KR20220063940A - 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법 - Google Patents

고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법 Download PDF

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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%, 규소(Si) 0.2 내지 0.35wt%, 마그네슘 (Mg) 0.3 내지 0.5wt% 및 잔부로서 알루미늄(Al)을 포함며, 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6 wt% 이상이며, 1.9 wt% 이하를 만족하는 하는 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금이다.

Description

고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법{High strength and high thermal conductive casting Aluminum alloy and the manufacturing method thereof}
본 발명은 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항복강도가 200MPa 이상 고강도 고열전도성 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. 또한, 열전도도가 대략 160W/mK인 주조재의 경우, 항복 강도가 100 내지 150MPa 수준으로 구조용 부품에 사용하기에는 낮은 강도를 가진다.
이와 같이, 열전도도가 향상과 더불어 항복강도가 개선된 알루미늄 합금 주조재의 개발이 요구되고 있다.
고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금에 관한 것으로, 항복강도가 200MPa 이상을 가지고, 동시에 열전도도도 우수한 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시 일 구현예의 고강도 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%, 규소 (Si) 0.2 내지 0.35wt%, 마그네슘 (Mg) 0.3 내지 0.5wt%, 및 잔부로서 알루미늄(Al)으로 구성되어 있다.
상기 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금은 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6 wt% 이상이며, 1.9wt% 이하로 구성되어 있다.
상기 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금은 공정(Eutectic) FeNiAl9 상(相)이 5wt% 이상이다.
상기 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금은 철의 함량은 니켈 함량 이상이다.
상기 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금은 합금 내에서 Al 기지상의 분율은 94 wt% 이상이다.
상기 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금은 망간(Mn)을 0.1 내지 0.4wt%로 더 포함할 수 있다.
상기 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금은 열전도도가 180W/mK 이상이며, 항복강도가 200MPa 이상이다.
상기 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금은 다른 합금 원소를 더 포함할 수 있고, 포함하는 경우에 상기 다른 합금 원소의 함량은 합금 총량 기준 0.5wt% 이하이다.
본 개시 일 구현예의 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금의 제조방법은 알루미늄(Al)을 용해하는 단계; 및 용해된 알루미늄에 철(Fe), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg) 및 규소(Si)를 첨가하여 용탕을 제조하는 용체화 단계; 상기 용탕을 금형에 주입하여 성형하는 단계; 상기 성형체를 시효 열처리하는 단계;를 포함한다.
상기 철(Fe), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg) 및 규소(Si)를 첨가하는 단계;는, 전체 합금 100wt%을 기준으로, 니켈(Ni) 1.0 내지 1.3wt%, 철(Fe) 0.3 내지 0.9wt%, 규소 (Si) 0.2 내지 0.35wt%, 마그네슘 (Mg) 0.3 내지 0.5wt% 및 잔부 알루미늄(Al)을 포함하도록 첨가한다.
상기 철(Fe), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg) 및 규소(Si)를 첨가하는 단계;는 마그네슘 함량이 규소 함량보다 많도록 첨가한다.
상기 용체화 단계는 온도 500 내지 600℃에서 1시간 내지 10시간 동안 이루어진다.
상기 시효 열처리 하는 단계는, 온도 범위 180 내지 200℃에서 3시간 내지 5시간 동안 이루어진다.
상기 시효 열처리 하는 단계는, 온도 범위 220 내지 250℃에서 1시간 내지 3시간 동안 진행된다.
고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금에 관한 것으로, 180W/mK이상 열전도도를 가지며, 항복강도 200MPa 이상인 특성을 가진다.
또한, 본 발명의 합금은 열처리형 강화 합금으로, 열처리 조건을 제어하여 수득되는 합금의 강도 또는 열전도도를 제어할 수 있다.
즉, 본 발명의 알루미늄 합금은 제조 원가 절감과 더불어, 기존의 주조형 알루미늄 합금 대비 향상된 열전도도 및 향상된 강도를 가질 수 있고, 열전도도가 개선됨에 따라 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.
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 고강도 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.
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%, 규소 (Si) 0.2 내지 0.35wt%, 및 마그네슘 (Mg) 0.3 내지 0.5wt% 및 잔부로서 알루미늄(Al)으로 구성된다.
상기 조건을 만족하는 합금은 고강도 및 고열전도성을 가지는 알루미늄 합금이다.
