WO2014084424A1 - 고방열 고강도 알루미늄 합금 - Google Patents

고방열 고강도 알루미늄 합금 Download PDF

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김목순
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인하대학교 산학협력단
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    • C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent

Definitions

  • the present invention relates to a high heat dissipation high strength aluminum alloy.
  • Aluminum is widely known as a lightweight, high heat dissipating metal, and has been widely used as a substrate for heat exchangers and substrates in integrated circuits.
  • aluminum has limitations in mechanical strength.
  • Several alloys have been proposed to overcome these limitations, but there are no proposals for alloys that significantly improve heat dissipation and strength at the same time.
  • An object of the present invention is to provide a high heat radiation high strength aluminum alloy.
  • the present invention contains 0.8 to 2.2% by weight of manganese (Mn), 0.1 to 0.9% by weight of silicon (Si), and 0.6 to 1.5% by weight of magnesium (Mg) as essential components; 0.01 to 1.0% by weight of copper (Cu), 0.01 to 1.0% by weight of iron (Fe), 0.01 to 0.5% by weight of zirconium (Zr), 0.01 to 0.5% by weight of chromium (Cr), and 0.01 to 0.5% by weight of titanium (Ti) It further comprises at least one metal selected from the group consisting of; The balance provides an aluminum alloy composed of aluminum (Al) and unavoidable impurities.
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, and iron (Fe) 0.01-1.0% by weight It is a quaternary alloy containing and provides the aluminum alloy which remainder consists of aluminum (Al) and an unavoidable impurity.
  • Mn manganese
  • Si silicon
  • Mg magnesium
  • Zr zirconium It is a quaternary alloy containing and provides the aluminum alloy which remainder consists of aluminum (Al) and an unavoidable impurity.
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, and chromium (Cr) 0.01-0.5% by weight It is a quaternary alloy containing and provides the aluminum alloy which remainder consists of aluminum (Al) and an unavoidable impurity.
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, and titanium (Ti) 0.01-0.5% by weight It is a quaternary alloy containing and provides the aluminum alloy which remainder consists of aluminum (Al) and an unavoidable impurity.
  • the present invention provides a five-membered aluminum alloy further comprises 0.01 to 1.0% by weight of copper (Cu) in the quaternary alloy as a preferred embodiment.
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, iron (Fe) 0.01-1.0% by weight, and It is a five-membered alloy containing 0.01 to 0.5% by weight of zirconium (Zr), and provides an aluminum alloy whose balance is made of aluminum (Al) and unavoidable impurities.
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, iron (Fe) 0.01-1.0% by weight, and It is a five-membered alloy containing 0.01 to 0.5% by weight of chromium (Cr), and provides an aluminum alloy whose balance is made of aluminum (Al) and unavoidable impurities.
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, zirconium (Zr) 0.01-0.5% by weight, and It is a five-membered alloy containing 0.01 to 0.5% by weight of chromium (Cr), and provides an aluminum alloy whose balance is made of aluminum (Al) and unavoidable impurities.
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, chromium (Cr) 0.01-0.5% by weight, and It is a five-membered alloy containing 0.01 to 0.5 wt% of titanium (Ti), and provides an aluminum alloy whose balance is made of aluminum (Al) and unavoidable impurities.
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, zirconium (Zr) 0.01-0.5% by weight, and It is a five-membered alloy containing 0.01 to 0.5 wt% of titanium (Ti), and provides an aluminum alloy whose balance is made of aluminum (Al) and unavoidable impurities.
  • the present invention provides a six-membered aluminum alloy further comprises 0.01 to 1.0% by weight of copper (Cu) in the five-membered alloy as a preferred embodiment.
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, iron (Fe) 0.01-1.0% by weight, and It is a five-membered alloy containing 0.01 to 0.5 wt% of titanium (Ti), and provides an aluminum alloy whose balance is made of aluminum (Al) and unavoidable impurities.
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, iron (Fe) 0.01-1.0% by weight, zirconium (Zr) It is a six-membered alloy containing 0.01 to 0.5% by weight and 0.01 to 0.5% by weight of chromium (Cr), and provides an aluminum alloy whose balance is made of aluminum (Al) and unavoidable impurities.
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, iron (Fe) 0.01-1.0% by weight, zirconium (Zr)
  • Mn manganese
  • Si silicon
  • Mg magnesium
  • Fe iron
  • Zr zirconium
  • a seven-membered alloy containing 0.01 to 0.5 wt% of chromium (Cr), 0.01 to 0.5 wt% of chromium (Cr), and 0.01 to 1.0 wt% of copper (Cu), with the balance being aluminum consisting of aluminum (Al) and unavoidable impurities. Provide an alloy.
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, iron (Fe) 0.01-1.0% by weight, zirconium (Zr)
  • Mn manganese
  • Si silicon
  • Mg magnesium
  • Fe iron
  • Zr zirconium
  • Ti titanium
  • manganese (Mn) 0.8-2.2% by weight, silicon (Si) 0.1-0.9% by weight, magnesium (Mg) 0.6-1.5% by weight, iron (Fe) 0.01-1.0% by weight, zirconium (Zr) 0.01-0.5 weight%, chromium (Cr) 0.01-0.5 weight%, copper (Cu) 0.01-1.0 weight%, and titanium (Ti) 0.01-0.5 weight%, and remainder is aluminum.
  • An aluminum alloy composed of (Al) and unavoidable impurities is provided.
