JP7117783B2 - Thermally Conductive Aluminum Alloy Laminated Formed Product, Method for Producing Same, and Heat Dissipator for Electronic Device - Google Patents

Thermally Conductive Aluminum Alloy Laminated Formed Product, Method for Producing Same, and Heat Dissipator for Electronic Device Download PDF

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Description

本発明は、熱伝導性アルミニウム合金積層成形体、その製造方法、及び電子機器の放熱体に関するものである。特に、本発明は、金属積層法によって成形された成形体であって、高い引っ張り強さと高い熱伝導率を有するアルミニウム合金積層成形体、その製造方法、及び電子機器の放熱体に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermally conductive aluminum alloy laminate, a method for producing the same, and a radiator for electronic equipment. In particular, the present invention relates to an aluminum alloy laminate formed by a metal lamination method and having high tensile strength and high thermal conductivity, a method for producing the same, and a radiator for electronic equipment.

電子機器の冷却は、通常、ヒートシンクのような放熱体を用いて行われる。例えば、ヒートパイプにより電子機器の発熱部の熱を吸収し、筐体につながるヒートシンクのフィンに伝熱し、これをファンで冷却することが一般的に行われる。
近年、電子機器の発熱量が増加しているにも関わらず、電子機器筐体のサイズの小型化、軽量化が求められており、電子機器に用いられるヒートシンクを取り巻く環境はますます厳しくなりつつある。
Cooling of electronic equipment is usually performed using a heat dissipating body such as a heat sink. For example, it is common practice to absorb heat from a heat generating portion of an electronic device using a heat pipe, transfer the heat to fins of a heat sink connected to a housing, and cool the fins with a fan.
In recent years, despite the increase in the amount of heat generated by electronic devices, there is a demand for smaller and lighter electronic device housings, and the environment surrounding heat sinks used in electronic devices is becoming increasingly severe. be.

ヒートシンクの軽量化のためには、軽い材料の選択、使用部材の数を減らすこと、薄肉化、及び形状を工夫するなどが対策として考えられる。また、筐体の薄肉化の要求も高まりつつある。
なお、ヒートシンクの接合部にはPbを含むはんだが用いられており、製品が廃棄された時のPbの溶出が、無視できない環境問題となっている (非特許文献1参照)。
In order to reduce the weight of the heat sink, measures such as selection of light materials, reduction in the number of members used, thinning, and devising the shape are conceivable. In addition, there is an increasing demand for thinner housings.
Solder containing Pb is used for the joint of the heat sink, and the elution of Pb when the product is discarded poses an environmental problem that cannot be ignored (see Non-Patent Document 1).

発熱量の高い電子機器の冷却性能を上げるためには、ヒートシンクそのものの冷却性能に加えて、発熱源、例えば半導体からヒートシンクまでの部材の熱伝導率が高いことも求められる。そのため、絶縁体として窒化ケイ素などのセラミック部材が使用される場合がある。また、絶縁体や半導体とヒートシンクとの熱膨張差による絶縁体及び半導体の破壊防止を考えると、ヒートシンクの熱膨張率が小さいほうが都合が良い(非特許文献2参照)。
また、発熱源側の熱変形に耐えるためには、ヒートシンクの引張強さは高いほうが良い。
In order to improve the cooling performance of electronic equipment that generates a large amount of heat, in addition to the cooling performance of the heat sink itself, it is also required that the members from the heat source, for example, the semiconductor to the heat sink have high thermal conductivity. Therefore, ceramic members such as silicon nitride are sometimes used as insulators. In addition, considering the prevention of breakage of the insulator or semiconductor due to the difference in thermal expansion between the insulator or semiconductor and the heat sink, it is more convenient for the heat sink to have a smaller coefficient of thermal expansion (see Non-Patent Document 2).
Also, in order to withstand thermal deformation on the heat source side, the heat sink should have a high tensile strength.

アルミニウム合金は、軽量合金としても広く知られているチタン合金に比べて20倍以上の高い熱伝導率を示す。とりわけ、高い熱伝導率が要求される場合、3000系の展伸合金であるAl-Mn系合金が、純アルミニウムに近い高い熱伝導率を有する材料として知られている。具体的には、3003合金の焼きなまし材(O材)は、190W/(m・
K)の高い熱膨張率の値を示す。この値は、純アルミニウム(1050)材のO材の熱伝導率230W/(m・K)に近い。しかし、引張強さは、110MP程度と低い。
Aluminum alloys exhibit a thermal conductivity 20 times or more higher than that of titanium alloys, which are also widely known as lightweight alloys. In particular, when high thermal conductivity is required, Al--Mn alloys, which are 3000 series wrought alloys, are known as materials having high thermal conductivity close to that of pure aluminum. Specifically, the annealed material (O material) of 3003 alloy is 190 W/(m・
K) shows a high coefficient of thermal expansion value. This value is close to the thermal conductivity of 230 W/(m·K) of O material of pure aluminum (1050) material. However, the tensile strength is as low as 110 MP.

また、加工硬化処理(H18処理)した3003合金は、逆に200MPa程度の高い
引張強さを示すものの、熱伝導率は150W/(m・K)と低い。
更に、鋳造用アルミニウム合金の中でも鋳造性、耐食性に優れたAC4CH合金があるが、実体鋳物で212~286MPaの引張強さを示すものの、熱伝導率は159W/(m・K)と低い(非特許文献3参照)。
On the other hand, the work hardened (H18 treated) 3003 alloy has a high tensile strength of about 200 MPa, but a low thermal conductivity of 150 W/(m·K).
Furthermore, among casting aluminum alloys, there is AC4CH alloy, which has excellent castability and corrosion resistance. See Patent Document 3).

Al-2%Fe-1%Cu系合金をダイカスト鋳造法により鋳造することにより、185W/(m・K)の高い熱伝導率を示す鋳物が得られることが報告されている。しかし、このアルミニウム合金鋳物は耐食性が低く、引張強さも170MPa程度の値しか示さない。なお、これを熱処理すると引張強さは240MPaと高くなるものの、熱伝導率は150W/(m・K)と低くなってしまう(非特許文献4参照)。 It has been reported that a casting exhibiting a high thermal conductivity of 185 W/(m·K) can be obtained by casting an Al-2% Fe-1% Cu alloy by a die casting method. However, this aluminum alloy casting has low corrosion resistance and exhibits a tensile strength of only about 170 MPa. When this is heat-treated, the tensile strength increases to 240 MPa, but the thermal conductivity decreases to 150 W/(m·K) (see Non-Patent Document 4).

また、アルミニウム合金展伸材が210W/(m・K)という高い熱伝導率と200MPaの高い引張強さを示すことが報告されている。ただし、このアルミニウム合金展伸材は、板材あるいは押し出し材に成形できるが、ヒートシンクのような複雑なフィン状の製品に加工することは困難である(非特許文献5参照)。 It is also reported that wrought aluminum alloys exhibit high thermal conductivity of 210 W/(m·K) and high tensile strength of 200 MPa. However, although this aluminum alloy wrought material can be formed into a plate material or an extruded material, it is difficult to process it into a complicated fin-shaped product such as a heat sink (see Non-Patent Document 5).

一方、原料として金属粉末を用い、それを一層ずつ敷き詰め、レーザーあるいは電子ビームを照射して、特定の部位のみ加熱・溶解・凝固することで、型を用いることなく、最終形状の製品を作る製法である金属積層法が最近注目されている。 On the other hand, metal powder is used as a raw material, layer by layer, and laser or electron beam is irradiated to heat, melt, and solidify only specific parts to create a product in the final shape without using a mold. Recently, the metal lamination method has attracted attention.

