JP4191370B2 - 高熱伝導加圧鋳造用合金と該合金鋳物 - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コンピュータ、電子機器などに用いられ、電子部品を収納するための筐体や受熱ブロック或いはヒートシンクのような放熱特性を要求される部材に最適のアルミニウム合金並びに該合金鋳物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の電子機器は、小型化・高速化・高密度化のために電子機器から発生する熱が増大しており、電子機器の性能維持のためには機器内に収納されている電子部品自体の冷却が不可欠となっている。従って、前記電子部品を搭載する放熱部材には高熱伝導が要求される事になる。
【０００３】
従来のこの種の放熱部材、例えば一面或いは両面に多数のフィンが突設された放熱部材は、熱伝導に優れた純アルミニウムや展伸材用アルミニウム合金の押出成形品(これらは鋳造性が非常に悪い)が用いられている。ユーザーはこれを必要寸法に切断し、電子部品の取付位置に当たる部分を機械加工していたが、加工数量が膨大な量になると加工費が嵩み、コスト高の原因になるという問題が発生した。
【０００４】
そこで、アルミダイカストの利用が検討されたが、ダイカスト用アルミニウム合金の熱伝導度は、純アルミニウム［250 W/(m・℃)］に対して表１に示すように約1/2以下と非常に小さく、要求を満たすことが出来ない。
【０００５】
【表１】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決課題は、150 W/(m・℃)以上の熱伝導度を有し、純アルミニウムに代わって放熱部品として使用できる高熱伝導加圧鋳造用アルミニウム合金並びに同合金を用いたアルミニウム合金鋳物を開発する事にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」の高熱伝導加圧鋳造用アルミニウム合金は、
「Cu：0.1％以下、Si:５〜16％、Mg:0.20％以下、Zn:0.1％以下、Fe:0.2〜1.0％、Mn：0.20％以下、Ni:0.05％以下、Ti:0.05％以下、Pb:0.06％以下、Sn:0.05％以下、Cr:0.10％以下を含有し、残部がAlとからなる」事を特徴とする。
【０００８】
本発明の加圧鋳造合金は、放熱部材としての用途に用いられるものであるから、鋳造性、焼き付き防止性のみならず熱伝導性に優れている事が重要である。前記化学組成中、Si、Mn、Fe及びMgが主要成分であり他の成分は不純物である。不純物量が多くなると導電性低下の原因となるので、その含有量は低いほど望ましいが、コストとのバランスによりその含有量が決まる。Si、Mn、Fe及びMgの主要成分の含有範囲は、前記の通りであるので鋳造性、焼き付き防止性、熱伝導性の３点に付いて要求を満足する。
【０００９】
「請求項２」は、「請求項１に記載の合金で加圧鋳造した」事を特徴とするもので、これにより大量生産された鋳造品は熱伝導性に優れ、電子部品の放熱部材として最適である。
【００１０】
【発明の実施の様態】
以下、本発明を詳述する。表２は本発明の対象となる高熱伝導加圧鋳造用アルミニウム合金の実施例１〜４(試料番号No. 12、13、14、15、25及びダイカスト実体)と、比較例１〜14(試料番号No.１、２、３、４、５、６、７、８、16、17、18、19、20、21)の化学組成並びに熱伝導度を示す。なお、本明細書に於いて示す「％」は全て重量％である。尚、表２において、ダイカスト実体(実施例６)とは請求項１に記載の化学成分の範囲内のアルミニウム合金をダイカストし、このダイカスト製品の化学成分を分析したものである。ダイカスト製品とした場合でも目標の熱伝導率を有している事がわかる。
【００１１】
【表２】
【００１２】
本発明の加圧鋳造合金は、前述のように鋳造性、焼き付き防止性、熱伝導性の３つに於いて優れた特性が要求される。熱伝導性は、前述したように純アルミニウム(比較例１)が252 W/(m・℃)と最も優れた値を示し、これに添加材が入ると熱伝導性は低下する。図１はSiの含有率と熱伝導性の関係を示すグラフで、Siが１％程度で熱伝導性は急落し、その後７％位まで徐々に低下し、５〜16％で同程度の熱伝導性[170 W/(m・℃)以上]を維持する。従って、熱伝導性に関してはSiの含有量は５〜16％の範囲であれば満足すると言える。
【００１３】
更に、Siは鋳造性の向上に寄与する添加材であり、鋳造性を良くするために加圧鋳造用合金には５％以上が一般的に必要とされる。そして、Si量が15％程度で流動性が最大になる事が知られており、16％以上になると鋳造性は低下する。従って、鋳造性と熱伝導性を考慮したとき、５〜16％のSi含有量が最適と言える。
【００１４】