  • the aluminum alloy provided by the present invention is excellent in heat dissipation and strength, and can be applied as a heat dissipating material, and as an electric / electronic device packaging material, a power device peripheral material, and a heat exchanger material, an electric vehicle, a hybrid car, a gasoline car, etc. It can be applied to various fields such as transportation equipment field, energy field such as solar power generation, home appliance field, industrial device field and lighting field.
  • the present invention contains manganese (Mn), silicon (Si) and magnesium (Mg) as essential components, including copper (Cu), iron (Fe), zirconium (Zr), chromium (Cr) and titanium (Ti)
  • the present invention relates to an aluminum alloy further comprising at least one metal selected from the group consisting of aluminum (Al) and inevitable impurities.
  • Manganese (Mn), silicon (Si), and magnesium (Mg) coexist in aluminum, there is an effect of ensuring heat dissipation and strength at the same time. If the amount of manganese is less than 0.8% by weight, the effect of improving heat dissipation and strength at the same time is not sufficient, and if it exceeds 2.2% by weight, coarse compounds are formed to reduce workability, so the range of 0.8 to 2.2% by weight is appropriate, preferably 1.0. Manganese is included in the range of -1.7 wt%.
  • Silicon is less than 0.1% by weight, the effect of improving heat dissipation and strength at the same time is not sufficient, and when it exceeds 0.9% by weight, coarse compounds are formed to reduce workability, so the range of 0.1 to 0.9% by weight is appropriate, preferably 0.2 Silicon is contained in the range of -0.9 weight%. And magnesium is not enough to improve the strength of less than 0.6% by weight, and when included in excess of 1.5% by weight, the heat dissipation may be lowered, so the range of 0.6 to 1.5% by weight is appropriate, preferably 0.6 to 1.2% by weight Magnesium is included in the range.
  • the aluminum alloy may further include at least one metal selected from the group consisting of copper (Cu), iron (Fe), zirconium (Zr), chromium (Cr), and titanium (Ti).
  • the at least one metal selected from copper and iron is preferably contained in an amount of 0.01 to 1.0% by weight. Since the heat dissipation may be lowered when copper is included in excess of 1.0 wt%, the range of 0.01 to 1.0 wt% is appropriate, and preferably copper is included in the range of 0.05 to 0.8 wt%. When iron is contained in an amount exceeding 1.0% by weight, a coarse compound is produced, which may lower workability. Therefore, 0.01 to 1.0% by weight is appropriate, and preferably iron is included in a range of 0.05 to 0.8% by weight.
  • At least one metal selected from zirconium, chromium and titanium is preferably contained in an amount of 0.01 to 0.5 wt%.
  • zirconium, chromium and titanium are each included in an amount of more than 0.5% by weight, coarse compounds may be generated, thereby degrading workability.
  • zirconium, chromium and titanium are included in a range of 0.1 to 0.5% by weight.
  • plastic processing such as rolling, extrusion, forging, or a combination of plastic processing and heat treatment (H12, H24, H34 treatment, etc.) Or various heat treatments such as aging treatment (T4, T6, T651 treatment, etc.) can be performed.
  • the aluminum alloy ingot of the composition shown in following Table 1 was homogenized, rolled, and annealed, and the board
  • the tensile test piece was extract
  • the stress value at 0.2% plastic strain was taken as the yield strength from the stress-strain curve obtained by the tensile test.
  • Thermal performance is governed by thermal conductivity, and in the case of metal materials, thermal conductivity is known to be proportional to electrical conductivity. It is also known that the electrical conductivity can be obtained from the inverse of the specific resistance. Accordingly, the specific resistance was measured at room temperature in order to evaluate the heat transfer performance, and the inverse of the specific resistance value was taken as the electrical conductivity.
  • Examples 1 to 17 of the present invention has a yield strength of 100 MPa or more, the electrical conductivity is 23 MS / m or more, it can be confirmed that exhibits excellent strength and electrical conductivity.
  • the aluminum alloy ingot of the composition shown in Table 2 below was homogenized, rolled, and annealed in the same manner as in Example to prepare a plate having a thickness of 1.5 mm.
  • the yield strength and the electrical conductivity of the plate of each composition were determined in the same manner as in the above example.
  • Comparative Example 1 had a small amount of manganese
  • Comparative Example 2 had a low silicon content
  • Comparative Example 3 had a low magnesium content
  • the yield strength was small so as not to reach 70 MPa.
  • Comparative Example 4 had too much manganese content
  • Comparative Example 5 had a large amount of silicon, and a healthy plate could not be obtained, and specimen collection was difficult.
  • Comparative Example 6 had too much magnesium content
  • Comparative Example 7 had too much copper content, so that the electrical conductivity did not reach 20 MS / m.
  • Comparative Example 8 had a high iron content
  • Comparative Example 9 had a high zirconium content
  • Comparative Example 10 had a high chromium content
  • Comparative Example 11 had a high titanium content, and a healthy plate could not be obtained, and specimen collection was difficult.