この金属積層法によれば、上述のヒートシンクに求められる軽量化、薄肉化した製品への成形が可能であり、各部の接合用の環境に望ましくないはんだを使用することなく、複雑な形状の一体品からなるヒートシンクを容易に得ることができる。
アルミニウム合金は金属積層法に適した合金でもあり、金属積層法により得られたアルミニウム合金積層成形体は、圧延などを施すことなく、鋳造、圧延により得られた成形体と同等以上の高い引張強さを示す。
According to this metal lamination method, it is possible to form a product with the light weight and thin wall required for the above-mentioned heat sink. It is easy to obtain a heat sink consisting of a product.
Aluminum alloy is also an alloy suitable for the metal lamination method, and the aluminum alloy laminated compact obtained by the metal lamination method has high tensile strength equal to or higher than that of the compact obtained by casting and rolling without rolling. indicates

一般的に知られたアルミニウム合金としてAl-10%Si-0.4%Mg合金があるが、その引張強さは340~380MPaという高い値を示す(非特許文献6参照)。しかし、本発明者の測定によると、その熱伝導率は131~170W/(m・K)と低い。
また、複雑かつ精密なメッシュ状、薄いフィン状の部品を作るにも金属積層法は適しており、1mm程度の厚みの部材を問題なく作成することができる(非特許文献6参照)。
Al-10%Si-0.4%Mg alloy is a commonly known aluminum alloy, and its tensile strength exhibits a high value of 340 to 380 MPa (see Non-Patent Document 6). However, according to the inventor's measurements, its thermal conductivity is as low as 131 to 170 W/(m·K).
In addition, the metal lamination method is also suitable for producing complex and precise mesh-like and thin fin-like parts, and members with a thickness of about 1 mm can be produced without problems (see Non-Patent Document 6).

Al-Si二元系アルミニウム合金の鋳造品の場合、一般的には熱処理されずに鋳造されたままで使用される。
一方、Al-Si-Mg系アルミニウム合金の鋳造品の場合、Mg-Si析出物による硬化機能を利用して、機械特性改善のために熱処理を行う場合が多い。この場合、一般に、溶体化処理、水焼き入れ、焼き戻しを組み合わせたT6処理という熱処理が行われる。
Al--Si binary aluminum alloy castings are generally used as cast without heat treatment.
On the other hand, castings of Al--Si--Mg aluminum alloys are often heat-treated to improve mechanical properties by utilizing the hardening function of Mg--Si precipitates. In this case, heat treatment called T6 treatment, which is a combination of solution treatment, water quenching, and tempering, is generally performed.

このように、熱処理を施すことで、延性改善に寄与する共晶Siの粒状化が行われ、さらに凝固した時の成分の不均一が解消され、かつアルミニウム固溶体に溶質原子としてのMg及びSiが過飽和に溶け込む。そのため、工業的にはAl-Si-Mg系合金の鋳造品では、520℃~540℃に加熱し、次いで水中冷却により焼き入れを行い(冷却速度50℃/s以上)、その後焼き戻しとして140℃~180℃で時効硬化させる。 In this way, the heat treatment causes the eutectic Si to be granulated, which contributes to improving the ductility, eliminates the non-uniformity of the components when solidified, and adds Mg and Si as solute atoms to the aluminum solid solution. Melt into supersaturation. Therefore, industrially, castings of Al—Si—Mg alloys are heated to 520° C. to 540° C., then quenched by cooling in water (cooling rate of 50° C./s or more), and then tempered at 140° C. C. to 180.degree. C. for age hardening.

ただし、鋳造のまま材より少し引張強さを上げるときは、T5処理として160~180℃で時効硬化のみを行う(非特許文献7参照)。
Al-7%Si-0.35%Mg系合金において、T6処理の前段工程の溶体化処理段階で処理温度を変化させたとき、引張強さは、530℃では高いが、500℃では溶体化処理時間を長くしても低い。その理由は、アルミニウム合金中において500℃では析出物を形成するSi、Mgの拡散が不十分なので、固溶しにくいためと考えられる(非特許
文献8参照)。
However, when the tensile strength is to be slightly increased from that of the as-cast material, only age hardening is performed at 160 to 180° C. as T5 treatment (see Non-Patent Document 7).
In the Al-7%Si-0.35%Mg alloy, when the treatment temperature is changed in the solution treatment stage in the first stage of the T6 treatment, the tensile strength is high at 530 ° C., but solution treatment at 500 ° C. It is low even if the processing time is lengthened. The reason for this is thought to be that Si and Mg, which form precipitates, diffuse insufficiently in the aluminum alloy at 500° C., making solid solution difficult (see Non-Patent Document 8).

A356(Al-7%Si-0.3%Mg)合金の金属積層材について、150℃~350℃に5時間加熱した場合の共晶Siの形態変化が調べられている。この場合、鋳造材ではSiの形態変化のためには520℃以上の加熱が必要であるが、金属積層材ではそれより低温の300℃でも粒状化し始めることが報告されている。また、積層のまま材では高い引張強さを示すが加熱温度の上昇とともに引張強さは低下し、350℃では引張強さが200MPa程度までに低下することが報告されている(非特許文献9参照)。しかし、熱伝導率については触れられていない。 A metal laminate of A356 (Al-7%Si-0.3%Mg) alloy was examined for morphological change of eutectic Si when heated at 150° C. to 350° C. for 5 hours. In this case, casting materials require heating to 520° C. or higher to change the shape of Si, but it has been reported that granulation starts at a lower temperature of 300° C. in metal laminated materials. In addition, it is reported that although the material as laminated exhibits high tensile strength, the tensile strength decreases as the heating temperature increases, and the tensile strength decreases to about 200 MPa at 350 ° C. (Non-Patent Document 9) reference). However, thermal conductivity is not mentioned.

Al-Si-Mg系合金の金属状態図を見ると、Mgが1%以上含むことで溶湯の温度が低下し、最終凝固温度555℃に到達することでAl、Si以外にMgSiも発生して、3種から構成される共晶組織が形成されることがわかっている(非特許文献10参照)。 Looking at the metal phase diagram of the Al-Si-Mg alloy, when the Mg content is 1% or more, the temperature of the molten metal decreases, and when the final solidification temperature reaches 555 ° C, Mg 2 Si is also generated in addition to Al and Si. As a result, it is known that a eutectic structure composed of three types is formed (see Non-Patent Document 10).

この場合、アルミニウム合金組織中に生成されたMgSi化合物をアルミニウム母相に固溶させようとすると、580℃に近い温度まで加熱する必要があることが報告されている。即ち、580℃よりも低い温度では、生成された化合物がほとんど形態変化しない(非特許文献11参照)。
ただし、金属積層法においては、急速凝固であるために、添加元素は状態図よりも多量に溶け込んでいることが推察される。本発明者の測定によると、Al-12%Si合金の積層体(積層のままの状態) のビッカース硬さは、従来の鋳造法で得られる場合が60であるのに対し、約100の値を示している。このことは、Siが過飽和にAlに固溶したことによるものと考えられる。また、Al-Si系合金の状態図で、アルミニウムに原子レベルで溶け込む値、すなわち最大固溶限である1.65%の1.5倍に相当する2.5%の添加元素が含まれていることを、金属積層法の1/10の冷却速度のADC12合金のダイカストで李らが報告している (非特許文献12参照)。
In this case, it has been reported that heating to a temperature close to 580° C. is necessary to cause the Mg 2 Si compound generated in the aluminum alloy structure to form a solid solution in the aluminum matrix. That is, at temperatures lower than 580° C., the produced compound undergoes little change in form (see Non-Patent Document 11).
However, in the metal lamination method, since the solidification is rapid, it is presumed that the additive element is dissolved in a larger amount than in the phase diagram. According to the inventor's measurements, the Vickers hardness of the Al-12%Si alloy laminate (as-laminated state) is about 100, whereas the value obtained by the conventional casting method is 60. is shown. It is considered that this is because Si is supersaturated and dissolved in Al. In addition, in the phase diagram of the Al-Si alloy, 2.5% of the additive element is included, which corresponds to 1.5 times the value that dissolves in aluminum at the atomic level, that is, the maximum solid solubility limit of 1.65%. reported by Lee et al. in die casting of ADC12 alloy at a cooling rate 1/10 that of the metal lamination process (see Non-Patent Document 12).

