金属印刷材料の熱伝導率を確保する方法は？

一、材料システム：熱伝導率の上限は、本質的な品質によって決定されます
金属材料の原子構造と電子運動特性が熱伝導率を決定します。銀（Ag）と銅（Cu）は、2つの最も熱伝導性の純金属ですが、アルミニウム（AL）は、その軽量性のために航空宇宙セクターで人気を博しています。合金は、単一の金属が複雑な運用状況の要求を満たすことが困難であるため、全体的なパフォーマンスを向上させるための重要な戦略として浮上しています。
1。銅に基づく合金：強度と良好な熱伝導率のバランスをとる
NASA -にcr2NB laves位相補強材の添加は、GRCOP - 42（CU-4CR-2NB）およびGRCOP-84（CU-8CR-4NB）を開発しました。従来の銅合金と比較して、実験データは、レーザーパウダーベッド融解（L-PBF）プロセスを使用して生成されたGRCOP-42が熱伝導率を15％増加させ、500〜800度の温度で安定した熱伝導率を維持できることを示しています。ロケットエンジンの再生冷却燃焼室で広く利用されているこの材料の主な利点は次のとおりです。
微細構造の制御：l - PBFプロセスの高冷却速度（10°-10⁶k/s）は、CR2NB相のサイズをナノスケールレベルに改良することにより、電子運動散乱を減少させます。
組成の均一性：局所的な分離によってもたらされる熱伝導率の変動を防ぐことにより、ガス霧化粉末技術は、銅マトリックス内のCRおよびNB要素の均一な分布を保証します。
2.アルミニウムに基づく合金：熱伝導率と軽量の組み合わせ
3Dプリンティングで最も広く使用されているアルミニウム合金は、約120W/（M・K）の熱伝導率を持つALSI10MGです。 2.7g/cm³の密度の利点により、新しいエネルギー車両バッテリーパックラジエーターと衛星熱管理システムに最適な材料になります。以下の戦略を使用して、選択的レーザー融解（SLM）プロセスを使用して製造されたALSI10MG成分の熱伝導率を最大化できます。
粉末粒子サイズの制御：15〜45μmの微粉末を使用すると、熱伝導率が10％増加し、多孔性が低下し、溶融プールの流動性が向上します。
熱処理手順：ナノスケールSI相は、T6固形溶液と老化処理により沈殿し、115〜125W/（M・K）範囲の熱伝導率を改善し、安定化することができます。
2、プロセスのパラメーター：微細構造による熱伝導率の制御
材料自体に加えて、プロセスパラメーターの深さは、金属3D印刷の熱伝導率にも影響します。溶融プール、冷却速度、および残留応力分布の形を変更することにより、レーザーパワー、スキャン速度、層の厚さなどの変数など、L - PBFプロセスのコンポーネントの熱伝導率に直接影響します。
1。レーザーパラメーターの最適化：溶融プールの安定性と熱伝導性パスのバランスが取れています。
NASAの科学者は、GRCOP-42銅合金を印刷するときに発見しました。
レーザーのパワー：溶融プールの幅は、電力が200Wから300Wに上昇すると20％増加します。一方、あまりにも多くのエネルギーが適用されると、銅要素が蒸発し、マイクロポアが発生し、熱伝導率が8％低下する可能性があります。
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 (>100μm）、層間の熱の通過を妨げる可能性があります。
2。マルチマテリアル印刷：相互作用での熱伝導率の正確な管理
スチール銅のデュアル材料成分を印刷する際の主要なボトルネックの1つは、界面での熱伝導率です。研究はそれを明らかにします：
インターフェイスパラメーター設計：鋼の熱拡散率{-銅インターフェイスは、レーザーエネルギー密度を50J/mm³に80J/mm³に変更することで50％増加できます。老化熱処理：520度の老化処理は、界面の残りのストレスを除去し、熱拡散率を30％増加させ、純粋な銅材料の80％に近づけます。
3、構造設計：トポロジを最適化すると、熱伝導率の可能性が解放されます
3D印刷の主な利点は、従来の方法を使用して生成することが不可能な複雑な構造を作成する能力です。成分の熱伝導率は、生体模倣設計とトポロジー最適化方法を使用することにより、大幅に向上させることができます。
1。生体模倣格子構造：熱散逸効率と特定の表面積の増加
LEDヒートシンクの熱散逸面積は、八面体格子構造を使用することにより300％増加することができ、格子ロッドの直径（0.5mmから0.3mm）を最適化することにより、熱抵抗を40％減らすことができます。実験データによると、AlSI10MG -印刷された格子ヒートシンクは、10Wの出力でLEDの寿命を3倍に3倍にし、その接合温度を120度から85度に下げることができます。
2。ランダム冷却チャネル：指向した熱流動を達成します
直径0.8mmのコンフォーマル冷却水チャネルは、射出型の製造における3D印刷技術を使用して設計され、カビの温度の均一性を50％改善し、冷却時間を40％削減できます。例として、自動車バンパー金型を使用すると、サイクル時間を60秒から35秒に削減でき、冷却チャネルの配置を最適化することにより、ピースあたりの生産コストを0.8元を減らすことができます。
4、post -処理：欠陥を削除し、潜在的な熱伝導率を解放します
3Dプリントされた成分の熱伝導率は、内部の多孔性と表面粗さによって大きく影響されます。イラストとして銅合金GRCOP-42を使用してください。
高温アイソスタティックプレス（股関節）による治療：気孔率は0.5％から0.02％に減少し、120 MPaおよび500度で2時間の治療後に熱伝導率が8％増加します。化学研磨：表面粗さはRA10μMからRA0.8μMに減少し、硝酸加水酸混合溶液で研磨後、接触熱抵抗が60％減少しました。