KR20220055767A - 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법 - Google Patents

고열전도성 주조용 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20220055767A
KR20220055767A KR1020200140202A KR20200140202A KR20220055767A KR 20220055767 A KR20220055767 A KR 20220055767A KR 1020200140202 A KR1020200140202 A KR 1020200140202A KR 20200140202 A KR20200140202 A KR 20200140202A KR 20220055767 A KR20220055767 A KR 20220055767A
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Abstract

본 발명은 Al-Ni-Fe계 합금으로서, 전체 합금 100wt%을 기준으로, 니켈(Ni) 1.0~1.3wt%, 철(Fe) 0.3~0.9wt%, 및 잔부로서 알루미늄(Al)을 포함하는 고열전도성 주조용 알루미늄 합금이다.

Description

고열전도성 주조용 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법{High thermal conductive casting Aluminum alloy and the manufacturing method thereof}
본 발명은 고열전도성 주조용 알루미늄 합금에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 200W/mK이상 열전도도를 가지는 주조용 알루미늄 합금에 관한 것이다.
히트싱크 등과 같이 발열체와 접촉하여 열을 빠르게 전달해야 하는 자동차용 부품에는 고열전도 알루미늄 합금이 사용된다.
순 알루미늄(Al)이 열전도도가 가장 높긴 하나, 기계적 성질 및 생산성이 좋지 않아 널리 사용되지는 않는다.
그대신 기본적인 주조성 및 최소한의 물성을 확보하는 차원에서 첨가 원소를 최소화한 합금들이 고열전도 합금으로 사용되고 있는데, 압출재 및 주조재로 구분할 수 있다.
압출재는 열전도도가 우수하나, 소재 가격이 비싸고, 주조성이 열위하기 때문에 부품 제조시 원가 높은 문제가 있다. 주조재의 경우 열전도도가 대략 160W/mK으로 열전도 특성이 열위하거나, 핫크랙 특성이 열위한 문제가 있다. 열전도도가 대략 160W/mK인 주조재의 경우, 압출재 대비 방열 특성이 20%이상 떨어지는 수준이다.
이와 같이, 열전도도가 향상과 더불어 핫크랙 특성이 개선된 알루미늄 합금 주조재의 개발이 요구되고 있다.
고열전도성 주조용 알루미늄 합금에 관한 것으로, 200W/mK이상 열전도도를 가지고, 동시에 핫크랙 특성이 우수한 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고열전도성 주조용 알루미늄 합금은 Al-Ni-Fe계 합금으로서, 전체 합금 100wt%을 기준으로, 니켈(Ni) 1.0 내지 1.3wt%, 철(Fe) 0.3 내지 0.9wt%, 및 잔부로서 알루미늄(Al)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6 wt% 이상인 것일 수 있다.
상기 합금 내에서 공정(Eutectic) FeNiAl9 상은 5wt% 이상인 것일 수 있다.
상기 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.9 wt% 이하인 것일 수 있다.
상기 철의 함량은 니켈 함량 이하인 것일 수 있다.
상기 합금 내에서 Al 기지상의 분율이 94 wt% 이상인 것일 수 있다.
상기 합금의 열전도도는 200W/mK 이상인 것일 수 있다.
상기 합금은 망간(Mn) 0.1 내지 0.4wt%를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 합금의 열전도도는 205W/mK 이상인 것일 수 있다.
상기 합금은 다른 합금 원소를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 다른 합금 원소의 함량은 합금 총량 기준 0.5wt% 이하인 것일 수 있다. 상기 다른 합금 원소는 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 및 실리콘(Si)를 포함하는 군에서 선택된 1 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 구리(Cu)함량이 합금 총량 기준 0.2wt% 이하인 것일 수 있다.
상기 마그네슘(Mg) 함량이 합금 총량 기준 0.3wt% 이하인 것일 수 있다.
상기 실리콘(Si) 함량이 합금 총량 기준 0.3wt% 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법은 알루미늄을 용해하는 단계 및 용해된 알루미늄에 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가하는 단계는, 전체 합금 100wt%을 기준으로, 니켈(Ni) 1.0 내지 1.3wt%, 철(Fe) 0.3 내지 0.9wt%, 및 잔부 알루미늄(Al)을 포함하도록 첨가하는 것인 것일 수 있다.