古河電工時報第115号(2005)1月Furukawa Electric Times No. 115 (2005) January ウィキぺディア:ヒートシンクWikipedia: Heatsink アルミニウムハンドブック(日本アルミニウム協会)Aluminum Handbook (Japan Aluminum Association) 大紀アルミニウム工業所 商品情報[高熱伝導合金HT-2]Taiki Aluminum Industry Co., Ltd. Product Information [High Thermal Conductivity Alloy HT-2] UACJ商品情報[高強度・高熱伝導アルミニウム合金板 ファスサーモ EMシリーズ]UACJ product information [High-strength, high-thermal conductivity aluminum alloy plate Fasthermo EM series] 安達ほか:軽金属,66(2016),360Adachi et al.: Keikinzoku, 66 (2016), 360 佃ほか:軽金属,28(1978),8Tsukuda et al.: Keikinzoku, 28 (1978), 8 安達ほか:軽金属,39(1989),487Adachi et al.: Keikinzoku, 39 (1989), 487 T. Kimura etc: Materials and design, 89(2016), 41T. Kimura et al.: Materials and design, 89(2016), 41 渡辺久藤、佐藤英一郎:実用合金状態図説(応用編) 日刊工業新聞社出版Hisato Watanabe, Eiichiro Sato: Practical Alloy State Diagram (Applied Edition) Nikkan Kogyo Shimbun Publishing 安達ほか:軽金属,37(1987),446Adachi et al.: Keikinzoku, 37 (1987), 446 李 定洙ほか:鋳造工学,88(2016),610Jeongsoo Lee et al.: Casting Engineering, 88 (2016), 610

本発明は、以上のような背景からなされたものである。
即ち、金属積層成形体は急冷凝固組織であるため、従来法では得られない微細組織を示すことから、積層のままの状態で引張強さは高い値を示す。しかし、Al-Si系合金は、積層のままの状態では、熱伝導率がAl-Mn系合金で得られるような純アルミニウム合金に近い高い値は得られない。
The present invention was made against the background as described above.
That is, since the metal laminated molded article has a rapidly solidified structure, it exhibits a fine structure that cannot be obtained by the conventional method, and therefore exhibits a high value of tensile strength in the laminated state. However, the Al--Si alloy, in its laminated state, cannot achieve a high thermal conductivity value close to that of a pure aluminum alloy, which is obtained with the Al--Mn alloy.

これに対し、Al-Mn系合金の積層体は放熱部品に適した高い熱伝導率を示すが、Al-Si系合金の積層体に比較すると引張強さが低いので、放熱部品に用いることは困難である。
従って、Al-Mn系合金積層体とAl-Si系合金積層体のそれぞれの長所を生かし、弱点を解決した、放熱部品に用いるのに適した高い引張強さと高い熱伝導率を有するアルミニウム合金積層体が望まれる。
On the other hand, Al--Mn alloy laminates exhibit high thermal conductivity suitable for heat dissipation parts, but have lower tensile strength than Al--Si alloy laminates, so they cannot be used for heat dissipation parts. Have difficulty.
Therefore, an aluminum alloy laminate having high tensile strength and high thermal conductivity suitable for use in heat dissipating parts is provided, which utilizes the respective advantages of Al--Mn alloy laminates and Al--Si alloy laminates and overcomes their weaknesses. A body is desired.

本発明は、以上の事情の下になされ、高い引張強さと高い熱伝導率を有するアルミニウム合金積層成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、上記アルミニウム合金積層成形体からなる電子機器の放熱体を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an aluminum alloy laminated compact having high tensile strength and high thermal conductivity and a method for producing the same.
Another object of the present invention is to provide a radiator for electronic equipment comprising the aluminum alloy laminated molded body.

本発明の第1の態様は、7~20重量%のSi、及び1.5重量%以下のMgを含むアルミニウム合金からなる積層成形体であって、Siはアルミニウムマトリクス中に不連続の独立形態として存在し、185W/mK以上の熱伝導率及び170MPa以上の引張強さを有することを特徴とするアルミニウム合金積層成形体を提供する。 A first aspect of the present invention is a laminated compact comprising an aluminum alloy containing 7 to 20% by weight Si and 1.5% by weight or less Mg, wherein the Si is discrete and discrete in the aluminum matrix. and having a thermal conductivity of 185 W/mK or more and a tensile strength of 170 MPa or more.

本発明の第2の態様は、7~20重量%のSi、及び1.5重量%以下のMgを含むアルミニウム合金粉末を金属積層法により積層成形する工程、得られた金属積層成形体を360℃~500℃で加熱し、保持し、Siを積層のまま(as built)材中の網目構造から不連続の独立形態に変換する工程、及び室温まで冷却する工程を具備することを特徴とするアルミニウム合金積層成形体の製造方法を提供する。 A second aspect of the present invention is a step of laminate-molding an aluminum alloy powder containing 7 to 20% by weight of Si and 1.5% by weight or less of Mg by a metal lamination method. C.-500.degree. Provided is a method for manufacturing an aluminum alloy laminate.

本発明の第2の態様に係るアルミニウム合金積層成形体の製造方法において、金属積層成形体を加熱する温度を360℃~450℃とすることができる。
また、金属積層成形体を加熱する温度及び保持する時間を、加熱温度を横軸、保持時間を縦軸とする座標において、座標(加熱温度、保持時間)が、 (360℃、6時間)、(360℃、30時間), (400℃、1時間)、(400℃、20時間)、(500℃、0.5時間)、(500℃、10時間)で囲まれた領域内とすることができる。
本発明の第3の態様は、上述の本発明の第1の態様に係るアルミニウム合金積層成形体からなることを特徴とする電子機器の放熱体を提供する。
In the method for producing an aluminum alloy laminate molded body according to the second aspect of the present invention, the temperature for heating the metal laminate molded body can be 360°C to 450°C.
In addition, the coordinates (heating temperature, holding time) are as follows: (360°C, 30 hours), (400°C, 1 hour), (400°C, 20 hours), (500°C, 0.5 hours), (500°C, 10 hours) can be done.
A third aspect of the present invention provides a radiator for an electronic device, comprising the above-described aluminum alloy laminated compact according to the first aspect of the present invention.

本発明によると、高い引張強さと高い熱伝導率を有するアルミニウム合金積層成形体、その製造方法、及び高い引張強さと高い熱伝導率を有する電子機器の放熱体が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, an aluminum alloy laminate having high tensile strength and high thermal conductivity, a method for producing the same, and a radiator for electronic equipment having high tensile strength and high thermal conductivity are provided.

