انتقال گرما همواره از جمله مسائل مهم در یک ماده بوده است. رسانایی حرارتی میزان سرعت انتقال حرارت توسط یک ماده و در دمای بالا را توصیف می کند. بر اساس تصور اکثریت، فلزات بهترین رساناهای انتقال گرما می باشند و بسیاری از آن ها نیز در زندگی روزمره ما برای ساخت ظروف پخت و پز، مبدل ها و سینک های حرارتی به کار برده می شوند.

با این وجود بهتر است بدانید برخی از فلزات درصد رسانایی حرارتی بسیار پایینی داشته و به همین علت برای مصارفی که نیاز به یک سپر حرارتی در دمای بالا نیاز است، به کار برده می شوند. این فلزات مانند موتورهای هواپیما عمل کرده و در این میان می توان به فولاد ضد زنگ اشاره کرد که از نظر رسانایی حرارتی بسیار ضعیف می باشد و بیشتر در مصارفی به کار برده می شود که نیاز به مقاومت در برابر عواملی مانند اکسیداسیون، رطوبت، زنگ زدگی و خوردگی باشد.

رتبه بندی فلزات از نظر رسانایی حرارتی

در ادامه رتبه بندی فلزاتی که از نظر حرارتی، رسانا می باشند، از کمترین تا بیشترین هدایت حرارتی آورده شده اند. این رتبه بندی بر اساس وات متر و در دمای اتاق می باشد و در ادامه به شرح مهم ترین این فلزات پرداخته ایم.

  • فولاد ضد زنگ (16)
  • سرب (35)
  • فولاد کربن (51)
  • آهن فرفوژه (59)
  • آهن (73)
  • آلومینیوم برنز (76)
  • برنج مس (111)
  • آلومینیوم (237)
  • مس (385)
  • نقره (429)

نقره

نقره یکی از با ارزش ترین فلزات پس از طلا به شمار می آید و یک فلز نرم، با رنگی سفید و براق می باشد. جالب است بدانید نقره دارای بالاترین رتبه در میزان رسانایی حرارتی و همچنین الکتریکی است. علاوه بر این، نقره مقاومت نسبتاً مطلوبی در برابر خوردگی نیز دارد. کاربرد این فلز در ساخت ظروف تزئینی و پخت و پز، جواهرات، زیور آلات، سکه ها، آبکاری و وسایل الکترونیکی است.

برای اطلاع از قیمت ورق رنگی به دسته بندی مربوطه مراجعه نمائید.

مس

پس از نقره، مس از نظر رسانایی حرارتی بهترین فلز است و به علت داشتن قیمت مقرون به صرفه بهترین فلز برای انتقال حرارت به شمار می آید. همچنین مس از نظر استفاده بسیار در دسترس بوده و در برابر خوردگی و رسوبات زیستی نیز مقاومت دارد؛ به همین دلیل از آن برای ساخت آبگرمکن های خورشیدی، گازی، یخچال ها، تهویه مطبوع، مبدل های حرارتی صنعتی و پمپ های حرارتی استفاده می کنند.

آلومینیوم

جالب است بدانید آلومینیوم مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد، اما از نظر رسانایی حرارتی نیز قدرتمند به شمار می آید. همچنین وزن سبکی داشته، ارزان تر بوده و به کارگیری آن راحت تر از مس می باشد. به همین علت استفاده از آن را نسبت به سایر فلزات ترجیح می دهند. از کاربردهای آلومینیوم می توان به ساخت میکروالکترونیک ها مانند LED ها و دیودهای لیزری از سینک های حرارتی کوچک با پره های آلومینیومی، انتقال حرارت از تراشه به آلومینیوم و سپس انتقال به هوا اشاره کرد. این فرآیند به شکل غیر فعال، با کمک همرفت جریان هوای اجباری یا خنک کننده ترموالکتریک انجام می گیرد.

برنج

برنج نیز یکی دیگر از آلیاژهای طلایی رنگ شبیه به مس و روی بوده و دارای رسانایی حرارتی و همچنین الکتریکی بالایی در سطح خود می باشد. علاوه بر این ویژگی ها، برنج در برابر خوردگی مقاومت داشته و بیشترین کاربرد آن در ساخت سکه ها، جواهرات و وسایل آشپزخانه است.

فولاد ضد زنگ

و در پایان فولاد ضد زنگ که در ابتدای مطلب به آن اشاره شد، یک فلز با رسانایی حرارتی بسیار ضعیف می باشد، اما مقاومت خوبی در برابر خوردگی و زنگ زدگی دارد. نام دیگر این فلز استنلس استیل می باشد؛ بنابراین بیشترین کاربرد آن در مصارفی است که در معرض این عوامل هستند. با یک مثال ساده می توان گفت اگر یک قابلمه از این نوع فولاد ساخته شود، مواد داخل آن در مدت زمان بیشتری نسبت به قابلمه آهنی گرم می شوند.

از سوی دیگر این فلز با داشتن مزایای دیگر در توربین های بخار و گاز در نیروگاه ها به کار برده می شود؛ زیرا در برابر حرارت و سایر عوامل استحکام بالایی دارند. همچنین در صنعت ساخت و ساز، روکش های فولادی ضد زنگ در برابر دمای بالا مقاومت بسیار زیادی داشته و سبب حفاظت از ساختمان در برابر گرمایش نور خورشید خواهند شد.

