KR20220141725A - Aluminum alloy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 알루미늄 합금에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기계부품이나 전기 및 전자제품에 사용되는 주조용이나 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum alloy, and more particularly, to an aluminum alloy for casting or die casting used in mechanical parts or electrical and electronic products.
통상, 알루미늄은 가벼우면서 주조가 용이하며 다른 금속과 잘 합금되고 상온 및 고온가공이 용이하며, 전기 및 열의 전도성이 좋아 산업 전반에서 널리 사용되고 있다. 특히 최근에는 자동차 및 전자제품 등의 연비향상 또는 중량 절감 등을 위하여 알루미늄에 다른 금속을 혼합한 알루미늄 합금이 많이 사용된다.In general, aluminum is light and easy to cast, is well alloyed with other metals, is easy to process at room temperature and high temperature, and has good electrical and thermal conductivity, so it is widely used throughout the industry. In particular, in recent years, aluminum alloys in which aluminum is mixed with other metals are widely used to improve fuel efficiency or reduce weight of automobiles and electronic products.
특히 알루미늄은 철강 다음으로 많이 사용되고 있는 금속으로서, 가볍고 내식성과 가공성이 좋으며 전기 및 열전도도가 높을 뿐만 아니라 Cu, Mg, Si, Zn, Mn, Ni 등의 소재와 함께 다양한 종류의 고강도, 고내식성 합금을 만들어 항공기, 가정용품, 건축, 차량, 기계, 전기 등 가정과 산업 전분야에 걸쳐 사용될 수 있다.In particular, aluminum is the second most used metal after steel. It is light, has good corrosion resistance and workability, and has high electrical and thermal conductivity, as well as various types of high strength and corrosion resistance alloys along with materials such as Cu, Mg, Si, Zn, Mn, and Ni. It can be used in all fields of home and industry, such as aircraft, household appliances, construction, vehicles, machinery, and electricity.
이러한 알루미늄 합금으로 제품을 제조하는 방법으로서 다이캐스팅(die casting) 방법이 많이 사용되는데, 다이캐스팅은 필요한 주조형상에 맞추어 정확하게 기계가공된 금형에 용융금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법이다. As a method of manufacturing a product from such an aluminum alloy, a die casting method is widely used. Die casting is a precision casting method in which molten metal is injected into a mold precisely machined according to the required casting shape to obtain the same casting as the mold.
이와 같은 다이캐스팅 방법에 따르면, 생산되는 제품의 치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없고 기계적 성질이 우수하며, 대량생산이 가능하고 생산 비용이 저렴하기 때문에 높은 양산성을 가지고 자동차부품, 전기기기, 광학기기, 계측기 등 여러 분야에서 가장 많이 이용되고 있는 실정이다.According to this die-casting method, since the dimensions of the product to be produced are accurate, there is little need for finishing, and the mechanical properties are excellent. It is the most widely used in various fields such as instruments and measuring instruments.
또한, 알루미늄 다이캐스팅 제품의 경우 양산성이 우수하여, 특히 자동차 부품 등에 많이 적용되고 있다. 그러나 다이캐스팅 공법은 공정 중 제품 내 가스 혼입이 되어 제품 내 결함으로 존재하며, 이에 따라 신율이 낮아지는 단점이 있다. In addition, in the case of aluminum die-casting products, the mass productivity is excellent, and in particular, they are widely applied to automobile parts and the like. However, the die casting method has a disadvantage in that gas is mixed in the product during the process and exists as a defect in the product, and thus the elongation is lowered.
한편, 종래의 알루미늄 합금이 다이캐스팅 공정에서 90% 이상을 차지할 정도로 높은 활용도를 보이고 있으나, A383 등과 같은 종래의 알루미늄 합금은 최근 에 전자부품의 소형화 및 집적화에 따른 방열 효율에 대한 시장요구에 뒤처지고 있는 실정이다.On the other hand, the conventional aluminum alloy shows a high degree of utilization, accounting for more than 90% in the die casting process, but the conventional aluminum alloy such as A383 has recently been lagging behind the market demand for heat dissipation efficiency due to the miniaturization and integration of electronic components. to be.
최근 이러한 시장요구에 부합하기 위해 관련된 기술들이 개발되고 있으나, 종래 기술들은 기계적 강도나 방열효율을 향상시킬 수는 있지만 유동성이 현저하게 열악해지는 문제점도 있었다.Recently, related technologies have been developed to meet these market demands, but the prior technologies may improve mechanical strength or heat dissipation efficiency, but also have a problem in that fluidity is remarkably poor.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 알루미늄에 실리콘, 철, 마그네슘을 최적의 조성비로 첨가시켜 일반합금이나 상용합금 보다 우수한 전기전도성과 성형성 및 열전도성을 보유하여 이를 통해서 방열 특성을 필요로 하는 다양한 부품에 사용할 수 있는 알루미늄 합금을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention has been devised to solve the problems of the prior art, and by adding silicon, iron, and magnesium to aluminum in an optimal composition ratio, it has superior electrical conductivity, formability and thermal conductivity than general alloys or commercial alloys. An object of the present invention is to provide an aluminum alloy that can be used for various parts that require heat dissipation properties through it.