상기 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가하는 단계는, 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6 내지 1.9 wt% 로 첨가하는 것인 것일 수 있다.
상기 제조된 합금은 공정(Eutectic)상 FeNiAl9의 분율이 5wt% 이상인 것일 수 있다.
상기 제조된 합금은 Al 기지상의 분율이 94 wt% 이상인 것일 수 있다.
상기 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가하는 단계는, 전체 합금 100 wt%을 기준으로, 구리(Cu)함량이 0.2wt% 이하인 것일 수 있다.
상기 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가하는 단계는, 전체 합금 100 wt%을 기준으로, 마그네슘(Mg) 함량이 0.3wt% 이하인 것일 수 있다.
상기 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가하는 단계는, 전체 합금 100 wt%을 기준으로, 실리콘(Si) 함량이 0.3wt% 이하인 것일 수 있다.
고열전도성 주조용 알루미늄 합금에 관한 것으로, 200W/mK이상 열전도도를 가지며, 개선된 핫크랙 특성을 가진다.
또한, 본 발명의 합금은 특별한 열처리가 없어도 최대 열전도도를 얻을 수 있는 비열처리형 합금으로써, 추가적인 공정 비용을 절감할 수 있다.
즉, 본 발명의 알루미늄 합금은 제조 원가 절감과 더불어, 기존의 주조형 알루미늄 합금 대비 120%의 열전도도 향상, 및 이에 따른 냉각효율 증대를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Ni-Fe계 합금의 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 2는 니켈(Ni) 함량 1.0wt%인 경우, 철(Fe)의 함량에 따른 공정(Eutectic) FeNiAl9 상 분율을 나타내는 그래프이다.
도 3는 니켈(Ni) 함량 1.1wt%인 경우, 철(Fe)의 함량에 따른 공정(Eutectic) FeNiAl9 상 분율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 니켈(Ni) 함량 1.2wt%인 경우, 철(Fe)의 함량에 따른 공정(Eutectic) FeNiAl9 상 분율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 니켈(Ni) 함량 1.3wt%인 경우, 철(Fe)의 함량에 따른 공정(Eutectic) FeNiAl9 상 분율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 비교예 2의 FeNiAl9 상분율이 5wt% 미만인 경우, 주조품의 실제 사진을 나타낸다.
도 7은 비교예 2의 FeNiAl9 상분율이 5wt% 미만인 경우, 주조품의 실제 사진을 나타낸다.
도 8은 실시예 2의 FeNiAl9 상분율이 5wt% 이상인 경우, 주조품의 실제 사진을 나타낸다.
도 9는 실시예 2의 FeNiAl9 상분율이 5wt% 이상인 경우, 주조품의 실제 사진을 나타낸다.
도 10은 구리(Cu) 함량에 따른 알루미늄(Al) 기지 상분율을 나타낸 그래프이다.
도 11은 마그네슘(Mg) 함량에 따른 알루미늄(Al) 기지 상분율을 나타낸 그래프이다.
도 12은 규소(Si) 함량에 따른 알루미늄(Al) 기지 상분율을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법은 필요에 따라 제시된 과정들 외에 추가적인 과정을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서 다른 합금 원소를 더 포함하는 것의 의미는 다른 원소의 추가량만큼 잔부인 알루미늄(Al)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
고열전도성 주조용 알루미늄 합금
본 발명은 Al-Ni-Fe계 합금이다.
본 발명 Al-Ni-Fe계 합금은 전체 합금 100wt%을 기준으로, 니켈(Ni) 1.0~1.3wt%, 철(Fe) 0.3~0.9wt%, 및 잔부로서 알루미늄(Al)을 포함하는 것 일 수 있다.
상기 조건을 만족하는 합금은 고열전도성, 및 우수한 주조성을 가지는 알루미늄 합금일 수 있다.
니켈(Ni)과 철(Fe)의 첨가는 고열전도 특성을 유지하면서 순수한 알루미늄 대비 우수한 주조성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Al-Ni-Fe-Mn계 합금의 미세조직을 나타낸 사진이다. 본 미세조직은 초정상인 알루미늄 수지상과 공정상인 Al-FeNiAl9 상으로 구성되며, 공정상인 FeNiAl9 상의 경우 도 1에서 어두운 부분으로 나타나며, 미세한 섬유상 구조를 갖는다.