Abstract

본 발명은 고방열 고강도 알루미늄 합금에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 망간(Mn), 규소(Si) 및 마그네슘(Mg)이 필수성분으로서 일정 함량비 범위로 함유되어 있고, 여기에 구리(Cu), 철(Fe), 지르코늄(Zr), 크롬(Cr) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이 추가로 일정 함량비 범위로 함유되어 있으며, 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
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 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 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 더 포함되어 있고; 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 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 함유하는 4원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 및 지르코늄(Zr) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하는 4원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 및 크롬(Cr) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하는 4원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 및 티타늄(Ti) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하는 4원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 상기한 4원계 합금에 구리(Cu) 0.01 ∼ 1.0 중량%가 더 포함된 5원계 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 및 구리(Cu) 0.01 ∼ 1.0 중량%를 함유하는 4원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 철(Fe) 0.01 ∼ 1.0 중량%, 및 지르코늄(Zr) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하는 5원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 철(Fe) 0.01 ∼ 1.0 중량%, 및 크롬(Cr) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하는 5원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 지르코늄(Zr) 0.01 ∼ 0.5 중량%, 및 크롬(Cr) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하는 5원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 크롬(Cr) 0.01 ∼ 0.5 중량%, 및 티타늄(Ti) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하는 5원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 지르코늄(Zr) 0.01 ∼ 0.5 중량%, 및 티타늄(Ti) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하는 5원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 상기한 5원계 합금에 구리(Cu) 0.01 ∼ 1.0 중량%가 더 포함된 6원계 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 철(Fe) 0.01 ∼ 1.0 중량%, 및 티타늄(Ti) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하는 5원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 철(Fe) 0.01 ∼ 1.0 중량%, 지르코늄(Zr) 0.01 ∼ 0.5 중량%, 및 크롬(Cr) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하는 6원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 철(Fe) 0.01 ∼ 1.0 중량%, 지르코늄(Zr) 0.01 ∼ 0.5 중량%, 크롬(Cr) 0.01 ∼ 0.5 중량%, 및 구리(Cu) 0.01 ∼ 1.0 중량%를 함유하는 7원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 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%를 함유하는 7원계 합금이며, 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 바람직한 구현예로서 본 발명에서는 망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%, 규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%, 마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%, 철(Fe) 0.01 ∼ 1.0 중량%, 지르코늄(Zr) 0.01 ∼ 0.5 중량%, 크롬(Cr) 0.01 ∼ 0.5 중량%, 구리(Cu) 0.01 ∼ 1.0 중량%, 및 티타늄(Ti) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하는 8원계 합금이며, 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), 규소(Si) 및 마그네슘(Mg)을 필수성분으로 함유하며, 여기에 구리(Cu), 철(Fe), 지르코늄(Zr), 크롬(Cr) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 추가로 함유하며 잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금에 관한 것이다.
알루미늄 내에 망간(Mn), 규소(Si) 및 마그네슘(Mg)이 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 적절하며, 좋기로는 1.0 ∼ 1.7 중량% 범위로 망간이 포함되는 것이다. 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 적절하며, 좋기로는 0.2 ∼ 0.9 중량% 범위로 규소가 포함되는 것이다. 그리고 마그네슘은 0.6 중량% 미만에서는 강도를 향상시키는 효과가 충분하지 않으며, 1.5 중량%를 초과하여 포함될 시 방열성이 저하될 수 있으므로 0.6 ∼ 1.5 중량% 범위가 적절하며, 좋기로는 0.6 ∼ 1.2 중량% 범위로 마그네슘이 포함되는 것이다.
상기 알루미늄 합금에 구리(Cu), 철(Fe), 지르코늄(Zr), 크롬(Cr) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이 추가로 포함될 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 있으므로 0.01 ∼ 1.0 중량% 범위가 적절하며, 좋기로는 0.05 ∼ 0.8 중량% 범위로 구리가 포함되는 것이다. 철이 1.0 중량% 초과하여 포함될 시 조대한 화합물이 생성되어 가공성을 저하시킬 우려가 있으므로 0.01 ∼ 1.0 중량% 범위가 적절하며, 좋기로는 0.05 ∼ 0.8 중량% 범위로 철이 포함되는 것이다.
상기 지르코늄, 크롬 및 티타늄에서 선택되는 1종 이상의 금속은 각각 0.01 ∼ 0.5 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 지르코늄, 크롬, 티타늄이 각각 0.5 중량% 초과하여 포함될 시 조대한 화합물이 생성되어 가공성을 저하시킬 우려가 있으며, 좋기로는 지르코늄, 크롬, 티타늄이 각각 0.1 ∼ 0.5 중량% 범위로 포함되는 것이다.