実施例1により得たアルミニウム合金積層成形体の顕微鏡写真図である。1 is a micrograph of an aluminum alloy laminated compact obtained in Example 1. FIG. 実施例2により得たアルミニウム合金積層成形体の顕微鏡写真図である。2 is a micrograph of an aluminum alloy laminated compact obtained in Example 2. FIG. 実施例3により得たアルミニウム合金積層成形体の顕微鏡写真図である。2 is a micrograph of an aluminum alloy laminated compact obtained in Example 3. FIG. 比較例1により得たアルミニウム合金積層成形体の顕微鏡写真図である。1 is a micrograph of an aluminum alloy laminate molded body obtained in Comparative Example 1. FIG. 比較例2により得たアルミニウム合金積層成形体の顕微鏡写真図である。3 is a micrograph of an aluminum alloy laminated compact obtained in Comparative Example 2. FIG. 実施例1~3、比較例1,2のビッカース硬さを示す図。FIG. 2 is a diagram showing Vickers hardness of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2; 実施例1~3、比較例1,2の熱伝導率を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the thermal conductivity of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2;

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金積層成形体は、7~20重量%のSi、及び1.5重量%以下のMgを含むアルミニウム合金からなるものであり、Siはアルミニウムマトリクス中に不連続の独立形態として存在する。この場合、積層のまま(as b
uilt)材では、Siは網目構造であるが、熱処理により網目構造が崩れ、不連続の独
立形態(たとえば粒状体)に変換される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
An aluminum alloy laminate compact according to one embodiment of the present invention is made of an aluminum alloy containing 7 to 20% by weight of Si and 1.5% by weight or less of Mg, and Si is discontinuous in the aluminum matrix. exists as an independent form of In this case, the lamination as it is (as b
In the uilt) material, Si has a network structure, but the network structure is destroyed by heat treatment and transformed into a discontinuous independent form (eg, granular body).

このように、本実施形態に係るアルミニウム合金積層成形体は、金属積層法により成形されるとともに、上述の組成及び金属組織を有することにより、185W/mK以上の熱伝導率及び170MPa以上の引張強さという、特に電子機器の放熱体として適した優れた特性を有する。なお、本明細書に記載の熱伝導率は、室温25℃における値である。 As described above, the aluminum alloy laminate molded body according to the present embodiment is formed by the metal lamination method and has the above-described composition and metal structure, so that it has a thermal conductivity of 185 W / mK or more and a tensile strength of 170 MPa or more. It has excellent properties that make it particularly suitable as a heat sink for electronic equipment. In addition, the thermal conductivity described in this specification is a value at a room temperature of 25°C.

本実施形態に係るアルミニウム合金積層成形体が優れた特性を有する理由は、以下の通りである。
金属積層法により成形された、Si及びMgを含むアルミニウム合金からなる成形体は、急速に凝固したために、(1)共晶Siが微細になり、網目状に連結するために熱伝導が悪い、(2)SiやMgが多量にアルミニウム母相に固溶するために、あるいはアルミニウム母相に整合なSi析出物とMg-Siの析出物が発生するために熱伝導が悪いという問題を有している。
The reason why the aluminum alloy laminate compact according to the present embodiment has excellent properties is as follows.
A compact made of an aluminum alloy containing Si and Mg, which is formed by the metal lamination method, solidifies rapidly, resulting in the following: (1) The eutectic Si becomes fine and is linked in a network, resulting in poor heat conduction. (2) Since a large amount of Si or Mg dissolves in the aluminum matrix, or Si precipitates and Mg--Si precipitates that are consistent with the aluminum matrix are generated, there is a problem of poor thermal conductivity. ing.

しかし、共晶Siが微細なため、成形体を熱処理すると、360℃以上の温度で共晶Siの形態変化により網目状組織が崩れ、多数の分割された、不連続の独立形態(例えば粒状体)に変化し、その結果、成形体の熱伝導性が大きく向上する。さらに上記熱処理により、固溶している原子が粗大な析出物(Si、安定相MgSi)となり、また、積層時にできた[アルミニウム母相に整合な30オングストロームレベルの微細なMg-Si析出物]も、より粗大な平均サイズが0.3~3μmオーダーの析出物(Si、安定相MgSi) に変化する。このことも、アルミニウムの母相から完全に非整合(いわゆるアルミニウムのマトリックスに分散、混合している状態)にすることで、成形体の熱伝導性の向上の一因となる。また、Mgが1.5重量%以下であれば、熱処理温度が550℃以上でないと形態変化せず、しかも熱伝導性を低下させる恐れがあるMgSi化合物が最終凝固部に晶出することがほとんどない。このため、上記のMgSi晶出物が再固溶しないように500℃以下の温度に保持されても、熱伝導率の高いアルミニウム合金積層成形体が得られる。 However, since the eutectic Si is fine, when the molded body is heat-treated, the network structure collapses due to the morphological change of the eutectic Si at a temperature of 360 ° C. or higher, resulting in a large number of divided, discontinuous independent forms (for example, granular bodies). ), and as a result, the thermal conductivity of the molded body is greatly improved. Furthermore, due to the above heat treatment, the solid solution atoms become coarse precipitates (Si, stable phase Mg 2 Si), and [fine Mg-Si precipitates of 30 angstrom level consistent with the aluminum matrix] substance] also changes to coarser precipitates (Si, stable phase Mg 2 Si) with an average size of the order of 0.3 to 3 μm. This also contributes to the improvement of the thermal conductivity of the compact by making it completely unmatched from the aluminum matrix (in a so-called state of being dispersed or mixed in the aluminum matrix). Further, when the Mg content is 1.5% by weight or less, the morphology does not change unless the heat treatment temperature is 550° C. or higher, and the Mg 2 Si compound, which may lower the thermal conductivity, crystallizes in the final solidified portion. there are few. Therefore, even if the temperature is maintained at 500° C. or less so that the Mg 2 Si crystallized substances do not redissolve, an aluminum alloy laminate compact with high thermal conductivity can be obtained.

ここで、共晶Siは、アルミニウム合金積層成形体に対して一定の引張強さ及び硬さを付与する。つまり、共晶Siはアルミニウム母相中に分散して分散強化により、硬さ及び引張強さの向上に寄与する。そのため、Siは7重量%以上であることが必要である。Siが7重量%未満では、満足し得る硬さ及び引張強さのアルミニウム合金積層成形体を得ることが出来ない。 Here, eutectic Si imparts certain tensile strength and hardness to the aluminum alloy laminate. In other words, the eutectic Si is dispersed in the aluminum matrix and contributes to the improvement of hardness and tensile strength through dispersion strengthening. Therefore, Si should be 7% by weight or more. If the Si content is less than 7% by weight, it is not possible to obtain an aluminum alloy laminated compact having satisfactory hardness and tensile strength.

一方、Siを20重量%を超える量添加すると、185W/(m・K)以上の熱伝導率を得ることができないため、Siは20重量%以下である必要がある。
なお、Mgの添加量については、上述の非特許文献12より、金属状態図から求められる量の1.5倍までは確実に固溶することが推察されることから、上限を1.5重量%とした。
このように、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金積層成形体は、複雑な形状の成形体を得ることができる金属積層成形体の特徴を最大限に生かしつつ、Al-Si系合金の引張強さをわずかに低下させる場合があるのみで、Al-Mn系合金と同レベルの185W/(m・K)以上という高い熱伝導率を有している。なお、熱伝導率185W/(m・K)は、純アルミニウムの熱伝導率の約80%である。
On the other hand, if Si is added in an amount exceeding 20% by weight, a thermal conductivity of 185 W/(m·K) or more cannot be obtained, so the Si content must be 20% by weight or less.
Regarding the amount of Mg to be added, from the above-mentioned Non-Patent Document 12, it is inferred that up to 1.5 times the amount obtained from the metal phase diagram will surely form a solid solution, so the upper limit is 1.5 weight. %.
As described above, the aluminum alloy laminate molded body according to the embodiment of the present invention maximizes the characteristics of the metal laminate molded body that can obtain a molded body with a complicated shape, while maintaining the tensile strength of the Al—Si alloy. It has a high thermal conductivity of 185 W/(m·K) or more, which is at the same level as Al—Mn alloys, although the thickness may be slightly reduced. The thermal conductivity of 185 W/(m·K) is about 80% of that of pure aluminum.

