Никель против меди: слой от жидкого металла может быть в десять раз тоньше
Жидкий металл для процессора может выглядеть «высохшим» из-за химической реакции с основанием кулера. Оверклокер Роман Хартунг, известный как der8auer и возглавляющий Thermal Grizzly, показал результаты двухлетнего наблюдения: галлий связывается с металлом контактной поверхности и образует твёрдые соединения.
Образцы изучали под электронным микроскопом. Через час материал ещё сохранял жидкую фазу. Через два месяца исследователь увидел множество кристаллических структур, а свободная жидкость визуально уже не обнаруживалась. Спустя два года существенных дальнейших изменений он не заметил.
Между наблюдениями образцы хранили в вакууме либо в азотной атмосфере, чтобы исключить окисление. Поэтому результаты описывают поведение материала в этих условиях. Двухлетние замеры температуры работающего процессора в разборе не приводятся.
Галлий входит в состав распространённых жидкометаллических термоинтерфейсов вместе с индием и, в некоторых составах, оловом. При контакте с медью он образует CuGa2 — соединение одного атома меди с двумя атомами галлия. Появление такого слоя и объясняет часть изменений, которые при разборке охлаждения принимают за высыхание.
Для CuGa2 в разборе приведена теплопроводность около 100 Вт/(м·К), тогда как для чистой меди — около 400 Вт/(м·К). Это сравнение свойств материалов: из него нельзя заключить, что процессор стал охлаждаться в четыре раза хуже. Для оценки конкретного ПК нужны измерения температуры процессора под нагрузкой в сопоставимых условиях.
Материал контактной поверхности заметно меняет результат взаимодействия с галлием:
| Поверхность | Что происходит |
|---|---|
| Алюминий | Галлий нарушает структуру металла и делает его хрупким. Такой контакт недопустим для жидкометаллического термоинтерфейса. |
| Медь без покрытия | Образуется CuGa2. В приведённом сравнении толщина реакционного слоя достигает примерно 50–100 мкм в зависимости от условий. |
| Никелированная медь | Галлий реагирует с никелем с образованием NiGa5. Слой получается примерно на порядок тоньше, а покрытие ограничивает взаимодействие с медной основой. |
В демонстрации с алюминиевым листом толщиной около 2 мм признаки деформации появились примерно через пять минут, а через полчаса металл стал хрупким. С медью процесс выглядит менее разрушительно, но поверхность тоже химически меняется.
Никель также не остаётся полностью инертным. Хартунг считает никелированное основание предпочтительным в большинстве случаев благодаря более тонкому реакционному слою и меньшему расходованию галлия. Это не гарантирует, что любой никелированный кулер окажется эффективнее любого медного: сравнение готовых систем требует отдельных испытаний.
Удаление остатков тоже сложнее обычной очистки термопасты. В демонстрации полностью убрать следы с меди изопропиловым спиртом или ацетоном не удалось. Хартунг показал TG Metal Polish & Restore — полировальную пасту своей компании. По описанию Thermal Grizzly, поверхностно-активные вещества связывают галлий и мешают ему повторно прилипать при очистке; средство предназначено в том числе для медных и никелированных поверхностей.
Сам der8auer рекомендует оставлять самостоятельное применение жидкого металла преимущественно энтузиастам, которым нужен теплоотвод от компонентов с высокой плотностью тепловыделения. Двухлетнее наблюдение объясняет происхождение твёрдого слоя, но не устанавливает универсальный срок обслуживания и не доказывает неизменную эффективность охлаждения.