상기 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6wt% 이상인 것일 수 있다.
구체적으로, 1.7wt%, 1.8wt% 또는 1.9wt% 이상일 수 있다.
상기 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)은 1.9wt% 이하일 수 있다.
구체적으로, 1.8wt%, 1.7wt% 또는 1.6wt% 이하일 수 있다.
상기 합금 내에서 공정(Eutectic) FeNiAl9 상은 5wt% 이상인 것일 수 있다.
알루미늄, 니켈, 및 철은 합금 내에서 공정(Eutectic) FeNiAl9 상을 생성한다. 상기 니켈과 철 함량의 합 범위를 만족하는 경우, 공정(Eutectic) FeNiAl9 상이 최소 5wt% 이상 생성될 수 있다.
합금 내에서 공정(Eutectic) FeNiAl9 상이 최소 5wt% 이상 존재하여야 충분한 주조성을 확보할 수 있다.
상기 합금 내에서 Al 기지상의 분율이 94 wt% 이상인 것일 수 있다.
상기 합금 내에서 Al 기지상의 분율은 95wt% 이하인 것일 수 있다.
기지 상이란 미세조직을 구성하는 기본 매트릭스 상을 의미한다.
합금 내의 공정(Eutectic) FeNiAl9 상이 증가할수록 전체 합금의 열전도도는 감소하게 된다. 따라서, 200W/mK 이상의 고열전도도를 확보하기 위해서는 Al 기지상의 분율이 94%이상 유지되어야 하며, 이를 위해서는 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.9 이하이어야 한다.
상기 합금 내의 철의 함량은 니켈 함량 이하인 것일 수 있다. 철 함량이 니켈 함량을 초과하는 경우, 부가적인 Al3Fe상이 생성되어 열전도도 특성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합금의 열전도도는 200W/mK 이상인 것일 수 있다. 구체적으로 201W/mK, 204W/mK, 205W/mK, 207W/mK, 209W/mK, 210W/mK, 211W/mK, 215W/mK, 또는 217W/mK 이상일 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 우수한 열전도도를 가지는 것으로, 이를 적용한 부품 및 장치의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합금의 열전도도는 230W/mK 이하인 것일 수 있다. 구체적으로 225W/mK, 220W/mK, 217W/mK, 또는 210W/mK 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 합금은 망간(Mn)을 0.1 내지 0.4wt% 포함하는 것일 수 있다.
망간(Mn)은 Fe 및 기타 원소(특히, Cu, Si 등)와 결합하여, 이들 원소의 고용을 억제하고, 추가적인 열전도도 향상 효과를 얻을 수 있다. 더불어, 경도 향상을 통해 가공성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른일 실시예에 따른 합금은 다른 합금 원소를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 다른 합금 원소는 알루미늄(Al), 니켈(Ni). 및 철(Fe)이외의 합금 원소를 의미한다.
구체적으로, 상기 다른 합금 원소는 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 및 실리콘(Si)을 포함하는 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 다른 합금 원소의 함량은 합금 총량 기준 0.5wt% 이하인 것일 수 있다.
상기 범위를 만족하는 경우, 다른 합금 원소에 함유에 따른 열전도도 저하를 회피할 수 있다.
상기 합금 내의 구리(Cu)함량이 0.3 wt% 미만인 것일 수 있다. 구체적으로, 구리 함량의 상한은 0.25 wt% 이하, 0.2 wt% 이하, 0.15 wt% 이하, 0.1 wt% 이하 또는 0.05 wt% 이하일 수 있고, 구리 함량의 하한은 0 wt% 이상, 0 wt% 초과, 0.05 wt% 이상, 0.1 wt% 이상, 0.15 wt% 이상 또는 0.2 wt% 이상일 수 있다.
상기 합금 내의 구리(Cu)함량이 0.2wt% 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 0 내지 0.2wt%일 수 있다.