次に、以上説明したアルミニウム合金積層成形体の製造方法について説明する。
本実施形態に係るアルミニウム合金積層成形体は、7~20重量%のSi、及び1.5重量%以下のMgを含むアルミニウム合金粉末を金属積層法により成形し、得られた成形体を360℃~500℃で加熱し、保持し、室温まで冷却することにより製造される。
なお、上記段落0031及び0032において、所定の引張強さと熱伝導率を保持するために、Si、Mgの成分範囲を限定した。ただし、(1)Siがアルミニウムマトリクス中に不連続の独立形態として存在する状態において、あるいは(2)加熱、保持、冷却により、この両特性の保持に悪影響を与えることがない場合、アルミニウム合金に不可避不純物や他の添加成分が含まれることは認められる。
Next, a method for manufacturing the above-described aluminum alloy laminate compact will be described.
The aluminum alloy laminate molded body according to the present embodiment is formed by molding an aluminum alloy powder containing 7 to 20% by weight of Si and 1.5% by weight or less of Mg by a metal lamination method, and the obtained molded body is heated at 360 ° C. Manufactured by heating at ~500°C, holding and cooling to room temperature.
In paragraphs 0031 and 0032, the ranges of Si and Mg components are limited in order to maintain predetermined tensile strength and thermal conductivity. However, if (1) Si is present in the aluminum matrix as a discontinuous, discrete form, or (2) heating, holding, or cooling does not adversely affect the retention of both properties, the aluminum alloy Inevitable impurities and other additives are permitted.

仮に積層時において0.5重量%以下の不可避不純物がアルミニウムマトリクスに固溶しても、(1)及び(2)の条件においては前述のとおりSi析出物及びMg-Si析出物と同様に、不可避不純物とアルミニウムを主成分とする化合物が微量析出するので、引張強さと熱伝導率にはほとんど影響しない。
また、Si、Mg以外の添加元素、たとえば、遷移金属は、場合によっては積層時にその多くが一旦アルミニウムに固溶するものの、(1)及び(2)の条件下においてアルミニウムとの化合物として非整合状態で析出する。また、積層時に晶出物として発生してもその形態は共晶Siのように連続ではない。Cuはその代表例であり、耐食性の観点からその添加量は3重量%以下であるのが好ましい。また、積層時にアルミニウムとの金属間化合物を形成する元素として、積層時に金属間化合物を晶出するNi、Mn、Fe、Cr、Ti、Zrなどが挙げられる。これら元素はアルミニウムマトリクスとは非整合の不連続の化合物を形成するが、過剰の添加は熱伝導率の低下をもたらし、また引張強度及び伸びを低下させるため、その総計は2重量%以下、好ましくは1重量%以下である。
Even if 0.5% by weight or less of unavoidable impurities are dissolved in the aluminum matrix during lamination, under the conditions of (1) and (2), as described above, similar to Si precipitates and Mg—Si precipitates, A small amount of unavoidable impurities and aluminum-based compounds are precipitated, so they have little effect on tensile strength and thermal conductivity.
In addition, additional elements other than Si and Mg, such as transition metals, may in some cases form a solid solution once in aluminum during lamination, but under the conditions of (1) and (2), they are incompatible as compounds with aluminum. precipitate in the state Moreover, even if it occurs as a crystallized product during lamination, its form is not continuous like that of eutectic Si. Cu is a typical example, and from the viewpoint of corrosion resistance, the amount added is preferably 3% by weight or less. Elements that form an intermetallic compound with aluminum during lamination include Ni, Mn, Fe, Cr, Ti, and Zr that crystallize an intermetallic compound during lamination. These elements form a discontinuous compound that is inconsistent with the aluminum matrix, but excessive addition results in a decrease in thermal conductivity and also decreases tensile strength and elongation, so the total amount is preferably 2% by weight or less. is 1% by weight or less.

より具体的には、本実施形態に係るアルミニウム合金積層成形体は、上記組成を有する金属粉末を原料として積層成形して得られた積層成形体の成形されたまま(as built)材に、従来とは異なる熱処理を施すことで、(as built)材の機械特性よりは多少劣るものの、Al-Mn系合金と同レベルの高い熱伝導率を有している。
なお、従来と異なる熱処理とは、通常の熱処理方法とは目的及び方法が異なる熱処理である。上述したように、一般的には、アルミニウム合金にはT6処理が行われる場合が多い。Al-Si系アルミニウム合金の鋳造品の場合、鋳造凝固した素材の延性改善のために、共晶Siを粒状化し、さらに凝固した時の成分の不均一を解消し、かつアルミニウム固溶体に溶質原子を過飽和に溶け込ませる必要がある。そのため、Al-Si-Mg系合金の鋳造素材では、525℃~540℃で熱処理し、その後水中冷却による焼き入れを行い(冷却速度50℃/s以上)、更に焼き戻しとして180℃未満で時効硬化させている。
あるいは、鋳造素材に対して時効硬化処理のみを行い、わずかに硬くするために160~180℃でT5処理を行っている。
More specifically, the aluminum alloy laminate compact according to the present embodiment is an as-built laminate obtained by laminate-molding the metal powder having the above composition as a raw material. By applying a heat treatment different from that of the (as built) material, it has a high thermal conductivity at the same level as Al--Mn alloys, although it is somewhat inferior to the mechanical properties of the (as built) material.
Note that the non-conventional heat treatment is a heat treatment whose purpose and method are different from those of a normal heat treatment method. As described above, aluminum alloys are generally subjected to the T6 treatment in many cases. In the case of castings of Al-Si aluminum alloys, in order to improve the ductility of the cast and solidified material, eutectic Si is granulated to eliminate unevenness in the composition when solidified, and solute atoms are added to the aluminum solid solution. It is necessary to dissolve in supersaturation. Therefore, the Al-Si-Mg alloy casting material is heat treated at 525°C to 540°C, then quenched by cooling in water (cooling rate of 50°C/s or more), and further tempered at less than 180°C. hardening it.
Alternatively, only age hardening treatment is performed on the casting material, and T5 treatment is performed at 160 to 180° C. to slightly harden it.