前記５〜16％のSi含有範囲の内、鋳造性と熱伝導性の両方の最適条件を考慮したとき、11〜14％が実用的範囲と考えられる。
【００１５】
加圧鋳造合金には、鋳造時に金型に成形物が焼き付かず、スムーズに離型出来る焼き付き防止性も要求される。焼き付き防止には、FeやMnが有効とされているが、比較例５、６を見る限りMnよりFeの方が熱伝導性を損なう事が小さく、Feの方が好ましい。そこで、実施例１〜６を参照すると、熱伝導度と焼き付き防止性の両方を満足するFeの含有量としては、0.2〜1.0％が適当と考えられる。
【００１６】
Mnは図２(実施例４と比較例11、12)から分かるように、Mn含有量0.22％で熱伝導度が146 W/(m・℃)となり目標のレベルを下回るので、Mn量は0.20％以下にする必要がある。
【００１７】
Mgは、図３(実施例４と比較例13、14)から分かるように、Mg含有量0.24％で熱伝導度が146 W/(m・℃)となりこの場合もやはり目標のレベルを下回る。従って、Mg量は0.20％以下にする必要がある。
【００１８】
他の不純物に付いては、少ないほど熱伝導性が良くなるが、不純物を少なくして純度を上げようとすればする程、コストがかかるようになる。従って、目標の熱伝導度を損なわない程度の不純物は許容する必要があり、Cu：0.1％以下、Zn:0.1％以下、Ti:0.05％以下、Pb:0.06％以下、Sn:0.05％以下、Cr:0.10％以下、Ni:0.05％以下である必要がある。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明合金は、主要成分であるSi、Mn、Fe及びMg並びにその他不純物が所要の範囲内にあるので、ダイカスト成形時の鋳造性、焼き付き防止性を損なうことなく熱伝導性に付いて要求を満足させる事が出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例と比較例におけるSi含有量の熱伝導度に対する変化を表すグラフ
【図２】本発明の実施例と比較例におけるMn含有量の熱伝導度に対する変化を表すグラフ
【図３】本発明の実施例と比較例におけるMg含有量の熱伝導度に対する変化を表すグラフ
【産業上の利用分野】
本発明は、コンピュータ、電子機器などに用いられ、電子部品を収納するための筐体や受熱ブロック或いはヒートシンクのような放熱特性を要求される部材に最適のアルミニウム合金並びに該合金鋳物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の電子機器は、小型化・高速化・高密度化のために電子機器から発生する熱が増大しており、電子機器の性能維持のためには機器内に収納されている電子部品自体の冷却が不可欠となっている。従って、前記電子部品を搭載する放熱部材には高熱伝導が要求される事になる。
【０００３】
従来のこの種の放熱部材、例えば一面或いは両面に多数のフィンが突設された放熱部材は、熱伝導に優れた純アルミニウムや展伸材用アルミニウム合金の押出成形品(これらは鋳造性が非常に悪い)が用いられている。ユーザーはこれを必要寸法に切断し、電子部品の取付位置に当たる部分を機械加工していたが、加工数量が膨大な量になると加工費が嵩み、コスト高の原因になるという問題が発生した。
【０００４】
そこで、アルミダイカストの利用が検討されたが、ダイカスト用アルミニウム合金の熱伝導度は、純アルミニウム［250 W/(m・℃)］に対して表１に示すように約1/2以下と非常に小さく、要求を満たすことが出来ない。
【０００５】
【表１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決課題は、150 W/(m・℃)以上の熱伝導度を有し、純アルミニウムに代わって放熱部品として使用できる高熱伝導加圧鋳造用アルミニウム合金並びに同合金を用いたアルミニウム合金鋳物を開発する事にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」の高熱伝導加圧鋳造用アルミニウム合金は、
「Cu：0.1％以下、Si:５〜16％、Mg:0.20％以下、Zn:0.1％以下、Fe:0.2〜1.0％、Mn：0.20％以下、Ni:0.05％以下、Ti:0.05％以下、Pb:0.06％以下、Sn:0.05％以下、Cr:0.10％以下を含有し、残部がAlとからなる」事を特徴とする。
【０００８】
本発明の加圧鋳造合金は、放熱部材としての用途に用いられるものであるから、鋳造性、焼き付き防止性のみならず熱伝導性に優れている事が重要である。前記化学組成中、Si、Mn、Fe及びMgが主要成分であり他の成分は不純物である。不純物量が多くなると導電性低下の原因となるので、その含有量は低いほど望ましいが、コストとのバランスによりその含有量が決まる。Si、Mn、Fe及びMgの主要成分の含有範囲は、前記の通りであるので鋳造性、焼き付き防止性、熱伝導性の３点に付いて要求を満足する。