상기 합금 내의 마그네슘(Mg) 함량이 0.45 wt% 이하일 수 있다. 구체적으로, 마그네슘 함량의 상한은 0.4 wt% 이하, 0.35 wt% 이하, 0.3 wt% 이하, 0.25 wt% 이하, 0.2 wt% 이하, 0.15 wt% 이하, 0.1 wt% 이하, 0.05 wt% 이하일 수 있고, 마그네슘 함량의 하한은 0 wt% 이상, 0 wt% 초과, 0.05 wt% 이상, 0.1 wt% 이상, 0.15 wt% 이상, 0.2 wt% 이상, 0.25 wt% 이상 또는 0.3 wt% 이상일 수 있다.
상기 합금 내의 마그네슘(Mg) 함량이 0.3wt% 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 0 내지 0.3wt%일 수 있다.
상기 합금 내의 실리콘(Si) 함량이 0.33 wt% 이하일 수 있다. 구체적으로, 실리콘(Si) 함량의 상한은 0.3 wt% 이하, 0.25 wt% 이하, 0.2 wt% 이하, 0.15 wt% 이하, 0.1 wt% 이하, 0.05 wt% 이하일 수 있고, 실리콘(Si) 함량의 하한은 0 wt% 이상, 0 wt% 초과, 0.05 wt% 이상, 0.1 wt% 이상, 0.15 wt% 이상, 0.2 wt% 이상, 또는 0.25 wt% 이상일 수 있다.
상기 합금 내의 실리콘(Si) 함량이 0.3wt% 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 0 내지 0.3wt%일 수 있다.
상기 함량 범위를 초과하는 경우, 합금의 열전도도가 저하될 수 있다.
이하, 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조방법에 대하여 설명한다. 앞서 고열전도성 주조용 알루미늄 합금에서 설명한 내용과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법
본 발명의 일 실시예에 따른 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법은 알루미늄을 용해하는 단계 및 용해된 알루미늄에 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
먼저 알루미늄을 용해시킨 후에 철(Fe), 및 니켈(Ni)을 첨가하는 경우, 알루미늄에 고용도가 매우 낮은 철(Fe), 및 니켈(Ni)을 안정적으로 합금화하여 편석을 방지하고, 용해 속도를 높힐 수 있어 제조시간을 단축할 수 있다.
구체적으로, 순수한 알루미늄을 용해시킨 후, 철(Fe), 및 니켈(Ni)을 소량씩 첨가하여 제조하는 것일 수 있다.
그러나, 이는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 개시하는 것이고, 알루미늄에 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가한 후, 용융하여, 합금을 제조하는 것을 제외하는 것은 아니다.
상기 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가하는 단계는, 전체 합금 100wt%을 기준으로, 니켈(Ni) 1.0~1.3wt%, 철(Fe) 0.3~0.9wt%, 및 잔부 알루미늄(Al)을 포함하도록 첨가하는 것일 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1 : 주조성과 고열전도도를 만족하는 니켈(Ni)과 철(Fe)의 함량 평가
도 2, 도 3, 도 4, 및 도 5는 주조성과 고열전도도를 동시에 만족시키기 위한 니켈(Ni) 함량에 따른 철(Fe)의 함량 구간을 나타난 그래프이다. 우수한 주조성을 얻기 위해서는 최소 5wt% 이상의 공정(Eutectic) FeNiAl9 상을 확보해야 한다.
하지만, 이와 동시에 고열전도 특성을 얻기 위해서는 Al 기지 상분율 역시 최소 94wt% 이상 되어야 하며, 이를 바탕으로 니켈(Ni) 함량별 철(Fe) 함량을 구한 결과가 표 1과 같다.
구분 함량비(wt%) Ni+Fe 함량
(wt%)		 FeNiAl9 상
(wt%)		 Al 기지
(wt%)
Al Ni Fe 함량 구간
실시예 1-1 잔부 1 0.6~0.9 1.6~1.9 5~6 94~95
실시예 1-2 잔부 1.1 0.5~0.8 1.6~1.9
실시예 1-3 잔부 1.2 0.4~0.7 1.6~1.9
실시예 1-4 잔부 1.3 0.3~0.6 1.6~1.9
실험예 2 : 공정(Eutectic) FeNiAl9 상분율에 따른 주조성 평가
표 2는 공정(Eutectic) FeNiAl9 상분율에 따른 주조성 결과를 정리한 것이다.
