Abbreviazioni come “Natural Al”, “Natural elox” e “Black elox” che indicano vari trattamenti di superficie di componenti in leghe di alluminio ti sono probabilmente familiari. Tuttavia, si tratta esclusivamente di una questione “di facciata” o estetica oppure è un parametro che deve essere considerato anche da un punto di vista tecnico?
La risposta è semplice: è un parametro chiave per la maggior parte delle applicazioni. Il trattamento di superficie ha un’influenza significativa principalmente sulle tre caratteristiche che seguono.
1) Resistenza all’abrasione: la superficie delle comuni leghe di alluminio (che si tratti di custodie o di dissipatori di calore) ha un tipico colore “alluminio” (Al naturale). Se la strofini a mani nude, troverai un segno scuro sulla mano: si tratta di un microstrato di alluminio (e i suoi ossidi), che hai appena rimosso dalla sua superficie.
L’alluminio è un metallo relativamente morbido e quindi presenta una bassa resistenza all’abrasione (in uno stato base non trattato). Migliori da questo punto di vista sono le superfici elettroliticamente ossidate (anodizzate/elox), dove uno strato di ossido è molto più spesso di quanto non sarebbe in condizioni comuni.
L’Al2O3 depositato è un materiale molto duro (corindone), ragion per cui questo strato è molto resistente all’abrasione. Se si gratta la superficie anodizzata, è un po’ come “tirare” questo strato di alluminio relativamente morbido con un oggetto duro e appuntito.
2) Resistenza chimica: come sappiamo, le leghe di alluminio possono essere classificate all’interno di materiali “resistenti alla corrosione”, in condizioni comuni e in un ambiente pulito e asciutto. L’alluminio stesso, tuttavia, reagisce facilmente a contatto con vari acidi e alcali e persino un’impronta digitale, se non rimossa in tempo, può essere “cotta” dopo un po’ di tempo.
Anche sotto questo aspetto, una superficie anodizzata è molto più resistente e l’elox protegge efficacemente la superficie dell’alluminio anche in condizioni difficili. Questo è anche uno dei motivi per cui i componenti in alluminio destinati all’uso esterno sono sempre anodizzati (se l’aspetto estetico è importante).
3) Efficienza di raffreddamento: in definitiva, si tratta probabilmente del parametro più importante. L’alluminio naturale non trattato con una superficie lucida presenta un’emissività estremamente bassa, un parametro che definisce la capacità di irradiazione di calore di una data superficie. L’emissività di una vasta maggioranza di materiali è di circa 0,95. Nonostante ciò, un alluminio lucido ha un’emissività pari a solo 0,05 (!), il che significa che se un dissipatore di calore lucido emettesse calore solo per irradiazione, il suo rendimento sarebbe drammaticamente basso. Fortunatamente, la convezione (flusso di calore) contribuisce anche a un trasferimento di calore e dipende principalmente dalle dimensioni della superficie del dissipatore e dal modo in cui l’aria riscalda le alette del radiatore.
Sebbene possa non sembrare logico, persino la superficie anodizzata naturale brillante del dissipatore ha un’emissività significativamente più elevata rispetto a una superficie Al naturale, superiore a 0,80. Ecco perché superfici anche apparentemente simili (non anodizzate vs. anodizzate naturali) presentano un’emissività notevolmente diversa.
L’influenza dell’emissività può essere illustrata in due esempi:
a) un piccolo dissipatore lucido (non anodizzato) per un transistore nel contenitore TO220 in una piccola custodia chiusa (movimento d’aria minimo) trasferirà una grande porzione di calore per irradiazione. Ecco perché in questo caso sarebbe opportuno usare meglio la superficie anodizzata nera.
b) un dissipatore di calore ventilato direttamente dalla ventola emette gran parte del calore per convezione verso l’aria tutt’intorno: per questo non è necessario alcun trattamento di superficie (come per il rendimento del dissipatore di calore).
Se anche tu fai parte di quei progettisti che controllano la temperatura mediante un termometro a raggi infrarossi o una fotocamera, prima di procedere con la misurazione non dimenticare di impostare l’emissività, in base alla superficie del dissipatore di calore. In caso contrario, potresti misurare valori molto fuorvianti.
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