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-Fe계 합금의 미세조직을 나타낸 사진이다. 본 미세조직은 초정상인 알루미늄 기지상과 공정(Eutectic)상인 Al-FeNiAl9 상으로 구성되며, 공정상인 FeNiAl9 상은 경우 도 1에서 어두운 부분으로 표시되어 있다.
상기 합금 내에서 공정(Eutectic) FeNiAl9 상은 5wt% 이상으로 구성된다.
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 분율은 94 wt% 이상 95wt% 이하로 구성된다.
기지 상이란 미세조직을 구성하는 기본 매트릭스 상을 의미한다.
합금 내의 공정(Eutectic) FeNiAl9 상이 증가할수록 전체 합금의 열전도도는 감소하게 된다. 따라서, 180W/mK 이상의 고열전도도를 확보하기 위해서는 Al 기지상의 분율이 94%이상 유지되어야 하며, 이를 위해서는 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.9wt% 이하이어야 한다.
상기 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)은 1.6wt% 이상, 1.9wt% 이하로 구성된다.
1.6wt% 미만인 경우, 공정(Eutectic) FeNiAl9 상분율이 5% 미만이 되어,
금의 유동성 부족으로 인해 제품상에 미충진이 발생하거나 혹은 핫크랙이 발생하게 된다.
또한 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.9wt% 이상인 경우에는 FeNiAl9 생성이 많아짐에 따라 열전도도가 감소하게 된다.
상기 합금 내의 철의 함량은 니켈 함량 이하이다. 철 함량이 니켈 함량을 초과하는 경우, 부가적인 Al3Fe상이 생성되어 열전도도 특성이 저하될 수 있다.
또한 합금 내의 마그네슘 (Mg) 함량은 규소 (Si) 함량보다 많다.
합금에 강도를 부여하기 위하여 마그네슘과 규소를 동시에 첨가하였다. 합금은 열처리 단계를 거치는 경우, Mg2Si 상이 석출되어 강도가 향상된다.
이 때, 마그네슘은 0.3 내지 0.5wt%로 첨가된다. 마그네슘 함량이 너무 적으면 강도 향상 효과가 없고, 반면에 마그네슘이 너무 많이 첨가되면 추가적인 강도 향상 효과 없이 열전도도가 낮아지기 때문에 마그네슘 함량은 상기 범위가 바람직하다.
또한, 규소는 0.2 내지 0.35wt%로 첨가된다. 규소 함량이 너무 적으면 열처리 단계에서 마그네슘과 결합하여 생성되는 Mg2Si 상이 너무 적어 강도 향상 효과가 없고, 반면에 규소 함량이 너무 많으면 추가적인 강도 향상 없이 열전도도가 낮아지기 때문에 규소 함량은 상기 범위가 바람직하다.
특히, 규소의 경우 Mg2Si 상을 형성하고 잔류하는 경우에는 열전도도가 급격하게 낮아지기 때문에, 마그네슘 함량보다 적게 첨가되어야 한다. 구체적으로 마그네슘에 비하여 0.1wt% 이상 적게 첨가되어야 여분의 규소에 의한 열전도도 저하를 막을 수 있다.
본 발명 일 실시예에 따른 합금의 항복강도는 [표3] 실시예에 기재된 바와 같이 200MPa 이상이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합금의 열전도도는 [표3] 실시예에 기재된 바와 같이 180W/mK 이상이다.
이와 같이, 본 발명은 우수한 항복강도 및 열전도도를 가지는 것으로, 이를 적용한 부품 및 장치의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 합금은 망간(Mn)을 0.1 내지 0.4wt% 포함한다.
망간(Mn)은 Fe 및 기타 원소(특히, Cu 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 포함한다.
상기 다른 합금 원소는 알루미늄(Al), 니켈(Ni). 및 철(Fe)이외의 합금 원소를 의미한다.
구체적으로, 상기 다른 합금 원소는 구리(Cu)이다.
상기 다른 합금 원소의 함량은 합금 총량 기준 0.5wt% 이하이다.
상기 범위를 만족하는 경우, 다른 합금 원소에 함유에 따른 열전도도 저하를 회피할 수 있다.
상기 합금 내의 구리(Cu)함량이 0wt%이상, 0.2wt% 이하로 첨가될 수 있다.
상기 함량 범위를 초과하는 경우, 합금의 열전도도가 저하될 수 있다.
