L'alliage d'aluminium est le matériau structurel non ferreux le plus largement utilisé dans l'industrie, en particulier dans les scénarios où la conductivité thermique des matériaux est d'une grande importance, et dans les situations où une conduction thermique efficace est requise, comme dans la dissipation de chaleur des équipements électroniques, la dissipation de chaleur des trois puissances des véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie par batterie. Dans les domaines de la dissipation de chaleur et de l'aérospatiale, il est généralement utilisé pour fabriquer des équipements de transfert de chaleur efficaces tels que des radiateurs, des plaques de conduction thermique et des composants électroniques.

La conductivité thermique, également appelée conductivité thermique, est un indice de paramètre qui caractérise la conductivité thermique des matériaux. Il indique la conduction thermique par unité de temps, unité de surface et gradient de température négatif. L'unité est W/m·K ou W/m·℃. L'alliage d'aluminium est un matériau d'alliage composé d'aluminium et d'autres métaux. Sa conductivité thermique est très excellente et le coefficient de conductivité thermique est généralement compris entre 140 et 200 W/(m·K). En tant que métal ayant la plus forte teneur dans la croûte terrestre, l'aluminium a un coefficient de conductivité thermique relativement faible. Il est privilégié en raison de sa hauteur élevée, de sa faible densité et de son prix bas.

1-Principe de conductivité thermique des matériaux en alliage d'aluminium

Lorsqu'il y a une différence de température entre les zones adjacentes d'un matériau, la chaleur s'écoule de la zone à haute température vers la zone à basse température à travers la partie de contact, ce qui entraîne une conduction thermique. Les matériaux métalliques contiennent un grand nombre d'électrons libres. Les électrons libres peuvent se déplacer rapidement dans le métal et peuvent transférer rapidement la chaleur. La vibration du réseau est un autre moyen de transfert de chaleur du métal, mais elle est secondaire par rapport à la méthode de transfert d'électrons libres.

Comparaison des méthodes de conduction thermique entre les métaux et les non-métaux

2-Facteurs affectant la conductivité thermique des alliages d'aluminium

a.L'alliage est l'un des principaux facteurs influençant la conductivité thermique. Les éléments d'alliage, présents sous forme d'atomes en solution solide, de phases précipitées et de phases intermédiaires, introduisent des défauts cristallins tels que des lacunes, des dislocations et des distorsions du réseau. Ces défauts augmentent la probabilité de diffusion des électrons, diminuant ainsi le nombre d'électrons libres et par conséquent la conductivité thermique de l'alliage.  Différents éléments d'alliage induisent des distorsions du réseau de la matrice d'Al de degrés variables, affectant ainsi différemment la conductivité thermique. Cette différence résulte de l'interaction de plusieurs facteurs : la valence de l'élément d'alliage, la différence de volume atomique, la configuration électronique et le type de réaction de solidification.

b.Le traitement thermique est une étape très importante dans le traitement des alliages d'aluminium. En modifiant la microstructure et la transformation de phase des alliages d'aluminium, sa conductivité thermique peut être considérablement affectée. Le traitement en solution solide consiste à chauffer l'alliage d'aluminium à une certaine température pour dissoudre complètement les atomes de soluté dans la matrice, puis à le refroidir rapidement pour obtenir une solution solide uniforme. Ce traitement améliore les propriétés mécaniques du matériau mais réduit généralement sa conductivité thermique. Le traitement de vieillissement consiste à effectuer une déformation à froid appropriée et à réchauffer après le traitement en solution solide, ce qui peut optimiser la microstructure de l'alliage et améliorer ses performances globales. Le traitement de vieillissement prend en compte les propriétés mécaniques et la conductivité thermique de l'alliage, de sorte que l'alliage conserve une résistance élevée tout en ayant une bonne conductivité thermique. Le recuit améliore la microstructure de l'alliage en le maintenant à une température plus basse pour précipiter et redistribuer la deuxième phase dans l'alliage. Le traitement de recuit peut améliorer la plasticité et la ténacité des alliages d'aluminium, mais l'effet sur la conductivité thermique varie en fonction de la situation spécifique.

Schéma des changements de structure cristalline au cours du processus de vieillissement de l'alliage Al-Cu

c.D'autres facteurs influencent les impuretés et les particules de seconde phase : les impuretés et les particules de seconde phase (telles que les oxydes, les carbures, etc.) dans les alliages d'aluminium peuvent disperser les porteurs chauds (électrons et phonons), réduisant ainsi la conductivité thermique. Plus la teneur en impuretés est élevée, plus les particules de seconde phase sont grossières et généralement plus la conductivité thermique est faible. La taille des grains des alliages d'aluminium affecte également la conductivité thermique. En général, plus la taille des grains est petite, plus il y a de joints de grains et plus la conductivité thermique est faible. De plus, la méthode de traitement de l'alliage d'aluminium (comme le laminage, l'extrusion, le forgeage, etc.) affectera sa microstructure et son état de contrainte résiduelle, affectant ainsi la conductivité thermique. L'écrouissage et les contraintes résiduelles réduisent la conductivité thermique.

En résumé, l'alliage d'aluminium est un choix idéal pour les matériaux à haute conductivité thermique. Des facteurs tels que le type d'éléments d'alliage dans les alliages d'aluminium et leurs formes, les méthodes de traitement thermique, les impuretés, la granulométrie et les méthodes de moulage affecteront tous la conductivité thermique des matériaux en alliage d'aluminium. Des considérations complètes doivent être prises en compte lors de la conception de la composition du matériau et de la planification du processus.

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