알루미늄 매트릭스 복합재 열교환기
AMC(알루미늄 매트릭스 복합재) 열 교환기는 알루미늄의 경량성, 성형성 및 내부식성과 세라믹 강화재로 인한 향상된 강성, 내마모성 및 열 안정성을 결합합니다. 그 결과 기존 알루미늄이 공격적인 듀티 사이클에서 크리프, 침식 또는 치수 안정성으로 어려움을 겪을 수 있는 컴팩트한 고유량 열 관리용으로 설계된 열 교환기 플랫폼이 탄생했습니다.
AMC는 얇은 벽, 높은 핀 밀도, 긴 서비스 수명 동안 일관된 성능을 요구하는 공기 대 액체 및 액체 대 액체 설계에 특히 매력적입니다. 강화 유형과 부피 비율을 맞춤화함으로써 AMC 열 교환기 구성 요소는 열 전도성, 열팽창 계수(CTE) 및 기계적 강도에 맞게 조정되어 더 엄격한 허용 오차, 더 높은 작동 압력, 진동 및 열 순환에 대한 향상된 저항을 지원합니다.
그것이 무엇인가
AMC 열교환기는 탄화규소(SiC), 알루미나(Al2O₃) 또는 흑연과 같은 미립자 또는 단섬유로 강화된 알루미늄 합금 매트릭스(일반적으로 3xxx, 5xxx 또는 6xxx 제품군)를 사용합니다. 보강재는 매트릭스를 통해 분산되어 모놀리식 알루미늄과 다르게 작동하는 복합재를 생성합니다.
일반적인 구성은 다음과 같습니다.
- 강성과 안정성을 위해 AMC 헤더 플레이트 또는 측면 플레이트가 있는 브레이징 플레이트 핀 코어
- 내식성과 내크리프성이 요구되는 마이크로채널(멀티포트) 튜브
- CTE 제어가 중요한 전력 전자 장치용 액체 냉각판 또는 베이스플레이트
고객이 중요하게 생각하는 기능
| 특징 | 그것이 제공하는 것 | 열교환기에서 중요한 이유 |
|---|---|---|
| 높은 비강성 | 낮은 무게에서 처짐 감소 | 얇은 벽 디자인은 치수 안정성을 유지합니다. |
| 크리프 저항성 향상 | 고온에서 더 나은 강도 유지 | 엔진룸, 항공우주 및 고강도 사이클링에 도움이 됩니다. |
| 맞춤형 CTE | 세라믹/반도체에 더욱 근접 | 전자 장치 냉각 시 열 피로 감소 |
| 우수한 부식 관리 | 알루미늄의 천연산화물 + 코팅 | 적절한 억제제/코팅 선택으로 긴 사용 수명 |
| 제조 가능성 옵션 | 압출, 롤 본딩, 가공, 브레이징 변형 | 확장 가능한 생산 및 통합이 가능합니다. |
일반적인 응용
| 산업 | 사용 사례 예시 | AMC의 가치 |
|---|---|---|
| EV 및 전력전자 | 인버터 냉각판, DC/DC 열 모듈 | 사이클링 중 평탄도를 위한 CTE 제어 및 강성 |
| 항공우주 | 소형 공기-액체 교환기 | 치수 안정성을 통한 중량 감소 |
| 자동차 | EGR 쿨러, 차지 에어 냉각 부품, 열 관리 | 더 나은 크리프/침식 저항성 및 패키징 밀도 |
| 통신 및 데이터 인프라 | 액체 냉각 매니폴드 및 냉각판 | 안정적인 인터페이스와 안정적인 열 경로 |
| 산업용 | 높은 델타-T 오일 쿨러, 유압식 냉각 | 내마모성 및 기계적 견고성 |
재료 시스템 옵션(매트릭스 + 강화)
AMC 열교환기는 단일 "단일 크기" 합금이 아닙니다. 그들은 엔지니어링 시스템입니다. 아래 표에는 널리 사용되는 조합과 실제적인 의도가 요약되어 있습니다.