FeNiAl9
상분율 		화학성분 (wt%) 주조성 평가 결과
구분 Al Ni Fe Ni+Fe
5wt% 미만
(비교예2)		 비교예 2-1 잔부 1 　0.3 　1.3 1.3~1.5 유동성 부족에 의한 미충진 또는 제품상에 핫크랙이 다수 생성됨
비교예 2-2 잔부 1.1 　0.3 　1.4
비교예 2-3 잔부 1.2 　0.2 1.4
비교예 2-4 잔부 1.3 　0.2 　1.5
5wt% 이상
(실시예2)		 실시예 2-1 잔부 1 0.6 1.6 1.6~1.9 충진 및 크랙
문제 없음
실시예 2-2 잔부 1.1 0.6 1.7
실시예 2-3 잔부 1.2 0.6 1.8
실시예 2-4 잔부 1.3 0.6 1.9
니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6wt% 미만인 경우, 공정(Eutectic) FeNiAl9 상분율은 5wt% 미만이 된다.
도 6, 및 도 7은 각각 비교예 2-1, 및 비교예 2-4 샘플의 사진이다. 도 6 및 도 7의 경우, 합금의 유동성 부족으로 인해 제품에 미충진이 발생하거나, 핫크랙이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6wt% 이상인 경우, 5wt% 이상의 공정(Eutectic) FeNiAl9 상이 생성된다.
도 8 및 도 9는 각각 실시예 2-1, 및 실시예 2-4 샘플의 사진이다. 도 8, 및 도 9의 경우, 제품 미충진 또는 핫크랙 등의 주조성 문제 없이 제품을 제조할 수 있음을 확인하였다.
실험예 3 : 알루미늄 기지 상분율에 따른 열전도도 평가
표 3는 알루미늄 기지 상분율에 따른 열전도도 변화를 정리한 것이다.
구분 함량비(wt%) Al 기지 상분율(wt%) 열전도도
Al Ni Ni+Fe (W/mK)
실시예 3-1 잔부 1 1.7 94.71 215
실시예 3-2 잔부 1 1.8 94.39 210
실시예 3-3 잔부 1 1.9 94.07 204
비교예 3-1 잔부 1 2 93.76 197
실시예 3-4 잔부 1.3 1.7 94.74 217
실시예 3-5 잔부 1.3 1.8 94.42 211
실시예 3-6 잔부 1.3 1.9 94.11 205
비교예 3-2 잔부 1.3 2 93.79 198
니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 증가하면 Al 기지 상분율이 낮아지면서 열전도도가 저하되는 현상이 발생하게 된다.
따라서, 전신재 수준인 200W/mK이상의 고열전도 특성을 얻기 위해서는 최소 94wt%이상의 Al 기지 상분율을 확보해야 하며, 이를 위해서는 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.9wt% 이하로 관리해야 한다.
실험예 4: 망간 첨가에 따른 열전도도 변화 평가
표 4는 망간 첨가에 따른 열전도도 변화를 나타낸다.
구분 함량비(wt%) 열전도도
Al Ni Ni+Fe Mn (W/mK)
비교예 4-1 잔부 1 1.9 0 204
비교예 4-2 잔부 1 1.9 0.05 204
실시예 4-1 잔부 1 1.9 0.1 209
실시예 4-2 잔부 1 1.9 0.2 210
실시예 4-3 잔부 1 1.9 0.3 209
실시예 4-4 잔부 1 1.9 0.4 207
비교예 4-3 잔부 1 1.9 0.5 201
망간의 경우, Fe 이외에 불가피하게 알루미늄 합금에 첨가되는 Cu, Si 등과 결합해서 열전도도를 추가적으로 향상시키는 역할을 할 수 있다.
표 4에서 알 수 있듯이, 망간(Mn)이 0.1wt% 이상 들어가면 열전도도 향상 효과가 나타난다.
그러나, 망간(Mn)이 0.4wt% 초과해서 들어가는 경우, 오히려 열전도도를 저하시키는 문제가 발생한다.
더불어, 망간(Mn)은 합금의 표면 경도 향상 효과도 가지고 있어서, 합금의 가공성을 개선시키는 효과가 있다.
실험예 5 : 기타 합금 원소가 Al 기지상 분율에 미치는 영향 평가
도 10, 도 11, 및 도 12는 기타 합금 원소인 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 및 실리콘(Si) 각각의 함량에 따른 Al 기지상 분율을 나타낸 것이다.