이하, 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조방법에 대하여 설명한다. 앞서 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금에서 설명한 내용과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법
본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법은 알루미늄을 용해하는 단계 및 용해된 알루미늄에 철(Fe), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg) 및 규소(Si)를 첨가하여 용탕을 제조하는 용체화 단계; 상기 용탕을 금형에 주입하여 성형하는 단계; 상기 성형체를 시효 열처리하는 단계;를 포함한다.
먼저 알루미늄을 용해시킨 후에 철(Fe), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg) 및 규소(Si)를 첨가하는 경우, 알루미늄에 고용도가 낮은 철(Fe), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg) 및 규소(Si)를 안정적으로 합금화하여 편석을 방지하고, 용해 속도를 높힐 수 있어 제조시간을 단축할 수 있다.
구체적으로, 순수한 알루미늄을 용해시킨 후, 철(Fe), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg) 및 규소(Si)를 소량씩 첨가하여 용탕을 제조한다.
그러나, 이는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 개시하는 것이고, 알루미늄에 철(Fe), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg) 및 규소(Si)를 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%, 규소 (Si) 0.2 내지 0.35wt%, 마그네슘 (Mg) 0.3 내지 0.5wt% 및 잔부 알루미늄(Al)을 포함하도록 첨가하는 것일 수 있다.
상기 마그네슘 함량은 규소 함량보다 많이 첨가된다. 이에 대한 구체적인 설명은 상기 제조된 합금 설명과 같다.
상기 용체화 단계는 온도 500 내지 600℃에서 1시간 내지 10시간 동안 이루어지는 것일 수 있다. 바람직하게는 온도 530 내지 540℃에서 4 시간 내지 6 시간 동안 이루어지는 것일 수 있다.
상기 시효 열처리하는 단계는 얻고자 하는 최종 합금 제품의 물성에 따라 그 조건을 달리할 수 있다.
먼저, 항복강도 230MPa 이상으로 높은 강도가 필요한 경우에 시효 열처리는 150℃ 이상 내지 200℃ 이하에서 3시간 이상 내지 7시간 이하 동안 진행될 수 있다. 바람직하게는 항복강도 230MPa 이상인 높은 강도가 필요한 경우에 시효 열처리는 180℃ 이상 내지 200℃ 이하에서 3시간 이상 내지 5시간 이하 동안 진행될 수 있다.
반면, 항복강도는 200 MPa 이상 230MPa 미만이지만 높은 열전도도 (약 180W/mK 이상)이 요구되는 경우에 시효 열처리는 200℃ 초과 내지 250℃ 이하에서 1시간 이상 내지 3시간 이하 동안 진행될 수 있다. 바람직하게는 높은 열전도도가 요구되는 경우에 시효 열처리는 220℃ 초과 내지 250℃ 이하에서 1시간 이상 내지 3시간 이하 동안 진행될 수 있다.
즉 본 개시의 주조용 알루미늄 합금은 성형 후 추가의 열처리 공정을 거쳐 원하는 특징을 가질 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 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 　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 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. 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6wt% 미만인 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. 니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6wt% 이상인 도 8, 및 도 9의 경우, 제품 미충진 또는 핫크랙 등의 주조성 문제 없이 제품을 제조할 수 있음을 확인하였다.
실험예 3 : Mg, Si 첨가에 따른 강도 및 열전도도 평가
표 3는 Mg, Si 첨가에 따른 강도 및 열전도도 변화를 정리한 것이다.
하기 표 3의 조성이 되도록 용융된 Al에 Ni, Fe, Mg, Si를 첨가하여 용탕을 제조하는 용체화 단계를 수행하였다. 이때 용체화 단계는 온도 535℃에서 6시간 동안 수행하였다. 이어서 용융된 용탕을 성형하여 성형체를 형성하고 시효 열처리를 수행하였다. 시효 열처리 단계는 온도 230℃에서 2시간 동안 수행하였다.
구분 함량비(wt%) Mg>Si 여부 열전도도
(W/mK)		 항복강도
(MPa)
Al Ni Fe Mg Si
비교예 3-1 잔부 1.1 0.8 0.25 0.15 O 195 120
실시예 3-1 잔부 1.1 0.8 0.3 0.2 O 191 200
실시예 3-2 잔부 1.1 0.8 0.4 0.3 O 188 210
실시예 3-3 잔부 1.1 0.8 0.5 0.35 O 183 225
비교예 3-2 잔부 1.1 0.8 0.55 0.35 O 173 260
비교예 3-3 잔부 1.1 0.8 0.5 0.4 O 166 265
비교예 3-4 잔부 1.1 0.8 0.5 0.5 X 160 265
강도를 위하여 마그네슘과 규소를 동시에 첨가하였다. 마그네슘과 규소는 알루미늄 합금 용탕에 함께 첨가되고, 시효 열처리 시에 Mg2Si 상을 석출시키며 강도를 향상시키는 역할을 한다.