| 복합 시스템 | 일반적인 강화 | 일반적인 강화 부피 비율 | 실제적인 의도 |
|---|---|---|---|
| Al-SiC(미립자) | SiC | 10~30% | 더 높은 강성, 더 낮은 CTE, 향상된 마모 |
| Al-Al₂O₃(미립자) | 알루미나 | 10~25% | 부식에 강한 보강재, 온도에 안정함 |
| Al-Graphite(하이브리드) | 흑연 + 세라믹 | 5~20% | 열전도율 조정 및 마찰 감소 |
| 하이브리드 AMC | SiC + Al₂O₃ | 10~30% | 가공성, 비용, 안정성의 균형 |
화학 성분(대표 매트릭스 합금)
강화는 알루미늄 합금 화학의 일부가 아니므로 구성 제어는 매트릭스 합금에 중점을 둡니다. 다음은 일반적인 범위(wt.%)로 표시된 교환기 구성 요소에 사용되는 일반적인 매트릭스 선택입니다. 최종 선택은 접합 경로, 부식 환경 및 요구되는 강도에 따라 달라집니다.
AA3003 (열교환기 시트에 널리 사용됨)
| 요소 | 그리고 | 철 | 구리 | 망 | 마그네슘 | 아연 | 알 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 일반적인 중량% | 최대 0.6 | 최대 0.7 | 0.05~0.20 | 1.0~1.5 | 최대 0.05 | 최대 0.10 | 균형 |
AA6061(구조용 플레이트, 매니폴드, 냉각판)
| 요소 | 그리고 | 철 | 구리 | 망 | 마그네슘 | Cr | 아연 | 의 | 알 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 일반적인 중량% | 0.4–0.8 | 최대 0.7 | 0.15~0.40 | 최대 0.15 | 0.8~1.2 | 0.04~0.35 | 최대 0.25 | 최대 0.15 | 균형 |
조질/열처리 및 접합 호환성
AMC 열교환기 설계는 전도성이 아니라 결합성 및 결합 후 안정성으로 인해 제한되는 경우가 많습니다. 표에는 실제로 사용되는 일반적인 조질 경로가 요약되어 있습니다.
| 매트릭스 계열 | 일반적인 성격 | 열교환기에 대한 참고사항 | 가입 고려 사항 |
|---|---|---|---|
| 3xxx(예: 3003) | 오, H14, H24 | 핀 및 시트 성형성이 우수함 | 클래딩 시 CAB(제어 분위기 브레이징)와 높은 호환성 |
| 6xxx(예: 6061) | TT, TT1, A | 플레이트/매니폴드의 강도 향상 | 용접 가능; 브레이징에는 복합 효과로 인해 공정 조정이 필요할 수 있습니다. |
| 5xxx(예: 5052/5083) | H32, H116 | 해양과 같은 환경에서 우수한 내식성 | 용접공통; 감작 위험이 있는 고온 노출을 피하십시오(합금에 따라 다름). |
기술 사양(일반 제품군)
실제 값은 강화, 처리 방법(분말 야금, 교반 주조, 압착 주조, 침투) 및 부품 형상에 따라 달라집니다. 이는 고객 수준 사양에 사용되는 실제 범위입니다.
