Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Жидкий металл в качестве термоинтерфейса, все за и против

Жидкий металл в качестве термоинтерфейса, все за и против

В последнее время все большую популярность приобретает применение в компьютерной технике в качестве термоинтерфейса жидкого металла.

реклама

Но давайте разберемся, все ли так хорошо, как нас убеждает производитель этого «волшебного зелья» и его фанаты.

Да! Несомненно у жидкого металла есть большой плюс, это его теплопроводность, она выше, чем у хорошей термопасты в 7-10 раз. И на практике применение жидкого металла позволяет в некоторых случаях снизить температуру чипа до 20%.

реклама

Для наглядности показатели теплопроводности для термопаст и жидкого металла привел в таблице.

Но на этом все. Дальше одно разочарование. Все по порядку.

Жидкий металл состоит (является сплавом) из трех основных элементов: галлий-индий-олово (62, 25 и 13% соответственно), с некоторыми небольшими дополнительными присадками в зависимости от «волшебных рецептов» разных производителей с температурой плавления в районе 5 °С.

реклама

Взаимодействие с алюминием даже не будем рассматривать, так как сам производитель категорически запрещает применять жидкий металл на алюминиевых поверхностях, к слову алюминий при взаимодействии с жидким металлом разрушается прямо на глазах. А рассмотрим взаимодействие с медью, с которым производитель как раз и рекомендует использовать жидкий металл, и поверхностью кристаллов чипов.

Для начала взглянем на поверхность медного радиатора после его интенсивного использования с жидким металлом в течении полугода.

Жидкий металл перешел в твердое состояние, снятие его было произведено с усилием, так как он «прикипел» к поверхности кристалла.

реклама

Так что же произошло с жидким металлом?

Химики на этот вопрос отвечают, что жидкий металл в процессе диффузии будет впитываться в медь, образуя на границе между металлами корку интерметаллидов. Последние не являются металлами с физической точки зрения, они тугоплавки, хрупки и обладают плохой тепло — и электропроводностью, но главное — жидкий металл будет расходоваться на их образование и просто уйдет из зазора.

Все таки разрушающая химическая реакция с медью происходит, пусть и достаточно медленно, по причине которой значительно снижается теплопроводность этого термоинтерфейса и увеличиваются температуры чипов.

Химики так же говорят, что устранить подобное явление поможет никелирование меди, но не все медные радиаторы имеют никелированную поверхность.

Читайте так же:
Как почистить медный таз в домашних условиях

Теперь разберемся как влияет жидкий металл на поверхность кристаллов чипов. На фото представлено фото поверхности кристалла процессора, который несколько лет эксплуатировался с жидким металлом.

Как видно и здесь происходят химические реакции, которые постепенно разрушают поверхность кристалла чипа.

Кстати разрушающее воздействие жидкого металла касается еще и паяных соединений, вступив в контакт с припоем, он сделает его хрупким, а пайку ненадежной, и в какой-то момент это сработает.

Представьте такую ситуацию: вы в ноутбуке заменили термоинтерфейс на жидкий металл, выдавили его немного больше, чем нужно было. При установке системы охлаждения излишек выдавился из-под процессора, или графического чипа, и волшебная капелька зависла в ожидании какого ни будь резкого толчка или небольшого падения (с высоты 2 см.) вашего ноутбука. А такие случаи имели место быть. И здесь начинается путешествие это волшебной капли по вашему ноутбуку. И что случится раньше? Замкнет SMD компоненты на подложке процессора, замкнет, какие-либо другие компоненты, или же просто прилипнет к какому-нибудь месту пайки и через некоторое время разрушит ее.

Поэтому лично я бы держал жидкий металл как можно дальше от любой электроники.

Закалка

Зака́лка, или закаливание, — вид термической обработки материалов (металлы, сплавы металлов, стекло), заключающийся в их нагреве выше критической точки (температуры изменения типа кристаллической решетки, то есть полиморфного превращения, либо температуры, при которой в матрице растворяются фазы, существующие при низкой температуре), с последующим быстрым охлаждением. Закалку металла для получения избытка вакансий не следует смешивать с обычной закалкой, для проведения которой необходимо, чтобы были возможные фазовые превращения в сплаве. Чаще всего охлаждение осуществляется в воде или масле, но существуют и другие способы охлаждения: в псевдокипящем слое твёрдого теплоносителя, струёй сжатого воздуха, водяным туманом, в жидкую полимерную закалочную среду и т. д.

Материал, подвергшийся закалке, приобретает бо́льшую твёрдость, но становится хрупким, менее пластичным и менее вязким, если сделать большее количество повторов нагревание-охлаждение. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости после закалки с полиморфным превращением применяют отпуск. После закалки без полиморфного превращения применяют старение. При отпуске имеет место некоторое снижение твёрдости и прочности материала [1] .

Внутренние напряжения снимаются отпуском материала. В некоторых изделиях закалка выполняется частично, например при изготовлении японских катан, закалке подвергается только режущая кромка меча.