상기 표 3의 실시예 3-1 내지 3-3과 같이, 마그네슘(Mg)의 함량은 0.3 내지 0.5wt%, 실리콘의 함량은 0.2 내지 0.35wt% 가 첨가되어야 180W/mK의 열전도도와 동시에 200MPa 이상의 항복강도를 가질 수 있음을 알 수 있다.
반면 비교예 3-1과 같이, 마그네슘이 0.3wt% 미만 또는 Si가 0.2wt% 미만으로 첨가되면 항복강도 강화 효과가 없음을 알 수 있었다. 또한, 비교예 3-2와 같이, 마그네슘이 0.5wt%이상 첨가되는 경우에는 항복강도가 강화되는 대신 열전도도가 매우 열위해짐을 알 수 있었다. 그리고, 비교예 3-3 또는 비교예 3-4와 같이, Si가 0.35wt% 초과하여 첨가되거나, 마그네슘보다 적게 들어가지 않은 경우에는 항복강도가 강화되는 대신에 열전도도가 매우 급격하게 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
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 (14)

  1. Al-Ni-Fe계 합금으로서,
    전체 합금 100wt%을 기준으로,
    니켈(Ni) 1.0 내지 1.3wt%,
    철(Fe) 0.3 내지 0.9wt%,
    규소 (Si) 0.2 내지 0.35wt%,
    마그네슘 (Mg) 0.3 내지 0.5wt%, 및
    잔부로서 알루미늄(Al)을 포함하며,
    니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6 wt% 이상이며, 1.9 wt% 이하를 만족하는, 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  2. 제1항에 있어서,
    마그네슘 함량이 규소 함량보다 많으며,
    철의함량은 니켈함량 이하로 구성되는
    고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  3. 제1항에 있어서
    합금 내에서 공정(Eutectic) FeNiAl9 상(相,phase) 5wt% 이상인,
    고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  4. 제1항에 있어서,
    합금 내에서 Al 기지상의 분율이 94 wt% 이상인,
    고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  5. 제1항에 있어서,
    망간(Mn) 0.1 내지 0.4wt%를 더 포함하는,
    고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에서,
    합금의 열전도도는 180W/mK 이상인,
    고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  7. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에서,
    합금의 항복강도는 200MPa 이상인,
    고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금.
  8. 제1항 또는 2항의 알루미늄 합금으로 이루어진 자동차용 열교환기.
  9. 전체 합금 100wt%을 기준으로,
    니켈(Ni) 1.0 내지 1.3wt%,
    철(Fe) 0.3 내지 0.9wt%,
    규소 (Si) 0.2 내지 0.35wt%,
    마그네슘 (Mg) 0.3 내지 0.5wt%, 및
    잔부로서 알루미늄(Al)을 포함하며,
    니켈과 철 함량의 합(Ni+Fe)이 1.6 wt% 이상이며, 1.9 wt% 이하로 구성된
    Al-ni-Fe계 합금에 있어서,
    알루미늄(Al)을 용해하는 단계; 및
    용해된 알루미늄에 철(Fe), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg) 및 규소(Si)를 첨가하여 용탕을 제조하는 용체화 단계;
    상기 용탕을 금형에 주입하여 성형하여 성형체를 제조하는 단계;
    상기 성형체를 시효 열처리하는 단계;를 포함하는
    고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    마그네슘 함량이 규소 함량보다 많으며,
    철의 함량은 니켈함량 이하로 구성되는
    고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    용체화 단계는 온도 500 내지 600℃에서 1시간 내지 10시간 동안 이루어지는, 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    시효 열처리 하는 단계는, 온도 범위 180 내지 200℃에서 3시간 내지 5시간 동안 이루어지는, 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    시효 열처리 하는 단계는, 온도 범위 220 내지 250℃에서 1시간 내지 3시간 동안 이루어지는, 고강도 고열전도성 주조용 알루미늄 합금 제조 방법.
  14. 제9항 또는 10항의 알루미늄 제조방법으로 구성된 자동차용 열교환기의 제조 방법.
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