| 매개변수 | 일반적인 범위 | 메모 |
|---|---|---|
| 밀도 | 2.75~3.05g/cm³ | 세라믹 분율에 따라 증가합니다. 여전히 강철/구리 시스템보다 훨씬 낮습니다. |
| 열전도율 | 140~210W/m·K | 복합재는 순수 Al에 비해 k를 줄일 수 있습니다. 디자인은 안정성 + 얇은 벽에 중점을 둡니다. |
| CTE(20~100°C) | 12~20μm/m·K | 조정할 수 있는; 더 높은 SiC 비율로 달성 가능한 더 낮은 값 |
| 탄성률 | 85~140GPa | 모놀리식 알루미늄보다 높음(~69GPa) |
| 인장강도(상온) | 180~420MPa | 매트릭스/템퍼 및 강화에 크게 의존합니다. |
| 항복강도(상온) | 120~350MPa | 열처리된 6xxx 기반 AMC의 더 높은 값 |
| 작동 온도(일반) | -40~250°C | 냉각수 화학, 씰, 접합 방법에 따라 다름 |
| 최대 설계 압력(구성품 수준) | 애플리케이션별 | 기하학, 접합 효율성, 피로 요구 사항에 따라 결정됩니다. |
구매 결정에 영향을 미치는 성능 참고 사항
| 주제 | AMC로 인해 달라진 점 | 고객 테이크아웃 |
|---|---|---|
| 열 순환 | 낮은 CTE와 높은 강성으로 인해 뒤틀림이 감소합니다. | 냉각판 및 브레이징 어셈블리의 인터페이스 안정성 향상 |
| 진동과 피로 | 모듈러스가 높을수록 변형을 줄일 수 있습니다. | 적절하게 설계되면 모바일 및 항공우주 환경에 도움이 됩니다. |
| 부식 | 매트릭스는 여전히 알루미늄처럼 작동하며 강화는 부분적으로 갈바닉에 영향을 미칠 수 있습니다. | 입증된 코팅, 억제제 및 검증된 브레이징/클래딩 시스템을 사용하십시오. |
| 가공성 | 단단한 단계는 공구 마모를 증가시킵니다. | 초경/PCD 툴링 예산 피드/속도 최적화 |
일반적인 형태 및 빌드 옵션
| 제품형태 | 일반적인 사용 | 제조 노트 |
|---|---|---|
| AMC 시트/플레이트 | 냉각판, 보강재, 엔드플레이트 | CNC 가공; 공구 마모 및 표면 조도에 주의 |
| 돌출 프로파일 | 멀티포트 튜브, 매니폴드 | 치수 안정성과 내마모성이 장점입니다. |
| 납땜 어셈블리 | AMC 구조 부품이 포함된 판핀 코어 | 브레이징 필러/클래드 선택은 복합재를 통해 검증되어야 합니다. |
| 하이브리드 어셈블리 | AMC 베이스 + 알루미늄 핀 | 비용 효율성: 중요한 경우에는 복합재, 중요하지 않은 경우에는 표준 Al |
품질 및 검사(실제 점검)
| 검사항목 | 제어 대상 | 일반적인 방법 |
|---|---|---|
| 강화분포 | 속성의 일관성 및 결합 동작 | 개발 빌드를 위한 금속학, CT 샘플링 |
| 다공성 | 압력 무결성 및 피로 수명 | 밀도 검사, 현미경 검사, 누출 테스트 |
| 평탄도 및 변형 | 열 인터페이스 성능 | CMM, 광학 평탄도 검사 |
| 공동 무결성 | 장기적인 신뢰성 | 버스트 테스트, 열 순환, 헬륨 누출 테스트 |
AMC 열교환기는 열, 압력, 진동 및 사이클링 환경에서 안정성을 유지해야 하는 소형, 경량 열 시스템용으로 설계되었습니다. AMC는 알루미늄의 제조 가능성과 세라믹 보강재를 결합하여 조정 가능한 CTE, 더 높은 강성, 향상된 내마모성 및 더 나은 고온 안정성을 제공합니다. 이는 EV 전력 전자 장치 냉각, 항공우주 열 관리 및 까다로운 산업 루프에 이상적입니다. 선택은 매트릭스 합금, 보강 비율, 결합 경로, 부식 제어 및 검사 계획 등 전체 시스템에 초점을 맞춰야 합니다.
알루미늄 매트릭스 복합재 열교환기 솔루션은 조정 가능한 CTE, 개선된 내마모성 및 EV, 항공우주 및 산업용 냉각 응용 분야의 안정적인 작동을 통해 경량, 고강성 열 성능을 제공합니다.
https://www.aluminumplate.net/a/aluminum-matrix-composites-heat-exchanger.html