【０００９】
「請求項２」は、「請求項１に記載の合金で加圧鋳造した」事を特徴とするもので、これにより大量生産された鋳造品は熱伝導性に優れ、電子部品の放熱部材として最適である。
【００１０】
【発明の実施の様態】
以下、本発明を詳述する。表２は本発明の対象となる高熱伝導加圧鋳造用アルミニウム合金の実施例１〜４(試料番号No. 12、13、14、15、25及びダイカスト実体)と、比較例１〜14(試料番号No.１、２、３、４、５、６、７、８、16、17、18、19、20、21)の化学組成並びに熱伝導度を示す。なお、本明細書に於いて示す「％」は全て重量％である。尚、表２において、ダイカスト実体(実施例６)とは請求項１に記載の化学成分の範囲内のアルミニウム合金をダイカストし、このダイカスト製品の化学成分を分析したものである。ダイカスト製品とした場合でも目標の熱伝導率を有している事がわかる。
【００１１】
【表２】
本発明の加圧鋳造合金は、前述のように鋳造性、焼き付き防止性、熱伝導性の３つに於いて優れた特性が要求される。熱伝導性は、前述したように純アルミニウム(比較例１)が252 W/(m・℃)と最も優れた値を示し、これに添加材が入ると熱伝導性は低下する。図１はSiの含有率と熱伝導性の関係を示すグラフで、Siが１％程度で熱伝導性は急落し、その後７％位まで徐々に低下し、５〜16％で同程度の熱伝導性[170 W/(m・℃)以上]を維持する。従って、熱伝導性に関してはSiの含有量は５〜16％の範囲であれば満足すると言える。
【００１３】
更に、Siは鋳造性の向上に寄与する添加材であり、鋳造性を良くするために加圧鋳造用合金には５％以上が一般的に必要とされる。そして、Si量が15％程度で流動性が最大になる事が知られており、16％以上になると鋳造性は低下する。従って、鋳造性と熱伝導性を考慮したとき、５〜16％のSi含有量が最適と言える。
【００１４】
前記５〜16％のSi含有範囲の内、鋳造性と熱伝導性の両方の最適条件を考慮したとき、11〜14％が実用的範囲と考えられる。
【００１５】
加圧鋳造合金には、鋳造時に金型に成形物が焼き付かず、スムーズに離型出来る焼き付き防止性も要求される。焼き付き防止には、FeやMnが有効とされているが、比較例５、６を見る限りMnよりFeの方が熱伝導性を損なう事が小さく、Feの方が好ましい。そこで、実施例１〜６を参照すると、熱伝導度と焼き付き防止性の両方を満足するFeの含有量としては、0.2〜1.0％が適当と考えられる。
【００１６】
Mnは図２(実施例４と比較例11、12)から分かるように、Mn含有量0.22％で熱伝導度が146 W/(m・℃)となり目標のレベルを下回るので、Mn量は0.20％以下にする必要がある。
【００１７】
Mgは、図３(実施例４と比較例13、14)から分かるように、Mg含有量0.24％で熱伝導度が146 W/(m・℃)となりこの場合もやはり目標のレベルを下回る。従って、Mg量は0.20％以下にする必要がある。
【００１８】
他の不純物に付いては、少ないほど熱伝導性が良くなるが、不純物を少なくして純度を上げようとすればする程、コストがかかるようになる。従って、目標の熱伝導度を損なわない程度の不純物は許容する必要があり、Cu：0.1％以下、Zn:0.1％以下、Ti:0.05％以下、Pb:0.06％以下、Sn:0.05％以下、Cr:0.10％以下、Ni:0.05％以下である必要がある。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明合金は、主要成分であるSi、Mn、Fe及びMg並びにその他不純物が所要の範囲内にあるので、ダイカスト成形時の鋳造性、焼き付き防止性を損なうことなく熱伝導性に付いて要求を満足させる事が出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例と比較例におけるSi含有量の熱伝導度に対する変化を表すグラフ
【図２】本発明の実施例と比較例におけるMn含有量の熱伝導度に対する変化を表すグラフ
【図３】本発明の実施例と比較例におけるMg含有量の熱伝導度に対する変化を表すグラフ
Claims (2)
- Cu：0.1％以下、Si:５〜16％、Mg:0.20％以下、Zn:0.1％以下、Fe:0.2〜1.0％、Mn：0.20％以下、Ni:0.05％以下、Ti:0.05％以下、Pb:0.06％以下、Sn:0.05％以下、Cr:0.10％以下を含有し、残部がAlとからなる事を特徴とする高熱伝導加圧鋳造用合金。
- 請求項１に記載の合金で加圧鋳造した事を特徴とするアルミニウム合金鋳物。
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