본 발명에 의해 얻어진 알루미늄 합금에 대해 강도 등의 기계적 성질 및 방열성 등을 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) 등 다양한 열처리를 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 ∼ 17
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 ∼ 17은 항복강도가 100 MPa 이상이고, 전기전도도가 23 MS/m 이상으로, 우수한 강도와 전기전도도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
구 분 합금조성 (중량%) 항복강도
(MPa)		 전기전도도(MS/m)
Mn Si Mg Cu Fe Zr Cr Ti Al
실시예 1 1.2 0.3 0.6 - - 0.02 - - 잔부a) 101 26.2
실시예 2 1.5 0.4 0.8 0.6 - - - - 잔부 196 25.7
실시예 3 1.1 0.8 1.0 - 0.2 - - - 잔부 130 29.0
실시예 4 1.2 0.5 0.9 - - 0.3 - - 잔부 190 26.0
실시예 5 1.3 0.7 1.0 - - - 0.4 - 잔부 148 24.7
실시예 6 1.6 0.9 0.7 - - - - 0.4 잔부 178 27.8
실시예 7 2.2 0.8 0.9 - - 0.1 0.1 - 잔부 185 27.1
실시예 8 0.8 0.6 0.7 - - 0.1 - 0.2 잔부 107 30.2
실시예 9 0.8 0.7 0.8 - - 0.1 0.5 0.1 잔부 128 28.2
실시예 10 0.9 0.4 0.7 0.02 - 0.2 0.02 0.5 잔부 155 26.4
실시예 11 1.2 0.8 1.5 - 0.5 0.2 - - 잔부 173 26.9
실시예 12 1.2 0.8 0.8 - 0.3 - 0.3 - 잔부 145 27.6
실시예 13 1.1 0.7 0.7 - 1.0 - - 0.02 잔부 175 26.3
실시예 14 1.2 0.6 0.7 - 0.03 0.5 0.2 - 잔부 182 26.5
실시예 15 1.2 0.6 1.0 - 0.2 - 0.1 0.1 잔부 154 29.7
실시예 16 1.4 0.5 1.2 - 0.1 0.2 0.1 0.2 잔부 198 25.4
실시예 17 1.2 0.1 0.8 0.9 0.2 0.2 0.1 0.1 잔부 205 23.2
a): 합금조성의 전체 합량 100 중량%를 맞추기 위한 잔량