Читайте так же:
Как заправить газовый баллончик в домашних условиях

Существенный вклад в развитие способов закалки внёс Чернов Дмитрий Константинович. Он обосновал и экспериментально доказал, что для получения стали высокого качества решающим фактором является не ковка, как это предполагалось ранее, а термическая обработка. Он определил влияние термической обработки стали на её структуру и свойства. В 1868 году Чернов открыл критические точки фазовых превращений стали, названные точками Чернова. В 1885 году он открыл, что закалку можно производить не только в воде и масле, но и в горячих средах. Это открытие послужило началом применения ступенчатой закалки, а затем исследованию изотермического превращения аустенита [2] .

Содержание

Типы закалок [ править | править код ]

  • Закалка с полиморфным превращением, для сталей
  • Закалка без полиморфного превращения, для большинства цветных металлов.

Полная — материал нагревают на 30 — 50°С выше линии GS для доэвтектоидной стали и эвтектоидной, заэвтектоидная линия PSK , в этом случае сталь приобретает структуру аустенит и аустенит + цементит. Неполная — производят нагрев выше линии PSK диаграммы, что приводит к образованию избыточных фаз по окончании закалки. Неполная закалка, как правило, применяется для инструментальных сталей.

Закалочные среды [ править | править код ]

При закалке для переохлаждения аустенита до температуры мартенситного превращения требуется быстрое охлаждение, но не во всём интервале температур, а только в пределах 650—400 °C, то есть в том интервале температур, в котором аустенит менее всего устойчив и быстрее всего превращается в ферритно-цементитную смесь. Выше 650 °C скорость превращения аустенита мала, и поэтому смесь при закалке можно охлаждать в этом интервале температур медленно, но, конечно, не настолько, чтобы началось выпадение феррита или превращение аустенита в перлит.

Механизм действия закалочных сред (вода, масло, водополимерная закалочная среда, а также охлаждение деталей в растворах солей) следующий. В момент погружения изделия в закалочную среду вокруг него образуется плёнка перегретого пара, охлаждение происходит через слой этой паровой рубашки, то есть относительно медленно. Когда температура поверхности достигает некоторого значения (определяемого составом закаливающей жидкости), при котором паровая рубашка разрывается, то жидкость начинает кипеть на поверхности детали, и охлаждение происходит быстро.

Первый этап относительно медленного кипения называется стадией плёночного кипения, второй этап быстрого охлаждения — стадией пузырькового кипения. Когда температура поверхности металла ниже температуры кипения жидкости, жидкость кипеть уже не может, и охлаждение замедлится. Этот этап носит название конвективного теплообмена.

Читайте так же:
Как нержавейку сделать матовой

Закалка и цементация металла: в чем разница

В закалке сталь представляет собой особую категорию сталей с низким содержанием углерода, не превышающих 0,20%. Эта термическая обработка имеет цель рассеять атомы углерода на поверхности деталей, придавая им высокую твердость, отличную устойчивость к износу и делая их более прочными. Одной из наиболее сложных и распространенных форм термической обработки является цементация. Это метод, который включает введение стальных элементов в атомы углерода. Ниже можно подробно узнать, что такое закалка и цементация металла.

Что такое цементация стали

цель цементации фото

Когда речь идет о цементации стали, то подразумевается термохимический процесс, посредством которого поверхностная твердость стали увеличивается за счет ее обработки углеродом. Цель цементации- обеспечить твердую поверхность обрабатываемого металла, стойкую к износу и прочную сердцевину. Наряду с этим процессом, поскольку он основан на использовании углерода, часто проводится термообработка с закалкой в ​​масле для улучшения структурных качеств стали.

Цементация изделий — это процедура, которая может выполняться на всех металлических компонентах, даже если она проводится на тех объектах, которые требуют устойчивости к износу, особенно в долгосрочной перспективе, и значительной устойчивости к ударам. Типичными примерами этой продукции являются детали трансмиссии автомобилей, зубчатые передачи, распределительные валы, пальцы и многие другие. Большинство компаний, занимающихся цементацией сталей, имеют технологичное оборудование, позволяющее работать даже с изделиями больших размеров и весом до 2 тонн.

Выделяют следующие виды цементации: газовую, твердую, цементацию пастами, жидкостную. Также существует струйная цементация.

Технология цементации стали состоит из следующих этапов:

  • нагрев;
  • поддержание температуры;
  • аустенизация поверхностным упрочнением;
  • науглероживание;
  • поверхностная диффузия углерода;
  • охлаждение;
  • аустенизация;
  • закалка;
  • закалка в масле;
  • отпуск цементации для снятия напряжения.

Существуют различные методы цементации. Одним из наиболее важных элементов считается достижение высокой температуры, температура цементации варьируется между 850 и 950 градусами.

В чем суть закалки стали

после закалки фото

Закалка — это термическая обработка металла, проводимая для уменьшения негативного воздействия на материал.