これに対し、本発明の積層成形体では、T6処理やT5処理とは全く異なる熱処理を行う。すなわち、上述したように、アルミニウム合金の積層成形体の熱伝導率の低下は、急速溶解・急速凝固を特徴とする金属積層法によってもたらされた(1)微細かつ網目状に形成された共晶組織(Al、Si)、及び(2)
SiやMgが多量にアルミニウム母相に固溶すること、あるいはアルミニウム母相に整合なSi析出物とMg-Siの析出物が発生することに原因であるとの考えに基づく。これら網目状組織を崩し、不連続の独立形態(例えば粒状体)へ変換させることを主目的として、併せて上記Si析出物及びMg-Si析出物平均サイズが0.3~3μmのアルミマトリックスに非整合な析出物(Si、安定相MgSi) として存在せしめ、再固溶を防止
することを考慮して熱処理を行うのである。
On the other hand, in the laminated compact of the present invention, a heat treatment completely different from the T6 treatment and the T5 treatment is performed. That is, as described above, the decrease in the thermal conductivity of the aluminum alloy laminated compact is caused by the metal lamination method, which is characterized by rapid melting and rapid solidification. crystal structure (Al, Si), and (2)
It is based on the idea that the reason for this is that a large amount of Si or Mg dissolves in the aluminum matrix, or Si precipitates and Mg--Si precipitates that are consistent with the aluminum matrix are generated. For the main purpose of breaking these network structures and converting them into discontinuous independent forms (for example, granular bodies), together with the above-mentioned Si precipitates and Mg-Si precipitates, an aluminum matrix having an average size of 0.3 to 3 µm The heat treatment is carried out in consideration of causing incoherent precipitates (Si, stable phase Mg 2 Si) to exist and preventing re-solid solution.

本発明では、熱処理温度として、従来行われているT5処理よりも高い360℃以上の加熱温度を選択することで、(1)の微細かつ網目状の共晶組織を分断して粒状化し、さらには粗大化するとともに、(2)の固溶するSi及びMgを粗大な析出物(Si、MgSi)として発生させ、アルミニウムの母相から完全に非整合(アルミニウムのマトリックス中に分散、混合している状態)にすることを狙っている。ただし、加熱温度が高すぎると、非整合になっていた析出物がアルミニウム原子間で、原子レベルで再固溶する危険があるため、熱処理温度の上限は500℃である。 In the present invention, as the heat treatment temperature, by selecting a heating temperature of 360 ° C. or higher, which is higher than the conventional T5 treatment, the fine and network-like eutectic structure of (1) is divided and granulated, and further is coarsened, and solid solution Si and Mg of (2) are generated as coarse precipitates (Si, Mg 2 Si), and are completely unmatched from the aluminum matrix (dispersed and mixed in the aluminum matrix state). However, the upper limit of the heat treatment temperature is 500° C., because if the heating temperature is too high, there is a danger that the non-coherent precipitates will redissolve at the atomic level between aluminum atoms.

Mgは、Al-Si系合金に引張強さと硬さを付与するが、本発明では、上述したように、積層成形後の熱処理により、Mg-Si析出物が粗大化する温度域に加熱し、軟化させることから、もともと時効硬化の役割はない。しかし、Mg量が1.5重量%を超えて含まれると、最終凝固部にMgSi化合物が共晶Si、Alとともに多量に晶出する傾向がある。晶出したMgSi化合物は、550℃以上、特に580℃程度に加熱しないと共晶Siのように形態変化(網目状から不連続な独立形態たとえば粒状に変化)はしない。 Mg imparts tensile strength and hardness to Al—Si alloys, but in the present invention, as described above, the heat treatment after lamination molding is performed to heat to a temperature range where Mg—Si precipitates coarsen, Since it softens, it originally does not play a role of age hardening. However, if the Mg content exceeds 1.5% by weight, a large amount of Mg 2 Si compound tends to crystallize in the final solidified portion together with eutectic Si and Al. The crystallized Mg 2 Si compound does not change its form like eutectic Si (changes from a network to a discontinuous independent form, such as a granular form) unless it is heated to 550° C. or higher, particularly about 580° C.

しかし、前述のように、500℃を超えて加熱すると、500℃までアルミニウム母相中に粗大析出物として分散していたSi、MgSiが再び原子レベルでアルミニウム原子間に再固溶することになり、熱伝導率を低下させる。そのため、500℃以下で加熱する。また、MgSi化合物が多量に晶出しないように、Mgの上限を1.5重量%とすることが必要なのである。
このように、熱処理温度を500℃以下とし、Mg量を1.5重量%以下(Mgを含まない場合も含む)とすることにより、熱伝導率を低下させるMgSiをアルミニウム原子間に固溶させることを防止し、高い熱伝導率のアルミニウム合金積層成形体を得ることが可能となる。
However, as described above, when heated above 500° C., Si and Mg 2 Si dispersed as coarse precipitates in the aluminum matrix up to 500° C. redissolve between aluminum atoms at the atomic level again. and lower the thermal conductivity. Therefore, it is heated at 500° C. or less. Also, the upper limit of Mg must be 1.5% by weight so as not to crystallize a large amount of Mg 2 Si compound.
Thus, by setting the heat treatment temperature to 500° C. or less and the Mg amount to 1.5% by weight or less (including the case where Mg is not included), Mg 2 Si, which lowers the thermal conductivity, is fixed between aluminum atoms. It is possible to prevent melting and to obtain an aluminum alloy laminated compact with high thermal conductivity.

なお、熱処理温度が300℃以上でも長時間加熱すれば、共晶Siの不連続な独立形態(例えば、粒状化)へ変化させ、固溶しているMg、Siを安定相MgSi析出物として析出させることで、熱伝導率185W/(m・K)を得ることは不可能ではないが、実用上許容し得る熱処理時間とするためには、熱処理温度は360℃以上である必要がある。一方、アルミニウム母相中に粗大析出物として分散していたSi、安定相MgSiが再びアルミニウム原子間に再固溶させないために、熱処理温度は500℃以下である必要がある。
特に、185W/(m・K)以上の熱伝導率、及び200MPa以上の引張強さ(ビッカース硬さ60Hv)を有する成形体を得るためには、360℃~450℃の温度で加熱
保持することが好ましい。
Even if the heat treatment temperature is 300° C. or higher, if it is heated for a long time, the eutectic Si changes to a discontinuous independent form (for example, granulation), and the solid solution Mg and Si are converted into stable phase Mg 2 Si precipitates. Although it is not impossible to obtain a thermal conductivity of 185 W / (m K) by depositing as a . On the other hand, the heat treatment temperature must be 500° C. or lower so that the Si dispersed as coarse precipitates in the aluminum matrix and the stable phase Mg 2 Si do not dissolve again between the aluminum atoms.
In particular, in order to obtain a molded body having a thermal conductivity of 185 W/(m·K) or more and a tensile strength of 200 MPa or more (Vickers hardness of 60 Hv), it is necessary to heat and hold at a temperature of 360° C. to 450° C. is preferred.

上述したアルミニウム合金積層成形体の製造方法においては、加熱保持時間を加熱温度に合わせて設定することが望ましい。即ち、185W/(m・K)以上の熱伝導率及び170MPa以上の引張強さ(ビッカース硬さ50Hv以上)を有するアルミニウム合金積層成形体を得るための加熱温度及び保持時間の条件は、好ましくは以下の通りである。なお、各温度で保持する上限時間は共晶Siのサイズが粗くなり、引張強さが170MPaを下回らないための時間である。その時のSiの平均サイズは3μmを超えないことが望ましい。下限時間は、網目状Siが崩れ不連続な形態が得られるような時間であればよい。 In the method for manufacturing the aluminum alloy laminate molded body described above, it is desirable to set the heating holding time according to the heating temperature. That is, the heating temperature and holding time conditions for obtaining an aluminum alloy laminate having a thermal conductivity of 185 W/(m·K) or more and a tensile strength of 170 MPa or more (Vickers hardness of 50 Hv or more) are preferably They are as follows. The upper limit time for holding at each temperature is the time required for the size of the eutectic Si to become coarse and the tensile strength not to fall below 170 MPa. It is desirable that the average size of Si at that time does not exceed 3 μm. The lower limit of the time may be any time that allows the network Si to collapse and a discontinuous form to be obtained.