비교예 1 ∼ 11
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, 비교예 3은 마그네슘 함유량이 적어서, 항복강도가 70 MPa에 미치지 못할 만큼 작았다. 비교예 4는 망간 함유량이 너무 많아서, 비교예 5는 규소 함유량이 많아서, 건전한 판재를 얻을 수 없어, 시편 채취가 곤란하였다. 비교예 6은 마그네슘 함유량이 너무 많아서, 비교예 7은 구리 함유량이 너무 많아서, 전기전도도가 20 MS/m에 미치지 못할 만큼 작았다. 비교예 8은 철 함유량이 많아서, 비교예 9는 지르코늄 함유량이 많아서, 비교예 10은 크롬 함유량이 많아서, 비교예 11은 티타늄 함유량이 많아서, 건전한 판재를 얻을 수 없어, 시편 채취가 곤란하였다.
구 분 합금조성(중량%) 항복강도(MPa) 전기전도도(MS/m)
Mn Si Mg Cu Fe Zr Cr Ti Al
비교예 1 0.7 0.2 0.7 - 0.1 - - - 잔부a) 55 25.1
비교예 2 1.1 0.07 0.8 - 0.1 - - - 잔부 68 23.3
비교예 3 1.1 0.7 0.4 - 0.1 - - - 잔부 62 26.7
비교예 4 2.4 0.6 1.1 - 0.1 - - - 잔부 X* X
비교예 5 1.9 1.1 1.2 - 0.1 - - - 잔부 X X
비교예 6 1.2 0.2 1.8 - - - 0.2 - 잔부 125 18.7
비교예 7 1.2 0.2 1.1 1.2 - - - - 잔부 138 17.1
비교예 8 1.2 0.7 1.1 - 1.3 - - - 잔부 X X
비교예 9 1.7 0.5 0.8 - - 0.7 - - 잔부 X X
비교예 10 1.7 0.8 0.9 - - - 0.6 - 잔부 X X
비교예 11 1.5 0.6 1.2 - - - - 0.6 잔부 X X
a): 합금조성의 전체 합량 100 중량%를 맞추기 위한 잔량
* : X 는 시료채취가 불가능한 경우임

Claims (17)

  1. 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 알루미늄 합금.

  2. 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.

  3. 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
    지르코늄(Zr) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하며,
    잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금.

  4. 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
    크롬(Cr) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하며,
    잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금.

  5. 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
    티타늄(Ti) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하며,
    잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금.

  6. 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
    구리(Cu) 0.01 ∼ 1.0 중량%를 함유하며,
    잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금.

  7. 제 2항 내지 제 5항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금에 구리(Cu) 0.01 ∼ 1.0 중량%가 더 포함된 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.

  8. 제 1항에 있어서,
    망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%,
    규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%,
    마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%,
    철(Fe) 0.01 ∼ 1.0 중량%, 및
    지르코늄(Zr) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하며,
    잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금.

  9. 제 1항에 있어서,
    망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%,
    규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%,
    마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%,
    철(Fe) 0.01 ∼ 1.0 중량%, 및
    크롬(Cr) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하며,
    잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금.

  10. 제 1항에 있어서,
    망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%,
    규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%,
    마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%,
    지르코늄(Zr) 0.01 ∼ 0.5 중량%, 및
    크롬(Cr) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하며,
    잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금.

  11. 제 1항에 있어서,
    망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%,
    규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%,
    마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%,
    크롬(Cr) 0.01 ∼ 0.5 중량%, 및
    티타늄(Ti) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하며,
    잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금.

  12. 제 1항에 있어서,
    망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%,
    규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%,
    마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%,
    지르코늄(Zr) 0.01 ∼ 0.5 중량%, 및
    티타늄(Ti) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하며,
    잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금.

  13. 제 1항에 있어서,
    망간(Mn) 0.8 ∼ 2.2 중량%,
    규소(Si) 0.1 ∼ 0.9 중량%,
    마그네슘(Mg) 0.6 ∼ 1.5 중량%,
    철(Fe) 0.01 ∼ 1.0 중량%, 및
    티타늄(Ti) 0.01 ∼ 0.5 중량%를 함유하며,
    잔부가 알루미늄(Al)과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금.

  14. 제 8항 내지 제 13항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금에 구리(Cu) 0.01 ∼ 1.0 중량%가 더 포함된 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.

  15. 제 1항, 제 2항, 제 8항, 제 9항, 또는 제 13항에 있어서,
    상기 철(Fe)의 함량이 0.05 ∼ 0.8 중량%인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.

  16. 제 1항, 제 3항, 제 8항, 제 10항, 또는 제 12항에 있어서,
    상기 지르코늄(Zr)의 함량이 0.1 ∼ 0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.

  17. 제 1항, 제 4항, 제 9항, 제 10항, 또는 제 11항에 있어서,
    상기 크롬(Cr)의 함량이 0.1 ∼ 0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금.

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