구리(Cu), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si) 등 일반적인 알루미늄 합금에서 사용되는 강화 원소들은 도 10, 도 11, 및 도 12에서 보는 바와 같이 Al-Ni-Fe계 합금에서의 알루미늄 기지 상분율을 낮춰서 열전도도를 저하시킨다.
따라서, 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si)은 각각 아래 함량을 만족할 것이 요구된다.
① 구리(Cu) : 0.2 wt% 이하
② 마그네슘(Mg) : 0.4wt% 이하
③ 실리콘(Si) : 0.3wt% 이하
④ 불순물 총 함량 규제 : 0.5wt% 이하일 것.
이와 같이, 본 발명의 Al-Ni-Fe계 합금은 전신재 대비 제조 원가 절감과 더불어, 기존의 주조형 알루미늄 합금 대비 120%의 열전도도 향상, 및 이에 따른 냉각효율 증대가 가능함을 알 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (19)

  1. Al-Ni-Fe계 합금으로서,
    전체 합금 100wt%을 기준으로,
    니켈(Ni) 1.0 내지 1.3wt%,
    철(Fe) 0.3 내지 0.9wt%, 및
    잔부로서 알루미늄(Al)을 포함하는,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  2. 제1항에 있어서,
    니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6 wt% 이상인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  3. 제1항에 있어서,
    합금 내에서 공정(Eutectic) FeNiAl9 상은 5wt% 이상인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  4. 제1항에 있어서,
    니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.9 wt% 이하인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  5. 제1항에 있어서,
    철의 함량은 니켈 함량 이하인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  6. 제1항에 있어서,
    합금 내에서 Al 기지상의 분율이 94 wt% 이상인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에서,
    합금의 열전도도는 200W/mK 이상인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  8. 제1항에 있어서,
    망간(Mn) 0.1 내지 0.4wt%를 더 포함하는,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  9. 제8항에 있어서,
    합금의 열전도도는 205W/mK 이상인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  10. 제1항에 있어서,
    다른 합금 원소를 더 포함하고,
    상기 다른 합금 원소의 함량은 합금 총량 기준 0.5wt% 이하인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  11. 제6항에 있어서,
    구리(Cu)함량이 0.2wt% 이하인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  12. 제6항에 있어서,
    마그네슘(Mg) 함량이 0.3wt% 이하인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  13. 제6항에 있어서,
    실리콘(Si) 함량이 0.3wt% 이하인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  14. 알루미늄을 용해하는 단계; 및
    용해된 알루미늄에 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가하는 단계;를 포함하는,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가하는 단계는,
    전체 합금 100wt%을 기준으로, 니켈(Ni) 1.0 내지 1.3wt%, 철(Fe) 0.3 내지 0.9wt%, 및 잔부 알루미늄(Al)을 포함하도록 첨가하는 것인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법.
  16. 제16항에 있어서,
    상기 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가하는 단계는,
    니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6 내지 1.9 wt% 로 첨가하는 것인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법.

  17. 제17항에 있어서,
    상기 제조된 합금은 공정(Eutectic)상 FeNiAl9의 분율이 5wt% 이상인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제조된 합금은 Al 기지상의 분율이 94 wt% 이상인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 철(Fe) 및 니켈(Ni)을 첨가하는 단계는,
    전체 합금 100 wt%을 기준으로,
    구리(Cu)함량 0.2wt% 이하,
    마그네슘(Mg) 함량 0.3wt% 이하, 및
    실리콘(Si) 함량 0.3wt% 이하를 만족하는 것인,
    고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU663936B2 (en) * 1992-08-05 1995-10-26 Denso Corporation Aluminum alloy fin material for heat-exchanger
JP3197251B2 (ja) * 1998-09-22 2001-08-13 カルソニックカンセイ株式会社 熱交換器用犠牲防食アルミニウム合金、および熱交換器用高耐食性アルミニウム合金複合材
US10822675B2 (en) * 2015-03-06 2020-11-03 NanoAL LLC High temperature creep resistant aluminum superalloys
CN107022698A (zh) * 2016-02-02 2017-08-08 中兴通讯股份有限公司 一种高导热压铸铝合金及其制备方法
KR20220063940A (ko) * 2020-11-11 2022-05-18 현대자동차주식회사 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법

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