即ち、加熱温度を横軸、保持時間を縦軸とする座標において、座標(加熱温度、保持時間)が、 (360℃、6時間)、(360℃、30時間)、 (400℃、1時間)、(400℃、20時間)、(500℃、0.5時間)、(500℃、10時間)で囲まれた領域内である加熱・保持条件において、185W/(m・K)以上の熱伝導率を有し、170MPa以上の引張強さ(ビッカース硬さ50Hv以上)を得ることが出来る。なお、保持時間は、目標加熱温度に到達後の時間を意味する。 That is, in the coordinates where the horizontal axis is the heating temperature and the vertical axis is the holding time, the coordinates (heating temperature, holding time) are (360 ° C., 6 hours), (360 ° C., 30 hours), (400 ° C., 1 hour ), (400° C., 20 hours), (500° C., 0.5 hours), (500° C., 10 hours) under the heating and holding conditions in the area surrounded by 185 W / (m K) or more It has thermal conductivity and can obtain tensile strength of 170 MPa or more (Vickers hardness of 50 Hv or more). The holding time means the time after reaching the target heating temperature.

以上説明したアルミニウム合金積層成形体を得るための金属積層法としては、電子ビーム積層方法とレーザー積層方法がある。しかし、電子ビーム積層方法では、成形時に負荷される熱量が大きすぎて共晶Siが粗大化しすぎるために、所望の引張強さを得る観点から、レーザー積層方法が好ましい。 Electron beam lamination methods and laser lamination methods are available as metal lamination methods for obtaining the above-described aluminum alloy laminated molded body. However, in the electron beam lamination method, the amount of heat applied during molding is too large and the eutectic Si becomes too coarse. Therefore, the laser lamination method is preferable from the viewpoint of obtaining the desired tensile strength.

一般に、レーザー積層方法は、以下の工程により行われる。
(1)一定厚みの金属粉末層を一層敷きつめる。
(2)金属粉末層の固化予定箇所に局部的にYb-Mgファイバーレーザーをアルゴン雰囲気下で、照射して粉末層を加熱し、粉末を瞬間溶融するとともに瞬間固化する。この場合、ビームは、3Dデータ・スライスデータに基づき走査される。

(3)製造テーブルを降下させ、更に金属粉末層を敷きつめる。
(4)以上の工程を繰返し、金属を順次積層し、最終形状の積層成形体を得た後、未固化の粉末を取り除いて、積層成形体を得る。
アルミニウム合金粉末を以上の工程に供することにより、所定の形状のアルミニウム合金積層成形体を得ることができる。
得られたアルミニウム合金積層成形体は、上述のように、所定の温度及び時間で加熱・保持され、室温まで冷却される。
Generally, the laser lamination method is performed by the following steps.
(1) Spreading a metal powder layer with a certain thickness.
(2) A portion of the metal powder layer to be solidified is locally irradiated with a Yb--Mg fiber laser under an argon atmosphere to heat the powder layer, thereby instantaneously melting and solidifying the powder. In this case, the beam is scanned based on the 3D data slice data.

(3) lowering the production table and laying down a layer of metal powder;
(4) The above steps are repeated to successively laminate metals to obtain a laminate molded body in the final shape, and then unsolidified powder is removed to obtain a laminated molded body.
By subjecting the aluminum alloy powder to the above steps, it is possible to obtain an aluminum alloy laminate compact having a predetermined shape.
The obtained aluminum alloy laminate compact is heated and held at a predetermined temperature for a predetermined time, and cooled to room temperature, as described above.

以下、本発明の実施例及び比較例を説明する。
実施例1
アルミニウム合金粉末(Al-10Si-0.4Mg)を用い、レーザー積層法により、20mm×20mm×20mmの積層成形体を作成した。
次に、この積層成形体を360℃で6時間、加熱保持し、次いで、室温まで冷却した。得られた積層成形体の金属組織の顕微鏡写真を図1に示す。なお、スケールは、図3に示す通りである(図2、図4及び図5も同様)。
Examples of the present invention and comparative examples will be described below.
Example 1
Using an aluminum alloy powder (Al-10Si-0.4Mg), a laminate compact of 20 mm×20 mm×20 mm was produced by a laser lamination method.
Next, this laminate molded body was heated and held at 360° C. for 6 hours, and then cooled to room temperature. FIG. 1 shows a micrograph of the metallographic structure of the obtained laminate. The scale is as shown in FIG. 3 (the same applies to FIGS. 2, 4 and 5).

図1から、共晶Si及びMgSiが粒状化していることがわかる。
この積層成形体のビッカース硬さを島津微小硬度計HMV-G21により測定したところ、65であった。なお、ビッカース硬さ65は、引張強さ210MPaに相当する。また、この積層成形体の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定したところ、190W/(m・K)であった。
It can be seen from FIG. 1 that eutectic Si and Mg 2 Si are granulated.
The Vickers hardness of this laminated molded product was 65 when measured with a Shimadzu micro hardness tester HMV-G21. A Vickers hardness of 65 corresponds to a tensile strength of 210 MPa. Further, the thermal conductivity of this laminated molded body was measured by a laser flash method and found to be 190 W/(m·K).

実施例2
実施例1と同様にして積層成形体を作成した。
次に、この積層成形体を400℃で2時間、加熱保持し、次いで、室温まで冷却した。得られた積層成形体の金属組織の顕微鏡写真を図2に示す。
図2から、網目状の共晶Siが不連続となり、粒状化していることがわかる。
この積層成形体のビッカース硬さを測定したところ、60であった。なお、ビッカース硬さ60は、引張強さ200MPaに相当する。また、この積層成形体の熱伝導率を測定したところ、200W/(m・K)であった。
Example 2
A laminated molded body was produced in the same manner as in Example 1.
Next, this laminate molded body was heated and held at 400° C. for 2 hours, and then cooled to room temperature. FIG. 2 shows a microscopic photograph of the metallographic structure of the obtained laminate.
From FIG. 2, it can be seen that the mesh-like eutectic Si becomes discontinuous and becomes granular.
The Vickers hardness of this laminated molded body was measured and found to be 60. A Vickers hardness of 60 corresponds to a tensile strength of 200 MPa. Moreover, when the thermal conductivity of this laminate molded body was measured, it was 200 W/(m·K).

実施例3
実施例1と同様にして積層成形体を作成した。
次に、この積層成形体を500℃で2時間、加熱保持し、次いで、室温まで冷却した。得られた積層成形体の金属組織の顕微鏡写真を図3に示す。
Example 3
A laminated molded body was produced in the same manner as in Example 1.
Next, this laminate molded body was heated and held at 500° C. for 2 hours, and then cooled to room temperature. FIG. 3 shows a micrograph of the metallographic structure of the laminate molded body obtained.

図3から、共晶Siが粒状化とともに、さらに粗大化していることがわかる。
この積層成形体のビッカース硬さを測定したところ、55であった。なお、ビッカース硬さ55は、引張強さ188MPaに相当する。また、この積層成形体の熱伝導率を測定したところ、190W/(m・K)であった。
It can be seen from FIG. 3 that the eutectic Si is further coarsened as it becomes grainy.
The Vickers hardness of this laminated molded body was measured and found to be 55. A Vickers hardness of 55 corresponds to a tensile strength of 188 MPa. Moreover, when the thermal conductivity of this laminate molded body was measured, it was 190 W/(m·K).