또한, 본 발명은 철과 마그네슘의 성분비를 제한하고 구리와 망간을 더 포함함으로써, 종래의 알루미늄 합금에 비해 열전도 특성과 방열 특성을 더욱 향상시키는 동시에 주조성도 더 향상시킬 수 있는 알루미늄 합금을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. In addition, the present invention is to provide an aluminum alloy capable of further improving the castability while further improving the heat conduction and heat dissipation properties compared to the conventional aluminum alloy by limiting the composition ratio of iron and magnesium and further including copper and manganese for another purpose.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 알루미늄 합금으로서, 전체 총량에 대해서, 8.0∼9.0 중량%의 실리콘(Si); 0.35∼0.55 중량%의 철(Fe); 0.02∼0.3 중량%의 마그네슘(Mg); 0.001∼0.2 중량%의 구리(Cu); 0.001∼0.2 중량%의 망간(Mn); 0.001∼0.2 중량%의 아연(Zn); 0.001∼0.2 중량%의 티타늄(Ti); 0.001∼0.2 중량%의 칼슘(Ca); 0.001∼0.2 중량%의 주석(Sn); 0.001∼0.2 중량%의 인(P); 0.001∼0.2 중량%의 크롬(Cr); 0.001∼0.2 중량%의 지르코늄(Zr); 0.001∼0.2 중량%의 니켈(Ni); 0.001∼0.1 중량%의 스트론튬(Sr); 0.001∼0.01 중량%의 바나듐(V); 및 잔부의 알루미늄(Al);을 포함하고, 30∼40 %IACS의 전기전도도와, 25∼200℃의 온도에서 145∼165 W/mK의 열전도도를 가지는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, as an aluminum alloy, based on the total amount, 8.0 to 9.0 wt% of silicon (Si); 0.35 to 0.55% by weight of iron (Fe); 0.02-0.3% by weight of magnesium (Mg); 0.001 to 0.2 wt % of copper (Cu); 0.001 to 0.2 wt % of manganese (Mn); 0.001 to 0.2% by weight of zinc (Zn); 0.001 to 0.2 wt % of titanium (Ti); 0.001-0.2% by weight of calcium (Ca); 0.001-0.2 wt% of tin (Sn); 0.001 to 0.2% by weight of phosphorus (P); 0.001 to 0.2% by weight of chromium (Cr); 0.001 to 0.2% by weight of zirconium (Zr); 0.001 to 0.2% by weight of nickel (Ni); 0.001 to 0.1% by weight of strontium (Sr); 0.001 to 0.01% by weight of vanadium (V); and the remainder of aluminum (Al); characterized in that it has an electrical conductivity of 30-40% IACS and a thermal conductivity of 145-165 W/mK at a temperature of 25-200°C.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 알루미늄에 실리콘, 철, 마그네슘을 최적의 조성비로 첨가시켜 일반합금이나 상용합금 보다 우수한 전기전도성과 성형성 및 열전도성을 보유하여 이를 통해서 방열 특성을 필요로 하는 다양한 부품에 사용할 수 있는 효과를 제공한다.As described above, the present invention has excellent electrical conductivity, formability, and thermal conductivity than general alloys or commercial alloys by adding silicon, iron, and magnesium to aluminum in an optimal composition ratio, and through this, various types requiring heat dissipation properties. Provides an effect that can be used on a part.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 알루미늄 합금의 열전도 성능의 측정상태를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 알루미늄 합금의 열전도 성능을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 알루미늄 합금의 방열 성능의 측정상태를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 알루미늄 합금의 방열 성능을 나타내는 그래프.1 is a configuration diagram showing a measurement state of the heat conduction performance of an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the thermal conductivity of the aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a configuration diagram showing a measurement state of the heat dissipation performance of the aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the heat dissipation performance of the aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 알루미늄 합금의 열전도 성능의 측정상태를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 알루미늄 합금의 열전도 성능을 나타내는 그래프이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 알루미늄 합금의 방열 성능의 측정상태를 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 알루미늄 합금의 방열 성능을 나타내는 그래프이다.1 is a configuration diagram showing the measurement state of the heat conduction performance of the aluminum alloy according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a graph showing the heat conduction performance of the aluminum alloy according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is this It is a configuration diagram showing the measurement state of the heat dissipation performance of the aluminum alloy according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a graph showing the heat dissipation performance of the aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 의한 알루미늄 합금은, 기계부품이나 전기 및 전자제품에 사용되는 주조용이나 다이캐스팅용 알루미늄 합금으로서, 실리콘(Si), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 망간(Mn), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 칼슘(Ca), 주석(Sn), 인(P), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 스트론튬(Sr), 바나듐(V) 및 알루미늄(Al)과 일부 불순물 등을 포함하여 이루어진 알루미늄 합금이다.The aluminum alloy according to this embodiment is an aluminum alloy for casting or die casting used in mechanical parts or electrical and electronic products, and is silicon (Si), iron (Fe), magnesium (Mg), copper (Cu), manganese ( Mn), zinc (Zn), titanium (Ti), calcium (Ca), tin (Sn), phosphorus (P), chromium (Cr), zirconium (Zr), nickel (Ni), strontium (Sr), vanadium ( V) and an aluminum alloy including aluminum (Al) and some impurities.
실리콘(Si)은, 전체 총중량에 대해 8.0∼9.0 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 유동성과 강도를 향상시키는 성분이며, 실리콘(Si)이 9.0 중량%를 초과하면 침상의 Si 금속간화합물을 형성하여 신율을 저감시키고, 8.0 중량% 미만이면 유동성과 강도 향상이 미미하기 때문이다.Silicon (Si) is a component composed of 8.0 to 9.0 wt% based on the total weight, and is a component that improves fluidity and strength. When silicon (Si) exceeds 9.0 wt%, a needle-like Si intermetallic compound is formed. This is because the elongation is reduced, and if it is less than 8.0 wt%, the fluidity and strength improvement are insignificant.