Закалка применяется к стали и другим сплавам для улучшения их механических свойств. Во время закалки металл нагревается до высокой температуры, и эта температура поддерживается до тех пор, пока часть углерода не растворится. Температура закалки стали достигает 750–1150 °C. Затем металл закаливают, что включает его быстрое охлаждение в масле или воде. Закалка и отпуск идут рука об руку: отпуск производится сразу после закалки. Это дополнительный нагрев до более низких температур.

  • полная;
  • неполная.
Читайте так же:
Как подключить аэрограф к большому компрессору

Могут быть разные режимы закалки – они определяются в соответствии с видом изделия.

В чем разница между закалкой и цементацией стали

Если сравнить оба варианты, то первым бросающимся в глаза различием будет обращение с обрабатываемыми изделиями. При закалке детали обрабатываются поочередно, а при цементации можно говорить об одновременной большого количества деталей.

Свойства металла после закалки

Оказывает полноценное влияние закалка на твердость. При закалке образуется сплав, обладающий высокой прочностью и износостойкостью. Однако после закалки увеличивается хрупкость и изделие не подходит для инженерных применений. Когда нужно, чтобы поверхность детали была достаточно твердой, чтобы противостоять износу и эрозии и выдерживать удары и ударные нагрузки, рекомендуется использовать поверхностную закалку. В каждом отдельном случае необходимо думать какая закалка подойдет для изделия.

закалка цементация фото

Свойства металла после цементации

Все просто: метал будет иметь твердый внешний вид, что позволит ему после цементации переносить серьезные механические повреждения без преждевременного износа.

Еще одним важным преимуществом является то, что цементация обладает мягким внутренним слоем. Благодаря этому будет легко придать различные формы. Этот мягкий слой цементации особенно полезен при изготовлении металлических предметов с твердыми поверхностями (например, внутренние компоненты машин).

Некоторые нецементованные стальные сплавы обеспечивают естественную твердость поверхности. Однако они не имеют внутренней мягкости, необходимой для создания сложной формы.

Свойства цементации и закалки немного различаются. Выбор метода должен зависеть от изделия и целей. Наша компания предоставляет широкий спектр услуг по металлообработке, например, таких как объемная закалка.

footer-logoЦСР — Металлоконструкции и Металлообработка

Мы надежная компания, в основе деятельности которой – правила честной конкуренции и жесткого контроля качества услуг.

Ученые придумали, как сделать металл еще прочнее

Ученые придумали, как сделать металл еще прочнее Сталь часто берут в качестве своеобразного мерила прочности различных материалов. Вы наверняка много раз слышали выражение «этот материал прочнее стали». Так вот, научные сотрудники Университета штата Северная Каролина создали сталь, которая прочнее, кхм, обычной стали. Новый металл ученые получили, используя метод, который повышает прочность самых различных металлов путем изменения их микроструктуры.

Читайте так же:
Какие виды износа существуют

Что интересно, ученых на создание более прочного вида стали вдохновила внутренняя структура костей и бамбука — оба этих материала, как известно, обладают невероятным соотношением характеристик силы и прочности. Увеличить силу и прочность металла ученые смогли путем наделения его так называемой градиентной структурой. Эта структура представляет из себя миллионы крошечных пористостей, которые, уходя глубже в металл, увеличиваются в размерах.

«Использование пористости в структуре на внешней стороне позволяет делать металл не только тверже, но и уменьшает его эластичность. Другими словами, его невозможно растянуть очень сильно, не сломав в итоге», — говорит Цзяо Ли Ву, профессор материаловедения из Института механики Китайской академии наук, разработавший совместно с Юнтиан Жу из Университета штата Северная Каролина новый металл.

«Однако если мы постепенно увеличим размеры этих полостей, уходящих вглубь материала, то мы сможем наделить металл необходимой эластичностью», — продолжает Ли Ву.

«Аналогичную структуру вы можете наблюдать, если разрежете вдоль кость или стебель бамбука. Если говорить кратко, плавный переход от мелкой пористости к более крупной делает общую структуру металла более крепкой и в то же время более эластичной. Такая комбинация характеристик невозможна в обычных материалах».

Для тестирования градиентной структуры ученые использовали различные металлы. В результате им удалось увеличить прочность и эластичность меди, железа, никеля и нержавеющей стали.

Помимо этого, исследователи проверили пользу градиентной структуры с использованием стали без атомов внедрения, способную выдерживать нагрузку в 450 мегапаскалей, что могло бы говорить о том, что данная сталь может растягиваться без разрушения до 5 процентов от своей первоначальной длины. Добавив градиентной структуры, команде ученых удалось создать сталь без атомов внедрения, способную выдержать нагрузку до 500 мегапаскалей, то есть данная сталь получила возможность растягиваться до 20 процентов от свой первоначальной длины без разрушения.

«Мы считаем, что это весьма полезное открытие, потому что потенциал его использования очень велик, а процесс производства весьма дешев, что позволяет его внедрение на более крупном уровне», — говорит Ли Ву.

Сейчас команда ученых собирается узнать, помогает ли использование градиентной структуры в материалах делать их более износостойкими и защищенными от коррозии.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector