KR101209546B1

KR101209546B1 - 고방열 고강도 알루미늄 합금

Info

Publication number: KR101209546B1
Application number: KR1020110132091A
Authority: KR
Inventors: 김목순
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2012-12-07

Abstract

본 발명은 망간(Mn) 0.8 ～ 2.2 중량%; 및 규소(Si) 0.1 ～ 0.9 중량%;를 함유하며 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금에 관한 것이다.
본 발명에서 제공하는 알루미늄 합금은 방열성과 강도가 매우 우수하여 방열소재로 응용 가능하며, 전기/전자디바이스 패키징용 재료, 파워디바이스용 주변재료, 열교환기용 재료로서, 전기자동차, 하이브리드차, 가솔린차 등의 수송기기 분야, 태양광 발전 등의 에너지 분야, 가전 분야, 산업기기 분야, 조명 분야 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.

Description

고방열 고강도 알루미늄 합금 {High Heat-Dissipating and High Strength Aluminum Alloys}

본 발명은 고방열 고강도 알루미늄 합금에 관한 것이다.

텔레비전, 라디오, 컴퓨터, 의료 기구, 사무기계, 통신 장치 등, 최근의 전자기기의 회로 설계는 복잡성이 증가하고 있다. 예를 들면, 이들 및 그 밖의 기기를 위해 트랜지스터 수십만개 상당분을 내포하는 집적회로가 제조되게 되었다. 이와 같이 설계의 복잡성이 증가하고 있다. 한편으로, 보다 소형의 전자부품이 제조되고, 점점 축소한 디바이스 면적에 이러한 부품의 개수를 더욱 증대시켜 삽입하는 능력이 향상하고 있는 동시에, 디바이스의 치수는 계속해서 소형화하고 있다.

이 때문에, 각 부품에서 발생한 열에 의해 고장 또는 기능불량이 생기는 것으로, 전자부품에서 발생한 열을 효과적으로 방산시키는 방법이 필요로 되고 있다.

또한, 자동차, 가전 및 산업용 열교환기 분야에도 고방열화, 고강도화, 경량화의 요구가 증대하고 있다.

한편 알루미늄은 경량 고방열 금속으로 널리 알려져 있어, 집적회로의 기판 및 열교환기용 소재 등으로 널리 사용되었으나, 기계적 강도에 있어 한계가 있다. 이 같은 한계를 극복하기 위해 여러 합금이 제안되었으나 방열성과 강도성을 동시에 크게 향상시키는 합금에 대해서는 제안되고 있지 아니하고 있다.

본 발명은 고방열 고강도 알루미늄 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 해결하기 위해 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ～ 2.2 중량%; 및 규소(Si) 0.1 ～ 0.9 중량%;를 함유하며 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.

본 발명에서 제공하는 알루미늄 합금은 방열성과 강도가 매우 우수하여 방열소재로 응용 가능하며, 전기/전자디바이스 패키징용 재료, 파워디바이스용 주변재료, 열교환기용 재료로서, 전기자동차, 하이브리드차, 가솔린차 등의 수송기기 분야, 태양광 발전 등의 에너지 분야, 가전 분야, 산업기기 분야, 조명 분야 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.

본 발명은 망간(Mn) 0.8 ～ 2.2 중량%; 및 규소(Si) 0.1 ～ 0.9 중량%;를 함유하며 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금에 관한 것이다.

알루미늄 내에 망간과 규소가 공존하면 방열성과 강도를 동시에 확보할 수 있는 효과가 있다. 망간이 0.8 중량% 미만에서는 방열성과 강도를 동시에 향상시키는 효과가 충분하지 않으며, 2.2 중량%를 초과하면 조대한 화합물이 생성되어 가공성을 저하시키므로 0.8 ～ 2.2 중량% 범위가 적절하다. 규소는 0.1 중량% 미만에서는 방열성과 강도를 동시에 향상시키는 효과가 충분하지 않으며, 0.9 중량%를 초과하면 조대한 화합물이 생성되어 가공성을 저하시키므로 0.1 ～ 0.9 중량% 범위가 적절하다.

상기 알루미늄 합금에 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 철(Fe), 지르코늄(Zr), 크롬(Cr) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이 추가로 포함될 수 있다.

상기 마그네슘은 0.01 ～ 1.5 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 1.5 중량%를 초과하여 포함될 시 방열성이 저하될 수 있다.

상기 구리 및 철에서 선택되는 1종 이상의 금속은 각각 0.01 ～ 1.0 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 구리가 1.0 중량%를 초과하여 포함될 시 방열성이 저하될 수 있으며, 철이 1.0 중량% 초과하여 포함될 시 조대한 화합물이 생성되어 가공성을 저하시킬 우려가 있다.

상기 지르코늄, 크롬 및 티타늄에서 선택되는 1종 이상의 금속은 각각 0.01 ～ 0.5 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 지르코늄, 크롬, 티타늄이 0.5 중량% 초과하여 포함될 시 조대한 화합물이 생성되어 가공성을 저하시킬 우려가 있다.

더욱 구체적으로 상기 지르코늄은 0.1 ～ 0.5 중량%로 포함될 수 있다.

본 발명에 의해 얻어진 알루미늄 합금에 대해 강도 등의 기계적 성질을 더욱 향상시키기 위하여, 압연, 압출, 단조 등의 소성가공 혹은 소성가공과 열처리의 복합처리(H12, H24, H34 처리 등)를 행하거나, 시효처리(T4, T6, T651 처리 등)를 행할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 하나, 하기한 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것은 아님을 이해하여야만 할 것이다.

실시예 1 ～ 16

하기 표 1에 나타낸 조성의 알루미늄 합금 잉곳을 균질화 처리, 압연, 소둔하여 두께가 1.5 mm인 판재를 제조하였다. 각 조성의 판재로부터 인장 시험편을 채취하여 실온에서 인장 시험을 실시하였다.

인장 시험에 의해 얻어진 응력-변형률 곡선으로부터 0.2% 소성 변형률에서의 응력값을 항복강도로 취하였다.

전열성능은 열전도도에 의해 지배되며, 금속재료의 경우 열전도도는 전기전도도에 비례하는 것으로 알려져 있다. 또한 전기전도도는 비저항의 역수로부터 구할 수 있음이 알려져 있다. 이에 따라 전열성능을 평가하기 위하여 실온에서 비저항을 측정하였으며, 비저항 값의 역수를 전기전도도로 취하였다.

하기 표 1에서 보듯이, 본 발명의 실시예 1 ～ 16은 항복강도가 60 MPa 이상이고, 전기전도도가 20 MS/m 이상으로, 우수한 강도와 전기전도도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

구 분	합금조성									항복강도 (MPa)	전기전도도(MS/m)
구 분	Mn	Si	Mg	Cu	Fe	Zr	Cr	Ti	Al	항복강도 (MPa)	전기전도도(MS/m)
실시예 1	1.4	0.9	-	-	-	-	-	-	잔부	71	29.5
실시예 2	1.2	0.7	0.5	-	-	-	-	-	잔부	125	30.1
실시예 3	1.5	0.8	-	0.2	-	-	-	-	잔부	84	29.8
실시예 4	0.8	0.7	-	-	0.7	-	-	-	잔부	95	30.7
실시예 5	1.3	0.6	-	-	-	0.3	-	-	잔부	102	32.5
실시예 6	1.7	0.8	-	-	-	-	0.2	-	잔부	97	25.6
실시예 7	1.2	0.4	-	-	-	-	-	0.3	잔부	103	24.9
실시예 8	1.0	0.8	0.5	-	0.9	-	-	-	잔부	138	24.8
실시예 9	2.2	0.8	-	0.1	-	0.1	-	-	잔부	104	21.5
실시예 10	1.5	0.8	-	-	0.2	0.1	0.1	-	잔부	118	32.1
실시예 11	1.0	0.1	0.1	-	0.1	-	0.1	0.2	잔부	93	21.7
실시예 12	1.1	0.8	1.0	-	0.2	-	-	-	잔부	130	29.0
실시예 13	1.2	0.5	0.9	-	-	0.3	-	-	잔부	190	26.0
실시예 14	1.3	0.7	1.0	-	-	-	0.4	-	잔부	148	24.7
실시예 15	1.2	0.8	1.5	-	0.5	0.2	-	-	잔부	173	26.9
실시예 16	1.2	0.6	1.0	-	0.2	-	0.1	0.1	잔부	154	29.7

비교예 1 ～ 10

하기 표 2에 나타낸 조성의 알루미늄 합금 잉곳을 상기 실시예와 동일한 방법으로 균질화 처리, 압연, 소둔하여 두께가 1.5 mm인 판재를 제조하였다. 각 조성의 판재에 대해 상기 실시예와 동일한 방법으로 항복강도 및 전기전도도를 구하였다.

하기 표 2에서 보듯이, 본 발명의 조건을 벗어나는 알루미늄 합금은, 고방열 고강도 알루미늄 합금으로서 충분한 성능을 갖지 못한다. 비교예 1은 망간 함유량이 적어서, 비교예 2는 규소 함유량이 적어서, 항복강도가 60 MPa에 미치지 못할 만큼 작았다. 비교예 3은 망간 함유량이 너무 많아서, 비교예 4는 규소 함유량이 많아서, 건전한 판재를 얻을 수 없어, 시편 채취가 곤란하였다. 비교예 5는 마그네슘 함유량이 너무 많아서, 비교예 6은 구리 함유량이 너무 많아서, 전기전도도가 20 MS/m에 미치지 못할 만큼 작았다. 비교예 7은 철 함유량이 많아서, 비교예 8은 지르코늄 함유량이 많아서, 비교예 9는 크롬 함유량이 많아서, 비교예 10은 티타늄 함유량이 많아서, 건전한 판재를 얻을 수 없어, 시편 채취가 곤란하였다.

구 분	합금조성									항복강도(MPa)	전기전도도(MS/m)
구 분	Mn	Si	Mg	Cu	Fe	Zr	Cr	Ti	Al	항복강도(MPa)	전기전도도(MS/m)
비교예 1	0.7	0.3	-	-	-	-	-	-	잔부	43	33.6
비교예 2	1.2	0.07	-	-	-	-	-	-	잔부	52	29.1
비교예 3	2.4	0.7	-	-	-	-	-	-	잔부	X^*	X
비교예 4	1.9	1.1	-	-	-	-	-	-	잔부	X	X
비교예 5	1.3	0.2	1.8	-	-	-	-	-	잔부	74	19.7
비교예 6	1.2	0.3	-	1.2	-	-	-	-	잔부	82	19.2
비교예 7	1.2	0.7	-	-	1.3	-	-	-	잔부	X	X
비교예 8	1.8	0.5	-	-	-	0.7	-	-	잔부	X	X
비교예 9	1.7	0.8	-	-	-	-	0.6	-	잔부	X	X
비교예 10	1.5	0.6	-	-	-	-	-	0.6	잔부	X	X
* : X 는 시료채취가 불가능한 경우임

Claims

망간(Mn) 0.8 ～ 2.2 중량%;
규소(Si) 0.1 ～ 0.9 중량%; 및
마그네슘(Mg) 0.6 ～ 1.5 중량%를 필수성분으로 함유하며,
구리(Cu) 0.01 ～ 1.0 중량%, 철(Fe) 0.01 ～ 1.0 중량%, 지르코늄(Zr) 0.01 ～ 0.5 중량%, 크롬(Cr) 0.01 ～ 0.5 중량%, 및 티타늄(Ti) 0.01 ～ 0.5 중량% 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이 추가로 포함되어 있고,
잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 고방열 및 고강도의 알루미늄 합금.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
망간(Mn) 0.8 ～ 2.2 중량%,
규소(Si) 0.1 ～ 0.9 중량%,
마그네슘(Mg) 0.6 ～ 1.5 중량%, 및
철(Fe) 0.01 ～ 1.0 중량%를 함유하며,
잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금.
제 1항에 있어서,
망간(Mn) 0.8 ～ 2.2 중량%,
규소(Si) 0.1 ～ 0.9 중량%, 및
마그네슘(Mg) 0.6 ～ 1.5 중량%를 필수성분으로 함유하며,
지르코늄(Zr) 0.01 ～ 0.5 중량% 및 크롬(Cr) 0.01 ～ 0.5 중량%로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이 추가로 포함되어 있으며,
잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 지르코늄이 0.1 ～ 0.5 중량%로 포함된 알루미늄 합금.
제 4 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금에 지르코늄(Zr) 0.1 ～ 0.5 중량%, 크롬(Cr) 0.01 ～ 0.5 중량%, 및 티타늄(Ti) 0.01 ～ 0.5 중량%로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.