또한, 이러한 실리콘(Si)이 알루미늄 합금에 사용되는 경우에는, 응고시간(Solidification Time)이 길어지고, 액화온도(liquidus temperature)가 감소됨에 따라, 알루미늄 합금의 주조성이 향상된다. In addition, when such silicon (Si) is used in the aluminum alloy, the solidification time (Solidification Time) becomes longer, and as the liquidus temperature is reduced, the castability of the aluminum alloy is improved.
또한, 석출된 실리콘(pure Si)은 마찰 저항을 향상시킬 수 있고, 알루미늄 합금의 총 중량 대비 8.0∼9.0 중량%로 포함되어 알루미늄 합금의 유동성, 주조성, 열전도성, 인장강도를 향상시키게 된다.In addition, precipitated silicon (pure Si) can improve friction resistance, and is included in 8.0 to 9.0% by weight relative to the total weight of the aluminum alloy to improve fluidity, castability, thermal conductivity, and tensile strength of the aluminum alloy.
철(Fe)은, 전체 총중량에 대해 0.3∼0.7 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 주조 후 대부분 Al3Fe 등의 금속간화합물로 정출되기 때문에 알루미늄에 첨가되어 알루미늄의 열전도도의 저하를 최소화시키면서 강도를 증가시킬 수 있고, 동시에 다이캐스팅에 의하여 알루미늄 합금 제품을 성형할 때에 금형소착을 줄일 수 있다. Iron (Fe) is a component composed of 0.3 to 0.7% by weight based on the total weight, and is added to aluminum because most of it is crystallized as an intermetallic compound such as Al 3 Fe after casting to minimize the decrease in the thermal conductivity of aluminum and strength can increase, and at the same time, it is possible to reduce mold burning when forming an aluminum alloy product by die casting.
이러한 철(Fe)은 알루미늄 합금 총 중량 대비 0.35∼0.55 중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 상기 알루미늄 합금의 열전도도가 저하되지 않고, 주조품에 기공이 발생하는 것을 방지하면서도 강도를 향상시킬 수 있다.Such iron (Fe) may be included in an amount of 0.35 to 0.55% by weight based on the total weight of the aluminum alloy, and the thermal conductivity of the aluminum alloy is not lowered within the above range, and the strength can be improved while preventing the occurrence of pores in the casting. have.
또한, 철(Fe)은 고착성을 방지하고 강도를 향상하는 것으로, 합금의 총중량 대비 0.4∼0.5 중량% 범위 내에서 포함하는 것이 좋다. 즉, 철(Fe)이 0.5 중량% 초과이면 내식성의 저하와 침전물을 발생시키고, 0.4 중량% 미만이면 본래의 목적을 달성할 수가 없다. 따라서 철(Fe)은 고착성 방지와 강도 향상 및 내식성을 지닐 수 있도록 0.4∼0.5 중량%로 포함시키는 것이 가장 바람직하다.In addition, iron (Fe) is to prevent sticking and improve strength, and it is preferable to include it within the range of 0.4 to 0.5 wt % based on the total weight of the alloy. That is, if iron (Fe) is more than 0.5 wt%, corrosion resistance is lowered and precipitates are generated, and if it is less than 0.4 wt%, the original purpose cannot be achieved. Therefore, it is most preferable to include iron (Fe) in an amount of 0.4 to 0.5 wt % to prevent sticking, improve strength, and have corrosion resistance.
또한, 철(Fe)은 합금의 밀도를 증가시켜 강도 향상에 기여할 수 있고, 점착성 감소를 통한 탈형 성능 향상을 위한 전형적인 성분이고, 재결정립의 조대화를 억제하고 주조시 결정립을 미세화하는데 효과가 있는 성분이기는 하나 그 양 조절이 어려울 뿐만 아니라 합금화 효과가 미미하고, 연성을 저하시킬 수 있으므로, 알루미늄 내에 첨가될 수 있는 불순물로써 0.7 중량% 이상 함유되면 소재의 부식을 초래할 수도 있다.In addition, iron (Fe) can contribute to strength improvement by increasing the density of the alloy, and is a typical component for improving demolding performance through reduction in adhesion, suppressing coarsening of recrystallized grains, and refining grains during casting. Although it is a component, it is difficult to control the amount, and the alloying effect is insignificant, and ductility may be reduced. As an impurity that can be added to aluminum, if it is contained in an amount of 0.7 wt % or more, corrosion of the material may occur.
마그네슘(Mg)은, 전체 총중량에 대해 0.02∼0.3 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 알루미늄 합금의 주조성을 향상시키고 고용, 석출 강화 효과에 따라서 기계적 물성을 향상시키며, 열전도도에도 영향을 부여하게 된다. Magnesium (Mg) is a component composed of 0.02 to 0.3% by weight based on the total weight, and improves the castability of the aluminum alloy, improves mechanical properties according to the solid solution and precipitation strengthening effect, and also affects the thermal conductivity.
예를 들어, 이러한 마그네슘(Mg)은 실리콘(Si)과 결합하여 Mg2Si로 석출되어 기계적 성질에 영향을 미치며, 마그네슘과 결합하고 남은 잔류 실리콘은 단독으로 석출되어 기계적 성질 및 강도를 향상시킨다. For example, magnesium (Mg) is combined with silicon (Si) to precipitate as Mg 2 Si to affect mechanical properties, and residual silicon remaining after bonding with magnesium is precipitated alone to improve mechanical properties and strength.
마그네슘(Mg)은 치밀한 표면 산화층(MgO)을 급격하게 성장시켜 내부 부식을 방지하고 강도를 향상하는 것으로, 합금의 총중량 대비 0.02∼0.3 중량%의 범위 내에서 포함하는 것이 좋다. Magnesium (Mg) is to prevent internal corrosion and improve strength by rapidly growing a dense surface oxide layer (MgO), and it is preferable to include it within the range of 0.02 to 0.3 wt% based on the total weight of the alloy.
즉, 마그네슘(Mg)이 0.3 중량%로 초과이면 유동성이 저하되어 복잡한 형상의 제조가 어렵고, 0.02 중량% 미만이면 본래의 목적을 달성할 수가 없다. 따라서 마그네슘(Mg)은 내부식성과 강도향상 및 적절한 유동성을 위해서 0.02∼0.3 중량%로 포함시키는 것이 가장 적절하다.That is, when magnesium (Mg) exceeds 0.3% by weight, fluidity is lowered, making it difficult to manufacture a complicated shape, and when it is less than 0.02% by weight, the original purpose cannot be achieved. Therefore, it is most appropriate to include magnesium (Mg) in an amount of 0.02 to 0.3 wt % for corrosion resistance and strength improvement and proper fluidity.
또한, 마그네슘(Mg)은 알루미늄 합금 총 중량 대비 0.2∼0.3 중량%로 포함될 수 있고, 이러한 범위에서 알루미늄 합금의 강도를 향상시키면서도 부식저항을 상승시키게 되며, 내식성, 강도 및 연신율을 향상시키고, 경량화와 피삭성을 향상시키는 것도 가능함은 물론이다.In addition, magnesium (Mg) may be included in 0.2 to 0.3% by weight relative to the total weight of the aluminum alloy, and in this range, the strength of the aluminum alloy is improved while the corrosion resistance is increased, corrosion resistance, strength and elongation are improved, and weight reduction and Of course, it is also possible to improve the machinability.
구리(Cu)는, 전체 총중량에 대해 0.001∼0.2 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 알루미늄 합금의 경도, 강도, 부식 저항에 영향을 미치게 되며, 상기 범위 내에서 알루미늄 합금의 부식 저항을 감소시키지 않으면서도 강도를 향상시킬 수 있게 된다.Copper (Cu), as a component consisting of 0.001 to 0.2% by weight based on the total weight, affects the hardness, strength, and corrosion resistance of the aluminum alloy, and does not reduce the corrosion resistance of the aluminum alloy within the above range. strength can be improved.
구리(Cu)는 경화 효과에 따른 합금의 강도를 향상하는 것으로, 합금의 총중량 대비 0.001∼0.2 중량%의 범위 내에서 포함시키는 것이 좋다. 즉, 구리가 0.001중량% 미만에서는 강도 개선의 효과가 저하되고, 0.2 중량%로 초과이면 내식성이 저하된다. Copper (Cu) improves the strength of the alloy according to the hardening effect, and it is preferable to include it in the range of 0.001 to 0.2 wt% based on the total weight of the alloy. That is, if the copper content is less than 0.001% by weight, the effect of improving strength decreases, and if it exceeds 0.2% by weight, the corrosion resistance decreases.
또한, 구리(Cu)의 함량은 0.2 중량% 이하로 조절할 수 있고, 구리(Cu)는 경도 향상과 석출경화를 통한 강도 및 연성 향상에 기여하고, 또한 내부식 특성을 향상시키는데 기여할 수 있으며, 용탕의 유동성을 개선하고 강도를 향상시키기는 하나, 내식성을 저하시키며, 용접성을 떨어뜨릴 수 있으므로, 상술한 니켈(Ni) 및 철(Fe)과 마찬가지로 알루미늄 내에 첨가될 수 있는 불순물로써 0.2 중량%을 초과 함유되면 소재의 부식을 초래할 수도 있다.In addition, the content of copper (Cu) can be adjusted to 0.2 wt % or less, and copper (Cu) contributes to improvement of hardness and strength and ductility through precipitation hardening, and can also contribute to improving corrosion resistance, molten metal Although it improves the fluidity and strength of the alloy, it lowers corrosion resistance and may deteriorate weldability, so it is an impurity that can be added to aluminum like nickel (Ni) and iron (Fe) above 0.2 wt %. If contained, it may cause corrosion of the material.
망간(Mn)은, 0.001∼0.2 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 알루미늄 합금의 총 중량 대비 0.001∼0.2 중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 상기 알루미늄 합금의 부식저항 및 인장강도를 향상시킬 수 있다.Manganese (Mn), as a component consisting of 0.001 to 0.2 wt %, may be included in 0.001 to 0.2 wt % relative to the total weight of the aluminum alloy, and within the above range, corrosion resistance and tensile strength of the aluminum alloy can be improved. have.
망간(Mn)은 내식성을 증진하고 고온에서 연화 저항을 크게 하며 표면처리 특성을 개선하는 것으로, 망간(Mn)이 0.2 중량% 초과이면 주조성이 저하되고, 0.001 중량% 미만이면 본래의 목적을 달성할 수가 없고 따라서 망간(Mn)은 내식성과 연화저항 및 표면처리 그리고 주조성을 모두 향상할 수 있도록 0.001∼0.2 중량%로 포함시키는 것이 바람직하다.Manganese (Mn) promotes corrosion resistance, increases softening resistance at high temperatures, and improves surface treatment properties. If manganese (Mn) exceeds 0.2 wt%, castability is reduced, and if less than 0.001 wt%, the original purpose is achieved. Therefore, it is preferable to include manganese (Mn) in an amount of 0.001 to 0.2 wt % to improve corrosion resistance, softening resistance, surface treatment, and castability.
또한, 망간(Mn)은 내식성 증진을 위한 것으로 일정 정도의 고온에서 연화 저항을 크게 하고 표면처리 특성을 개선하는 기능을 할 수 있고, 망간(Mn)의 소량 첨가 시에는 내식성은 별로 약화시키지 않으면서, 고용강화 효과 및 미세 석출물 분산 효과를 통하여 강도 개선에 기여할 수도 있게 된다.In addition, manganese (Mn) is for improving corrosion resistance, and can function to increase softening resistance and improve surface treatment characteristics at a certain high temperature. , it is possible to contribute to the improvement of strength through the solid solution strengthening effect and the fine precipitate dispersion effect.
아연(Zn)은, 0.001∼0.2 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 알루미늄 합금의 주조성 및 전기화학 특성을 향상시키고, 고용, 석출 강화 효과에 의해 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. Zinc (Zn), as a component consisting of 0.001 to 0.2 wt %, may improve castability and electrochemical properties of an aluminum alloy, and may improve mechanical properties by solid solution and precipitation strengthening effects.
이러한 아연(Zn)은, 알루미늄 합금 총 중량 대비 0.001∼0.2 중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 상기 알루미늄 합금의 주조성, 전기화학 특성 및 인장 강도를 향상시킬 수 있다.The zinc (Zn) may be included in an amount of 0.001 to 0.2 wt % based on the total weight of the aluminum alloy, and the castability, electrochemical properties, and tensile strength of the aluminum alloy may be improved within the above range.
또한, 아연(Zn)은 내식성과 강도향상을 위한 것이며, 아연의 첨가량이 0.2 중량%를 초과하는 경우, 용접성, 내식성 등의 물성이 저하될 수 있고, 아연(Zn)은 시효 경화를 통하여 강도 향상에 기여할 수도 있다.In addition, zinc (Zn) is for corrosion resistance and strength improvement, and when the addition amount of zinc exceeds 0.2 wt%, physical properties such as weldability and corrosion resistance may decrease, and zinc (Zn) improves strength through age hardening may contribute to
티타늄(Ti)은, 0.001∼0.2 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 티타늄은 석출경화 열처리에 의하여 Al3Ti 등의 금속간 화합물로 알루미늄기지 금속에 석출되어 기계적 물성 및 부식 저항을 향상시킬 수 있고, 알루미늄에 합금의 결정립 미세화를 가능하게 하며, 주조재의 크랙을 방지할 수 있다. Titanium (Ti) is a component composed of 0.001 to 0.2 wt%, and titanium is precipitated on an aluminum base metal as an intermetallic compound such as Al 3 Ti by precipitation hardening heat treatment to improve mechanical properties and corrosion resistance, It enables grain refinement of alloys in aluminum and prevents cracks in the cast material.
티타늄(Ti)은 알루미늄 합금 총 중량 대비 0.001∼0.2 중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 상기 알루미늄 합금의 주조성을 저하시키지 않으면서, 기계적 물성 및 부식 저항을 향상시킬 수 있다.Titanium (Ti) may be included in an amount of 0.001 to 0.2 wt % based on the total weight of the aluminum alloy, and may improve mechanical properties and corrosion resistance without degrading the castability of the aluminum alloy within the above range.
또한, 티타늄(Ti)은 입자 미세화에 효과가 있는 성분으로서, 0.2 중량%를 초과하게 되면 TiAl3 등의 크고 거친 금속간 화합물을 다량 생산하여, 합금의 기계적 특성을 저하시키는 문제점이 있고, 티타늄은 결정립 미세화를 통하여 성형성 및 강도 향상에 기여할 수 있다.In addition, titanium (Ti) is a component effective for particle refinement, and when it exceeds 0.2 wt %, large and coarse intermetallic compounds such as TiAl 3 are produced in large amounts, thereby reducing the mechanical properties of the alloy, and titanium is It can contribute to improve formability and strength through grain refinement.
칼슘(Ca)은, 0.001∼0.2 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 알루미늄 합금에 칼슘(Ca)을 첨가함으로써, 경도 및 인장강도와 신장을 향상시키게 되고, 이와 같이 칼슘(Ca)의 첨가에 의해 판형 실리콘(Si)의 구형화가 진행되기 때문이다.Calcium (Ca) is a component composed of 0.001 to 0.2 wt%, and by adding calcium (Ca) to the aluminum alloy, hardness, tensile strength, and elongation are improved. This is because the spheroidization of silicon (Si) proceeds.
주석(Sn)은, 0.001∼0.2 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 베어링 및 부싱 등 마찰이 수반되는 기계부품의 윤활성을 향상시킬 수 있고, 이러한 주석은 상기 알루미늄 합금의 총 중량 대비 0.001∼0.2 중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 상기 알루미늄 합금의 열전도도를 감소시키지 않으면서도 주조품의 기계적 물성을 향상시킬 수 있게 된다.Tin (Sn) is a component composed of 0.001 to 0.2 wt %, and can improve the lubricity of mechanical parts accompanied by friction, such as bearings and bushings, and such tin is 0.001 to 0.2 wt % based on the total weight of the aluminum alloy. It may be included, and it is possible to improve the mechanical properties of the casting without reducing the thermal conductivity of the aluminum alloy within the above range.
인(P)은, 0.001∼0.2 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 인(P)은 알루미늄의 정련 및 주조 과정에서 혼입되기 쉬운 불순물이며, 함유량이 많아지면 기계적 성질을 저하시키므로 함유량이 적을수록 유리하게 되므로, 알루미늄의 정련 및 주조 과정에서의 혼입이 불가피할 경우, 인(P)은 0.2 중량% 미만인 것이 바람직하다.Phosphorus (P) is a component composed of 0.001 to 0.2 wt %. Phosphorus (P) is an impurity that is easily incorporated during the refining and casting process of aluminum. Therefore, when mixing of aluminum is unavoidable in the refining and casting process, phosphorus (P) is preferably less than 0.2% by weight.
또한, 다량의 인(P)이 포함되면, 용탕 내에서 공정 실리콘(Si)의 미세화 작용을 효과적으로 얻지 못하게 하기 때문에 인(P)의 함량은 0.001∼0.2 중량%가 바람직하다.In addition, when a large amount of phosphorus (P) is included, the content of phosphorus (P) is preferably 0.001 to 0.2 wt %, since it is impossible to effectively obtain the refining action of eutectic silicon (Si) in the molten metal.
크롬(Cr)은, 0.001∼0.2 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 내식성을 향상하는 것으로, 합금의 총중량 대비 0.001∼0.2 중량%의 범위 내에서 포함하는 것이 바람직하다.Chromium (Cr), as a component consisting of 0.001 to 0.2 wt %, improves corrosion resistance, and is preferably included in the range of 0.001 to 0.2 wt % based on the total weight of the alloy.
즉, 크롬(Cr)이 0.2 중량% 초과이면 강도가 저하되고, 0.001 중량% 미만이면 본래의 목적을 달성할 수가 없고, 따라서 크롬(Cr)은 0.001∼0.2 중량%로 포함하게 되면, 내식성과 강도를 모두 만족시킬 수 있게 된다.That is, if the chromium (Cr) is more than 0.2 wt%, the strength is lowered, and if it is less than 0.001 wt%, the original purpose cannot be achieved. can satisfy all of them.
또한, 크롬(Cr)은 결정입자 미세화를 통한 내마모성 향상을 위한 것이며, 일정 정도 내열성 향상에 기여할 수 있고, 재결정층의 생성과 성장을 억제하며 Al과 함께 화합물을 형성하여 입계에 분포함으로써, 시효 처리시의 석출을 억제하여 연신율을 향상시켜 주는 역할을 할 수 있고, 또한, 크롬(Cr)은 마그네슘의 산화층(MgO) 막질의 조밀성을 높여주어 내식성을 높이는데 기여할 수도 있다.In addition, chromium (Cr) is for improving wear resistance through crystal grain refinement, and can contribute to heat resistance improvement to a certain extent, inhibits the generation and growth of a recrystallized layer, forms a compound with Al and distributes it at grain boundaries, thereby aging treatment It can play a role of improving elongation by suppressing precipitation of poetry, and also, chromium (Cr) can contribute to improving corrosion resistance by increasing the density of the magnesium oxide layer (MgO) film quality.
지르코늄(Zr)은, 0.001∼0.2 중량%로 이루어진 함유성분으로서, Al3Zr의 강화상을 생성하기 위하여 최소의 지르코늄을 사용하며, 이러한 분량은 합금의 충분한 강화를 위하여 충분하나 비교적 높은 용융온도는 통상적인 고압 다이캐스팅에서는 너무 높아 고압 다이캐스팅 작업으로서는 대량 생산할 수 없으므로, 본 실시예는 0.001∼0.2 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.Zirconium (Zr) is a component composed of 0.001 to 0.2 wt %, and a minimum amount of zirconium is used to produce a reinforced phase of Al 3 Zr. This amount is sufficient for sufficient strengthening of the alloy, but the relatively high melting temperature is In general high-pressure die-casting, it is too high to mass-produce as a high-pressure die-casting operation, so it is preferable to use 0.001 to 0.2 wt % in this embodiment.
니켈(Ni)은, 0.001∼0.2 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 알루미늄 합금의 총 중량 대비 0.001∼0.2 중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 상기 알루미늄 합금의 열간경도(hot hardness)와 합금의 내식성을 향상시키게 된다.Nickel (Ni) is a component composed of 0.001 to 0.2 wt %, and may be included in an amount of 0.001 to 0.2 wt % based on the total weight of the aluminum alloy, and the hot hardness of the aluminum alloy and the alloy thereof within the above range. improve corrosion resistance.
또한, 니켈(Ni)은 내열성 향상에 일조할 수 있으나 그 효과가 미비하고, 오히려, 알루미늄에 첨가될 수 있는 불순물로써, 0.2 중량%을 초과 함유되면 소재의 부식을 초래할 수도 있다.In addition, although nickel (Ni) may contribute to the improvement of heat resistance, its effect is insignificant. On the contrary, as an impurity that can be added to aluminum, when it contains more than 0.2 wt %, it may cause corrosion of the material.
스트론튬(Sr)은, 0.001∼0.1 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 함량 과다시 취성이 증가하여 강도성질을 저하시킬 수 있으므로 최대 0.1 중량%로 하고, 미첨가시 실리콘(Si) 조직의 형상을 구상화시킬 수 없어 강도 등 기계적 물성이 저하되므로 최소 0.001 중량% 이상으로 함유하는 것이 바람직하다.Strontium (Sr) is a component composed of 0.001 to 0.1 wt %, and when the content is excessive, brittleness may increase to decrease strength properties, so the maximum amount is 0.1 wt %. Since mechanical properties such as strength are lowered, it is preferable to contain at least 0.001% by weight or more.
이러한 스트론튬(Sr)은, 공정 실리콘(Eutectic Si)을 미세화시키는 역할을 하는 것으로서, 0.001 중량% 미만에서는 상기에서 언급한 특성을 얻을 수 없으며 0.1 중량%를 초과하는 경우는 가스의 혼입 및 화합물의 생성을 촉진하므로, 본 실시예에서는 스트론튬(Sr)의 함량을 0.001∼0.1 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.This strontium (Sr) serves to refine eutectic Si, and when it is less than 0.001 wt%, the above-mentioned properties cannot be obtained, and when it exceeds 0.1 wt%, gas is mixed and a compound is generated. Therefore, in this embodiment, it is preferable to limit the content of strontium (Sr) to 0.001 to 0.1 wt%.
바나듐(V)은, 0.001∼0.01 중량%로 이루어진 함유성분으로서, 알루미늄 합금이 고압 다이캐스팅에 의하여 제품으로 가공될 수 있도록 하는데 중요한 기능을 하게 된다.Vanadium (V), as a component consisting of 0.001 to 0.01 wt %, plays an important function in allowing the aluminum alloy to be processed into a product by high-pressure die casting.
알루미늄(Al)은, 잔부로 이루어진 함유성분으로서, 알루미늄(Al)의 함량이 90 중량% 이상이 첨가될 수 있고, 일정 중량% 이상 다량으로 함유되면 합금의 부식을 초래할 수 있는 알루미늄 내의 불순물인 니켈(Ni), 철(Fe) 및 구리(Cu)의 함량을 제조 공정 중에 0.2 중량% 초과되지 않도록 조절함으로써, 안정적인 내부식 특성을 가지며, 고강도의 특성 및 유동성이 우수한 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제조할 수 있게 된다.Aluminum (Al) is an impurity in aluminum that may cause corrosion of the alloy if it contains 90 wt% or more of aluminum (Al) as a content component consisting of the remainder, and 90 wt% or more of aluminum (Al) may be added. By controlling the content of (Ni), iron (Fe) and copper (Cu) not to exceed 0.2% by weight during the manufacturing process, it is possible to manufacture an aluminum alloy for die casting that has stable corrosion resistance, high strength, and excellent fluidity. there will be
또한, 본 발명의 알루미늄 합금은 30∼40 %IACS의 전기전도도와, 25℃ 이상의 온도에서 145 W/mK 이상의 열전도도를 가진다. 따라서 우수한 방열특성을 필요로 하는 전자기기 부품, 전기기기 부품, 자동차용 부품 등에 널리 적용할 수 있게 된다. 특히, 이러한 본 발명의 알루미늄 합금은, 25∼200℃의 온도에서 145∼165 W/mK의 열전도도를 가지는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the aluminum alloy of the present invention has an electrical conductivity of 30-40% IACS, and a thermal conductivity of 145 W/mK or more at a temperature of 25°C or more. Therefore, it can be widely applied to electronic device parts, electric device parts, and automobile parts that require excellent heat dissipation characteristics. In particular, it is more preferable that the aluminum alloy of the present invention has a thermal conductivity of 145 to 165 W/mK at a temperature of 25 to 200°C.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조해서 본 실시예의 알루미늄 합금과 종래의 비교예의 알루미늄 합금 사이의 열전도 성능과 방열 성능을 비교해서 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the heat conduction performance and heat dissipation performance between the aluminum alloy of this embodiment and the aluminum alloy of the conventional comparative example will be compared and described in detail with reference to FIGS. 1 to 4 .
또한, 본 실시예의 알루미늄 합금의 열전도도에 따른 4종과 종래의 비교예의 알루미늄 합금(Alloy A383 합금) 1종 사이의 열전도도, 비열, 밀도 등과 같이 다양한 특성을 측정한 결과는 표 1에 나타낸 바와 같이, 각각의 특성이 서로 다르게 나타나 있음을 알 수 있게 된다.In addition, the results of measuring various properties such as thermal conductivity, specific heat, density, etc. between four types according to the thermal conductivity of the aluminum alloy of this example and one type of the aluminum alloy (Alloy A383 alloy) of the conventional comparative example are shown in Table 1 Likewise, it can be seen that each characteristic is expressed differently from each other.
특히, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 열전도 특성은, 소정사이즈의 시편의 고정단을 80℃로 유지한 상태에서 외부 온도는 단열상태로 유지하고, 온도 조건의 시작점에 80℃를 입력하고 끝점의 시간에 따른 온도를 측정하여, 해석시간인 약 500초, 대략 8분 동안 열전도 특성을 측정한 결과, 실시예의 시편이 비교예의 시편 보다 대략 36% 정도 향상됨을 알 수 있었다.In particular, as shown in FIGS. 1 and 2 , the thermal conductivity characteristic is maintained in a state where the fixed end of a specimen of a predetermined size is maintained at 80 ° C. As a result of measuring the temperature according to the time of the analysis time for about 500 seconds and about 8 minutes, it was found that the sample of the Example was improved by about 36% compared to the sample of the Comparative Example.
또한, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 방열 특성은, 소정사이즈의 시편의 고정단을 100℃로 유지한 상태에서 외부온도는 공냉의 상온 25℃로 유지하고, 온도조건의 시작점에 100℃를 입력하고 측정점의 시간에 따른 온도를 확인하여, 해석시간인 약 15초 동안 방열 특성을 측정한 결과, 실시예의 시편이 비교예의 시편 보다 대략 47% 정도 향상됨을 알 수 있었다. In addition, as shown in FIGS. 3 and 4, the heat dissipation characteristics are maintained at a fixed end of a specimen of a predetermined size at 100 ° C, and the external temperature is maintained at 25 ° C. Input and checking the temperature according to the time of the measurement point, and as a result of measuring the heat dissipation characteristics for about 15 seconds, which is the analysis time, it was found that the specimen of the Example was improved by about 47% compared to the specimen of the Comparative Example.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 알루미늄에 실리콘, 철, 마그네슘을 최적의 조성비로 첨가시켜 일반합금이나 상용합금 보다 우수한 전기전도성과 성형성 및 열전도성을 보유하여 이를 통해서 방열 특성을 필요로 하는 다양한 부품에 사용할 수 있는 효과를 제공한다.As described above, according to the present invention, silicon, iron, and magnesium are added to aluminum in an optimal composition ratio to have superior electrical conductivity, formability, and thermal conductivity than general alloys or commercial alloys, and through this, various types requiring heat dissipation properties Provides an effect that can be used on a part.
또한, 철과 마그네슘의 성분비를 제한하고 구리와 망간을 더 포함함으로써, 종래의 알루미늄 합금에 비해 열전도 특성과 방열 특성을 더욱 향상시키는 동시에 주조성도 더 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.In addition, by limiting the composition ratio of iron and magnesium and further including copper and manganese, it provides the effect of further improving the castability while further improving the heat conduction and heat dissipation properties compared to the conventional aluminum alloy.
또한, 아연, 티타늄, 칼슘, 주석, 인, 크롬, 지르코늄, 니켈, 스트론튬 및 바나듐을 더 포함함으로써, 주조성 및 전기화학 특성을 향상시키고, 기계부품의 윤활성과 기계적 물성을 향상시키고, 내열성 및 내식성을 향상시키고, 합금의 열간경도 및 인장강도을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.In addition, by further including zinc, titanium, calcium, tin, phosphorus, chromium, zirconium, nickel, strontium and vanadium, castability and electrochemical properties are improved, lubricity and mechanical properties of mechanical parts are improved, heat resistance and corrosion resistance and provides the effect of improving the hot hardness and tensile strength of the alloy.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다. The present invention described above can be embodied in various other forms without departing from the technical spirit or main characteristics thereof. Accordingly, the above embodiments are merely examples in all respects and should not be construed as limiting.
Claims (1)
전체 총량에 대해서,
8.0∼9.0 중량%의 실리콘(Si);
0.35∼0.55 중량%의 철(Fe);
0.02∼0.3 중량%의 마그네슘(Mg);
0.001∼0.2 중량%의 구리(Cu);
0.001∼0.2 중량%의 망간(Mn);
0.001∼0.2 중량%의 아연(Zn);
0.001∼0.2 중량%의 티타늄(Ti);
0.001∼0.2 중량%의 칼슘(Ca);
0.001∼0.2 중량%의 주석(Sn);
0.001∼0.2 중량%의 인(P);
0.001∼0.2 중량%의 크롬(Cr);
0.001∼0.2 중량%의 지르코늄(Zr);
0.001∼0.2 중량%의 니켈(Ni);
0.001∼0.1 중량%의 스트론튬(Sr);
0.001∼0.01 중량%의 바나듐(V); 및
잔부의 알루미늄(Al);을 포함하고,
30∼40 %IACS의 전기전도도와, 25∼200℃의 온도에서 145∼165 W/mK의 열전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.An aluminum alloy comprising:
for the total amount,
8.0 to 9.0% by weight of silicon (Si);
0.35 to 0.55% by weight of iron (Fe);
0.02-0.3% by weight of magnesium (Mg);
0.001 to 0.2 wt % of copper (Cu);
0.001 to 0.2 wt % of manganese (Mn);
0.001 to 0.2% by weight of zinc (Zn);
0.001 to 0.2 wt % of titanium (Ti);
0.001-0.2% by weight of calcium (Ca);
0.001-0.2 wt% of tin (Sn);
0.001 to 0.2% by weight of phosphorus (P);
0.001 to 0.2% by weight of chromium (Cr);
0.001 to 0.2% by weight of zirconium (Zr);
0.001 to 0.2% by weight of nickel (Ni);
0.001 to 0.1% by weight of strontium (Sr);
0.001 to 0.01% by weight of vanadium (V); and
the remainder of aluminum (Al);
An aluminum alloy, characterized in that it has an electrical conductivity of 30-40% IACS and a thermal conductivity of 145-165 W/mK at a temperature of 25-200°C.
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