فلز پایه برای تولید این محصول آهن است و فولاد یکی از آلیاژهای آن به شمار می آید. با این وجود بهتر است بدانید آلیاژهایی از این قبیل در مقایسه با ویژگی ها و خواصی که دارند، نرخ مقرون به صرفه ای را به خود اختصاص می دهند. قیمت آهن آلات نیز بیشتر برای تولید کنندگان کلیه صنایع اهمیت دارد؛ زیرا بخش مهمی از محصولات و تجهیزات خود را به وسیله آهن و آلیاژهای فولادی تولید می کنند. ماده اولیه تمامی آن ها نیز سنگ آهن است که پس از استخراج از معادن تحت فرآیندهای مختلف احیا می گردد.

حتما بخوانید:بررسی فرآیند احیا مستقیم در تولید فولاد

عوامل مؤثر بر رسانایی حرارتی فلزات

در زمان رتبه بندی فلزات از نظر انتقال گرما و رسانایی حرارتی، علاوه بر هدایت گرما باید یک سری عوامل دیگری را در نظر گرفت که در سرعت انتقال تأثیر به سزایی دارند. به طور مثال دمای ابتدایی فلز در انتقال حرارت و میزان آن مؤثر است. در دمای معمولی فضا آهن رسانایی حرارتی 73 دارد، اما در دمای 1832 درجه فارنهایت، رسانایی آن کاهش یافته و به 35 می رسد. با این وجود می توان گفت عوامل اثرگذار بر رسانایی حرارتی شامل موارد زیر هستند:

  • ساختمان شبکه کریستالی
  • خلوص
  • درجه حرارت
  • فشار
  • کار سرد
  • آلیاژسازی

منظور از شبکه کریستالی، شبکه ای است که در آن الکترون ها آزادانه حرکت کرده و گرما را از فضاهای با دمای بیشتر به فضاهای با دمای کمتر انتقال می دهند. با این وجود می توان گفت فلزاتی دارای رسانایی حرارتی بالاتری هستند که شبکه کریستالی منظم تری داشته باشند. لازم به ذکر است میزان رسانایی حرارتی و انتقال گرما بسته به ناخالصی های موجود در یک آلیاژ نیز متفاوت است. هر چه فلز دارای ناخالصی بیشتری باشد، رسانایی حرارتی کمتری دارد. همچنین افزایش دما سبب بیشتر شدن رسانایی حرارتی، جنبش و آزاد شدن بیشتر الکترون ها خواهد شد. فشار نیز با رسانایی رابطه معکوس داشته و با افزایش آن، انتقال حرارت دیرتر اتفاق می افتد.

برای اطلاع از قیمت ورق سیاه به دسته بندی مربوطه مراجعه نمائید.

مقایسه رسانایی گرمایی آهن و آلومینیوم و مس

مس از نظر رسانایی حرارتی دارای رتبه بالاتری نسبت به آهن و آلومینیوم قرار دارد؛ در نتیجه مس قادر است انتقال حرارت را با سرعت بیشتری انجام دهد. با این وجود می توان گفت این سه فلز به علت ساختار شبکه کریستالی که دارند، رسانایی حرارتی بالایی را به خود اختصاص می دهند.

با این وجود می توان گفت آهن رنگی خاکستری مایل به سفیدی داشته که رسانایی حرارتی آن بالا و 80.5 W/m·K است. برای شرح این مقدار باید گفت 1 متر مکعب از آهن قادر است 5/80 وات گرما را در هر ثانیه در یک جهت انتقال دهد. آلومینیوم نیز یک فلز خاکستری روشن بوده که رسانایی حرارتی آن در حدود 237 W/m·K می باشد و به همان میزان در هر 1 متر مکعب محاسبه می شود. مس نیز رنگ قرمزی داشته و بیشترین رسانایی حرارت را نسبت به آهن و آلومینیوم دارد. این رسانایی در حدود 385 W/m·K است.

جمع بندی

در نهایت باید گفت بررسی میزان رسانایی حرارتی در فلزات مختلف یکی از اساسی ترین مسائل به شمار می آید؛ زیرا سبب شده تا بتوان از آن ها در مصارف مختلف که نیاز به انتقال حرارت دارند، استفاده کرد. به همین علت در این مطلب فلزات را از نظر رسانایی حرارتی رتبه بندی کردیم و به شرح هر کدام پرداختیم. بر اساس این شرح نقره یک فلز درخشان همراه با بالاترین رتبه از نظر انتقال گرما می باشد. علاوه بر این موضوع دارای مقاومت در برابر خوردگی است که سبب استفاده از آن در فرآیندهای آبکاری نیز شده است.

پس از نقره مس در رتبه دوم از نظر رسانایی حرارتی در فلزات شناخته شده است. همچنین این فلز نسبت به نقره ارزان قیمت شناخته شده است و از آن در ساخت سیم ها و کابل های برق نیز استفاده می کنند. بعد از مس، آلومینیوم در رتبه سوم قرار داشته و با داشتن وزن سبک و در عین حال مقاومت در برابر خوردگی، کاربردهای بسیار زیادی را به خود اختصاص داده است. بعد از این فلزات برنج در درجه بعدی قرار داشته و با داشتن مقاومت در برابر خوردگی نیز کاربردهای خاصی را در صنعت به خصوص برای ساخت ظروف، وسایل تزئینی و مبلمان دارد.

در نهایت از میان فلزات می توان به فولاد ضد زنگ اشاره کرد که با داشتن فلز کروم درون خود، مقاومت بسیار زیادی را در برابر خوردگی، زنگ زدگی، رطوبت و اکسیداسیون به خود اختصاص می دهد. علاوه بر این موضوع استنلس استیل مقاومت بسیار زیادی در برابر حرارت نیز داشته و از این رو استفاده آن در مصارفی مانند ساخت توربین های بخار و گاز در نیروگاه ها می باشد. با این وجود برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آلیاژهای فولادی که دارای رسانایی حرارتی بیشتری هستند، می توانید با کارشناسان شرکت آهن اینفو تماس بگیرید.