo 15 až 20-krát efektívnejšie ako obyčajný. To je obrovské, ak máte čo do činenia s pasívnym chladením alebo situáciami, kde je prúdenie vzduchu obmedzené. Odborníci tvrdia, že čierne eloxované chladiče môžu zvýšiť radiačné chladenie 8 až 10-krát v porovnaní s holým hliníkom, čo znamená chladnejšie diely, najmä v malých alebo stiesnených zostavách.
Teraz je samotná eloxovaná vrstva tenká-zvyčajne len 5 až 25 mikrónov pre štandardné materiály-, takže tok tepla cez kov skutočne nespomaľuje. Získate trochu dodatočný tepelný odpor, možno o 5 – 10 % viac, ale nárast emisivity viac než vynahrádza. Ak to preženiete a použijete super{8}}hrubé „tvrdé eloxovanie“ (25–100 mikrónov), potom áno, začnete vidieť, že drez je teplejší, pretože vrstva blokuje teplo o niečo viac. Ale za normálnych podmienok je kompromis{12}}malý a zvyčajne stojí za to.
Na eloxovaní sa toho páči viac. Tento proces je odskúšaný-a{2}}pravdivý, funguje vo veľkom meradle a je zvyčajne lacnejší ako luxusné špeciálne nátery. Navyše, porézny povrch dobre prijíma farbivo, takže môžete získať chladiče v najrôznejších farbách bez toho, aby ste si pokazili ich chladiaci výkon. Výskum ukazuje, že na farbe skutočne nezáleží pre tepelné žiarenie-číry eloxovaný povrch chladí rovnako dobre ako čierna.
Zrátané a podčiarknuté: eloxované chladiče sú obľúbené z nejakého dôvodu. Odolávajú korózii, vyžarujú teplo ako šampiňóny a dobre pri tom vyzerajú. Jedinou skutočnou nevýhodou je mierny pokles tepelnej vodivosti, ak je vrstva oxidu príliš hrubá, ale pri štandardnej anodizácii to nie je veľký problém. Získate inteligentnú rovnováhu medzi ochranou a výkonom.
Pokovovanie chladičov: vodivosť a ochrana
Pokovovanie chladiča znamená pridanie tenkej kovovej vrstvy-niklu, cínu, striebra alebo niekedy zlata- priamo na povrch. Ľudia to zvyčajne robia s medenými alebo oceľovými drezmi a niekedy s hliníkom, aj keď to vyžaduje špeciálny základ. Veľký dôvod pre pokovovanie? Ochrana proti korózii. Napríklad umiestnenie niklu alebo cínu na meď zabráni jej oxidácii a korózii, čo pomáha chladiču dobre fungovať vo vlhkom alebo náročnom prostredí. Kovový povlak v podstate funguje ako štít, udržuje vzduch a vlhkosť mimo a predlžuje životnosť dielu.
Pokovované vrstvy, na rozdiel od eloxovaných, stále vedú teplo aj elektrinu. Bezprúdové niklovanie vyniká tým, že je odolné voči korózii a stále vedie teplo. Vrstva niklu má tepelnú vodivosť asi o 90 W/m·K-nižšiu ako meď (približne 400 W/m·K) alebo hliník (približne 200 W/m·K)-, ale stále plní svoju úlohu. Jeden odborník v tomto odvetví dokonca hovorí: „Bezelektrický nikel je najlepší povlak, ak chcete maximálny prenos tepla,“ a že pokovovanie niklom zostáva vodivé, tepelne aj elektricky. Strieborné pokovovanie je ešte vyššie (okolo 429 W/m·K) a prejavuje sa v extrémne vysoko{10}}výkonnom zariadení, hoci sa časom zafarbí. Pozlátenie (318 W/m·K) sa zvyčajne objavuje v kozmickom alebo RF aplikáciách, kde na stabilite záleží najviac.
Väčšina pokovovania má hrúbku len niekoľko mikrónov, takže sotva pridáva nejaký tepelný odpor. V prípade niklu je dodatočný odpor približne 0,2 K·cm²/W-tak malý, že na väčšine návrhov nezáleží. Na rozdiel od farby pokovovanie sotva izoluje, pretože samotný kov dobre prenáša teplo. Napriek tomu pokovovanie nie je lacné. Cena závisí od kovu: cín a nikel nie sú zlé, ale striebro a zlato sa môžu rýchlo predražiť. Pokovovanie hliníka tiež nie je jednoduché-, potrebujete ďalšie kroky čistenia alebo špeciálnu základnú vrstvu, čo ešte viac komplikuje prácu.
Zrátané a podčiarknuté: pokovovanie chladičov vám poskytuje solídnu odolnosť proti korózii bez narušenia vedenia tepla. To je bežné najmä pre medené drezy (keďže meď miluje koróziu) a všade tam, kde chcete mať lesklý a čistý povrch, ako napríklad konektory. Kompromis-? Vyššie náklady a niekedy problémy s galvanickou koróziou-ako poškriabanie tenkého niklu na hliníku. Ale pre vysoko{5}}spoľahlivé práce sa to zvyčajne oplatí. Dobrý niklový alebo cínový plech udržuje chladič v prevádzke na dlhú trať.
Chladiče s rôznym typom povrchovej úpravy
Nátery na chladiče: Estetické a izolačné úpravy
Nátery chladiča zvyčajne znamenajú farby, práškové nátery alebo polymérové filmy, ktoré sa nanášajú po výrobe chladiča. Tieto vrstvy sú oveľa hrubšie ako eloxovanie-myslím 30 až 100 mikrónov{4}}a úprimne povedané, sú tu na to, aby chránili súčiastku alebo aby vyzerali pekne, nie preto, aby lepšie chladili. V skutočnosti sa povlak zmení na skutočnú tepelnú prekážku. Jeden dizajnér chladičov to povedal na rovinu: "Nenatierajte chladiče." Farba zanecháva tenký izolačný film, ktorý spomaľuje prenos tepla. Dokonca aj matný čierny kabát, o ktorom si niektorí ľudia myslia, že môže pomôcť, v skutočnosti trochu znižuje výkon. Jeho nízka tepelná vodivosť a hrúbka len prekážajú.
Teraz je tu zvrat. Povlaky zvyšujú emisivitu povrchu. Dobrý čierny povrch môže mať emisivitu medzi 0,4 a 0,8, čo je oveľa lepšie ako lesklý kov. Takže áno, maľovaný chladič vyžaruje teplo efektívnejšie. Ale tu je háčik: toto zvýšenie len zriedka kompenzuje skutočnosť, že povlak blokuje tok tepla zo samotného kovu. Údaje z ProtoLabs ukazujú, že práškové nátery môžu znížiť tepelný výkon o 20 až 50 percent vo vysokovýkonných chladičoch-. Takže maľované drezy sú v konečnom dôsledku horúcejšie, najmä keď sú veci intenzívne. Niektorí výrobcovia ponúkajú "tepelne disipatívne" farby, ale ako zdôraznil jeden inžinier, holý kov skutočne porazí potiahnuté časti, keď teplotný rozdiel nie je veľký.
Existuje ďalší typ povlaku-konverzné povlaky, ako je chromát alebo fosfát. Toto je iný príbeh. Sú super tenké, len zlomky mikrónu a spájajú sa priamo s kovom. Sotva sa dotýkajú prenosu tepla, ale pomáhajú lepiť farbu a pridávajú malú ochranu proti korózii.
Zrátané a podčiarknuté: ľudia používajú polymérové povlaky na chladičoch na vzhľad alebo elektrickú izoláciu, nie na lepšie chladenie. Súčiastka vďaka nim vyzerá ostro a pomáha predchádzať poškriabaniu alebo elektrickým skratom, ale vždy je tu malý zásah do tepelného výkonu. V svietidlách LED s nízkou spotrebou energie alebo spotrebiteľských zariadeniach, kde záleží na vzhľade, je čierny alebo biely práškový náter zvyčajne dobrý. Ale pokiaľ ide o veci s vysokým-výkonom, inžinieri sa vyhýbajú hrubej farbe na kritických chladičoch.
Porovnanie výkonu a účinnosti
Takže, ako sa tieto liečby skutočne ukladajú, pokiaľ ide o zbavenie sa tepla? Skutočne to závisí od spôsobu, akým chladíte veci. Ak sa spoliehate na pasívne chladenie,-žiadne ventilátory, len staré dobré prirodzené prúdenie vzduchu{2}}veľký rozdiel má zvýšenie emisivity. Tam doslova a do písmena žiari čierny elox alebo špeciálne nátery. Nechávajú chladič odvádzať viac tepla sálaním. Vezmite si malý pasívny chladič: ak ho eloxujete načierno, môžete znížiť jeho teplotu o 10–20 %, stačí, že ho necháte lepšie vyžarovať.
Keď však zapojíte ventilátor a prepnete na nútené{0}}chladenie vzduchom, prevezme vedenie konvekcia. Zrazu tento luxusný-náter s vysokou emisivitou pomáha len trochu-len o niekoľko percent zlepšenia, nič dramatické.
A čo teraz pokovované kovy? Napríklad poniklované-drezy stále vedú teplo takmer rovnako dobre ako holý hliník. Jeden inžinier to dokonca povedal celkom otvorene: eloxované povlaky jednoducho neprenášajú teplo tak efektívne ako pokovovanie. To znamená, že tenká eloxovaná vrstva-s hrúbkou len niekoľkých mikrónov-v skutočnosti neprekáža vo vedení. Väčší obrázok: eloxované alebo lakované chladiče sú o vyžarovaní tepla, zatiaľ čo pokovované sa zameriavajú na jeho vedenie a odolnosť proti korózii.
Aby som to zhrnul: čierne eloxované drezy sú majstrovské vo vyžarovaní tepla-niekedy až 8- až 10-krát lepšie ako holý kov. Na druhej strane pokovovanie udržuje povrch rovnako vodivý ako surový kov. Väčšina dizajnérov vidí eloxovanie ako najlepšiu voľbu pre pasívne chladenie. Ak sa však obávate hrdze alebo dlhodobého-opotrebenia, pokovovanie prevezme vedúcu úlohu. V systémoch s ventilátormi alebo zmiešaným chladením sa rozdiely zmenšujú. V skutočnosti, s ventilátorom-chladeným drezom môže hrubá čierna farba v porovnaní s holým hliníkom znížiť teplotu len o niekoľko stupňov. Poniklovanie? Zmenu teploty si takmer vôbec nevšimnete.
Odolnosť proti korózii a trvanlivosť
Na ochrane povrchov chladiča pred koróziou skutočne záleží. Zoberme si napríklad eloxovanie-vytvára pevnú keramickú-vrstvu priamo na hliníku. Táto vrstva chráni pred vzduchom a chemikáliami, takže eloxované drezy odolávajú vlhkým alebo slaným podmienkam oveľa lepšie ako holý kov. Pokovovanie funguje tiež. Len tenká vrstva niklu alebo cínu na medi môže zastaviť oxidáciu v jej stopách a pomôcť chladiču vykonávať svoju prácu roky. Predstavte si poniklovaný-medený drez umiestnený na vlhkom mieste; bude stále vyzerať a fungovať ako nový dlho po tom, čo nepotiahnutý začne ísť z kopca.
Farby a práškové nátery pomáhajú pokrývať kov, ale sú len také dobré, ako dobrý je ich povrch. Ak sa poškriabu alebo odštipnú, korózia sa vkradne dovnútra. Tenké chemické povlaky, ako sú chrómany alebo fosfáty, pridávajú ďalšiu vrstvu ochrany, ktorá sa často deje pred práškovým lakovaním na podporu ochrany. Pokiaľ ide o to, ako dobre tieto povrchové úpravy fungujú,-eloxovaný hliník takmer vždy získava najvyššie známky za odolnosť proti korózii a vysoké skóre má aj poniklovanie. Holý hliník začne rýchlo tvoriť oxid a meď sa zakrátko zafarbí.
To je dôvod, prečo nájdete eloxovanie alebo pokovovanie na väčšine chladičov používaných vonku alebo v drsnom priemyselnom prostredí. Obe metódy odvádzajú skvelú prácu pri blokovaní kyslíka a vlhkosti, takže chladič vydrží dlhšie. Najlepšia voľba závisí len od kovu, s ktorým pracujete, a od toho, kde sa drez použije.
Úvahy o nákladoch
Na cene vždy záleží. Väčšinu času je eloxovanie lacnejší spôsob, ako ísť pre hliníkové chladiče, najmä ak vyrábate veľkú dávku. Je to solídny a spoľahlivý proces pre čokoľvek extrudované alebo opracované z hliníka. Na druhej strane pokovovanie môže byť-cena celej mapy. Cín a štandardný nikel nie sú až také zlé, ale akonáhle začnete hovoriť o striebrení alebo pozlátení, účet rýchlo naskočí. A keď sa pustíte do špecializovaných náterov-keramických farieb, hustých polymérov-neplatíte len za materiály. Platíte aj za prácu navyše, ako je vytvrdzovanie a maskovanie, čo zaberá čas a peniaze.
Náklady sa menia v závislosti od hrúbky povlaku a od prípravy dielu. Tvrdé eloxovanie, ktoré vám dáva lepšiu odolnosť proti opotrebovaniu, stojí viac ako bežný druh. Práškové lakovanie sa zdá lacné na súčiastku, ale strávite viac času dokončovaním dielov. Eloxovanie je naozaj skvelé: je cenovo dostupné a zvládne svoju prácu. Pokovovanie alebo efektné povrchové úpravy majú zmysel len vtedy, ak potrebujete niečo špeciálne-, ako je konkrétny vzhľad alebo vlastnosť, ktorú vám eloxovanie nemôže poskytnúť. Povedzme, že potrebujete hriadeľ na vedenie elektriny,-potom ho musíte opláštiť a cena bude menej dôležitá.
Zrátané a podčiarknuté: väčšina dizajnérov volí eloxovanie pre hliníkové chladiče, pretože funguje dobre a nezničí peniaze. Ak potrebujete špecifické doplnky, napríklad kovový povrch alebo určitú farbu, možno by stálo za to zaplatiť viac za pokovovanie alebo špeciálny náter. Len sa uistite, že extra výkon alebo štýl skutočne stojí za to. Jednoduchý eloxovaný chladič vám často dáva väčšiu hodnotu ako drahý pokovovaný chladič s takmer žiadnym rozdielom v tepelnom výkone.
PowerWinxje popredným poskytovateľom-vysokovýkonných chladičov a komponentov tepelného manažmentu. Ponúkame široký sortiment chladičov s pokročilými povrchovými úpravami, od čiernych-eloxovaných hliníkových chladičov, ktoré podporujú chladenie sálaním, až po korózii-niklové-medené konštrukcie. Dodávaním umývadiel s najnovšími možnosťami eloxovania, pokovovania a povrchovej úpravy pomáha PowerWinx dizajnérom elektroniky udržiavať ich zariadenia chladné a spoľahlivé.