比較例1
アルミニウム合金粉末(Al-10Si-0.4Mg)を用い、レーザー積層法により、実施例1と同様に積層成形体を作成した。得られた積層成形体の金属組織の顕微鏡写真を図4に示す。
Comparative example 1
Using an aluminum alloy powder (Al-10Si-0.4Mg), a laminated compact was produced in the same manner as in Example 1 by laser lamination. FIG. 4 shows a micrograph of the metallographic structure of the obtained laminate.

図4から、共晶Siが網目状態であることがわかる。
この積層成形体のビッカース硬さを測定したところ、80を超えた。なお、ビッカース硬さ80は、引張強さ270MPaに相当する。また、この積層成形体の熱伝導率を測定したところ、170W/(m・K)であった。
It can be seen from FIG. 4 that the eutectic Si is in a network state.
When the Vickers hardness of this laminate molded product was measured, it exceeded 80. A Vickers hardness of 80 corresponds to a tensile strength of 270 MPa. Moreover, when the thermal conductivity of this laminate molded body was measured, it was 170 W/(m·K).

比較例2
アルミニウム合金粉末(Al-10Si-0.4Mg)を用い、レーザー積層法により、実施例1と同様に積層成形体を作成した。
次に、この積層成形体を300℃で2時間、加熱保持し、次いで、室温まで冷却した。得られた積層成形体の金属組織の顕微鏡写真を図5に示す。
Comparative example 2
Using an aluminum alloy powder (Al-10Si-0.4Mg), a laminate compact was produced in the same manner as in Example 1 by laser lamination.
Next, this laminate molded body was heated and held at 300° C. for 2 hours, and then cooled to room temperature. FIG. 5 shows a micrograph of the metallographic structure of the obtained laminate.

図5から、熱処理された比較例2の成形体は、比較例1の成形体とは異なる金属組織であることがわかるが、共晶Siの不連続化、たとえば粒状化は確認されない。
この積層成形体のビッカース硬さを測定したところ、80を超えた。なお、ビッカース硬さ80は、引張強さ270MPaに相当する。また、この積層成形体の熱伝導率を測定したところ、180W/(m・K)であった。
From FIG. 5, it can be seen that the heat-treated compact of Comparative Example 2 has a metal structure different from that of Comparative Example 1, but discontinuity of eutectic Si, such as graining, is not confirmed.
When the Vickers hardness of this laminate molded product was measured, it exceeded 80. A Vickers hardness of 80 corresponds to a tensile strength of 270 MPa. Moreover, when the thermal conductivity of this laminate molded body was measured, it was 180 W/(m·K).

実施例1~3及び比較例1,2の積層成形体のビッカース硬さを図6に、熱伝導率を図7にそれぞれ示す。
図6から明らかなように、熱処理を行うことにより、また熱処理温度を上昇させるに従って、ビッカース硬さは低下するが、500℃での熱処理においても55であり、これは引っ張り強さが約180MPaに相当する。180MPaの引っ張り強さは、電子機器の放熱体として使用するに十分な値である。
また、図7から明らかなように、熱処理を行うことにより、また熱処理温度を上昇させるに従って、熱伝導率は上昇し、400℃では200W/m・Kに達するが、500℃では360℃での値190W/m・Kに低下している。しかし、この190W/m・Kの熱伝導率は、電子機器の放熱体として使用するに十分に高い値である。
FIG. 6 shows the Vickers hardness and FIG. 7 shows the thermal conductivity of the laminated molded bodies of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
As is clear from FIG. 6, the Vickers hardness decreases as the heat treatment is performed and as the heat treatment temperature is increased, but it is 55 even in the heat treatment at 500° C., which means that the tensile strength is about 180 MPa. Equivalent to. A tensile strength of 180 MPa is a sufficient value for use as a radiator for electronic equipment.
Moreover, as is clear from FIG. 7, the thermal conductivity increases as the heat treatment is performed and as the heat treatment temperature is raised, reaching 200 W/m·K at 400° C., but at 500° C., at 360° C. It has dropped to a value of 190 W/m·K. However, this thermal conductivity of 190 W/m·K is a sufficiently high value for use as a radiator for electronic equipment.

Claims (4)

7~20重量%のSi、1.5重量%以下のMg、及総量が0.5重量%以下の不可避不純物からなるアルミニウム合金からなる積層成形体により形成された放熱体であって、共晶Siアルミニウムマトリクス中に不連続の独立形態として存在し、アルミマトリックスに非整合なSi析出物及びMg-Si析出物が存在し、185W/mK以上の熱伝導率及び170MPa以上の引張強さを有することを特徴とするアルミニウム合金積層成形体からなる放熱部品。 A radiator formed of a laminated compact made of an aluminum alloy containing 7 to 20% by weight of Si, 1.5% by weight or less of Mg , and a total amount of 0.5% by weight or less of unavoidable impurities, Crystalline Si exists as a discontinuous independent form in the aluminum matrix, non-matching Si precipitates and Mg-Si precipitates exist in the aluminum matrix, thermal conductivity of 185 W / mK or more and tensile strength of 170 MPa or more A heat dissipating component made of an aluminum alloy laminated molded body, characterized by having: 請求項1に記載された放熱部品の製造方法であって、7~20重量%のSi、1.5重量%以下のMg、及総量が0.5重量%以下の不可避不純物からなるアルミニウム合金粉末を金属積層法により積層成形する工程、及び得られた金属積層成形体を360℃~500℃で加熱し、保持し、共晶Siを積層のまま(as built)材中の網目構造から不連続の独立形態に変換し、Si析出物及びMg-Si析出物をアルミマトリックスに非整合な形態に変換する工程、及び室温まで冷却する工程を具備することを特徴とするアルミニウム合金積層成形体からなる放熱部品の製造方法。 A method for manufacturing a heat dissipating component according to claim 1, wherein the aluminum alloy comprises 7 to 20% by weight of Si, 1.5% by weight or less of Mg , and a total amount of 0.5% by weight or less of unavoidable impurities. A step of laminate-molding the powder by a metal lamination method, heating the obtained metal laminate compact at 360 ° C to 500 ° C and holding it, and removing the eutectic Si from the network structure in the as built material. From an aluminum alloy laminated molded body characterized by comprising a step of converting to a continuous independent form, converting Si precipitates and Mg-Si precipitates into a form inconsistent with the aluminum matrix , and a step of cooling to room temperature A method for manufacturing a heat dissipating component. 前記金属積層成形体を加熱する温度は360℃~450℃であることを特徴とする請求項2に記載のアルミニウム合金積層成形体からなる放熱部品の製造方法。 3. The method for manufacturing a heat dissipating component made of an aluminum alloy laminate compact according to claim 2, wherein the metal laminate compact is heated at a temperature of 360.degree. C. to 450.degree. 前記金属積層成形体を加熱する温度及び保持する時間は、加熱温度を横軸、保持時間を縦軸とする座標において、座標(加熱温度、保持時間)が、 (360℃、6時間)、(360℃、30時間), (400℃、1時間)、(400℃、20時間)、(500℃、0.5時間)、(500℃、10時間)で囲まれた領域内にあることを特徴とする請求項2または3に記載のアルミニウム合金積層成形体からなる放熱部品の製造方法。 The temperature for heating and the time for holding the metal laminate molded body are represented by coordinates (heating temperature, holding time), where the horizontal axis is the heating temperature and the vertical axis is the holding time. 360°C, 30 hours), (400°C, 1 hour), (400°C, 20 hours), (500°C, 0.5 hours), (500°C, 10 hours) 4. A method for manufacturing a heat radiating component comprising the aluminum alloy laminated compact according to claim 2 or 3.
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