WO2021251546A1 - 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금 - Google Patents

열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금 Download PDF

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WO2021251546A1
WO2021251546A1 PCT/KR2020/010259 KR2020010259W WO2021251546A1 WO 2021251546 A1 WO2021251546 A1 WO 2021251546A1 KR 2020010259 W KR2020010259 W KR 2020010259W WO 2021251546 A1 WO2021251546 A1 WO 2021251546A1
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casting
aluminum alloy
thermal conductivity
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PCT/KR2020/010259
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Inventor
최창민
Original Assignee
㈜에스엘엠글로벌
주식회사 글로비텍
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent

Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy that can be applied without limitation to various casting processes (gravity casting, squeeze casting, mold high-speed casting, reaction solid casting), and more particularly, heat contained in mechanisms such as RRU, RRH, MMU, etc. It relates to an aluminum alloy having excellent thermal conductivity that can be used for thin plate casting for the manufacture of sinks and the like.
  • a die casting casting method is mainly used for manufacturing a heat sink for various electrical and mechanical products.
  • This die casting is a precision casting method that obtains the same casting as the mold by injecting molten metal into a mold that is precisely machined to perfectly match the required casting shape.
  • This die-casting method has excellent mechanical properties in addition to the advantage that the dimensions of the obtained casting are accurate, and has the characteristics that mass production is possible.
  • an Al-Si-based alloy and an Al-Mg-based alloy having excellent castability are mainly used.
  • thermal conductivity is low at 90 ⁇ 140W/mK, so heat dissipation for electricity, electronics and automobiles that require high thermal conductivity of 160W/mK or more The use of parts has been limited.
  • Si9 (Sr) As a conventional material used in the manufacture of such a heat sink, Si9 (Sr) may be mentioned, and Si9 (Sr) contains 8 to 9 wt% of Si, 0.5 to 0.7 wt% of Fe, 0.01 to 0.02 wt% of Sr, It has a composition of 0.03 wt% or less of other impurities and the remainder Al.
  • the tensile strength of the heat dissipation product manufactured from the above material is 230N/mm 2 , yield strength 120N/mm 2 , elongation 3% and thermal conductivity 150W/mk level. There was a limitation that it could not be effectively applied to the technical area where parts are being concentrated.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication 2013-0083183 (published on July 22, 2013)
  • Patent Document 2 Republic of Korea Patent Publication 2013-0083184 (published on July 22, 2013)
  • the present invention is for casting with excellent thermal conductivity with more than thin plate casting (0.5T), high thermal conductivity (185 ⁇ 195W/mK) and yield strength (80N/mm 2 ), which can be effectively used for manufacturing equipment such as 5G communication equipment
  • An object of the present invention is to provide an aluminum alloy.
  • One aspect of the present invention is
  • the impurities are selected from copper (Cu): 0.5% or less, manganese (Mn): 0.3% or less, magnesium (Mg): 0.3% or less, chromium (Cr): 0.2% or less, and zinc (Zn): 0.2% or less comprising at least one, and
  • the Si + Fe value defined by the above relation 1 is 3.9 to 4.0 wt%.
  • the Si/Fe content ratio defined by the above relation 2 is 2.5 to 4.0.
  • the impurities In wt%, copper (Cu): 0.1% or less, manganese (Mn): 0.05% or less, magnesium (Mg): 0.05% or less, chromium (Cr): 0.1% or less, and zinc (Zn): 0.1% or less It is preferable to include at least one type.
  • the total of the impurities is preferable to limit the total of the impurities to 0.15% by weight or less, more preferably 0.10% by weight or less, and most preferably to limit it to 0.05% by weight or less.
  • the [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] content ratio defined by Relation 3 is in the range of 70.0 to 80.0.
  • the aluminum alloy of the present invention may have a yield strength of 80 to 90N/mm 2 and a thermal conductivity of 185 to 195W/mK.
  • the present invention having the configuration as described above can effectively provide an aluminum alloy for casting that can achieve high thermal conductivity while ensuring high fluidity and enabling thin plate casting.
  • the present invention effectively provides an aluminum alloy material that can be cast up to a yield strength of 80 N/mm 2 or more (based on ASTM E8/E8M-16a), a thermal conductivity of 185 to 195 W/mK [based on the laser flash method], and 0.5T of thin plate forming There are advantages to doing.
  • Figure 1 (ab) is a product photograph showing the degree of casting defect for the casting manufactured according to an embodiment of the present invention
  • Figure 1 (a) is the casting of the present invention (Invention Example 4)
  • Figure 1 (b) is a photograph showing a cast product (Comparative Example 2) outside the conditions of the present invention.
  • the aluminum alloy for casting having excellent thermal conductivity contains, by weight, silicon (Si): 2.5 to 3.5%, iron (Fe): 0.6 to 1.2%, residual aluminum (Al) and other unavoidable impurities
  • the impurities include, copper (Cu): 0.5% or less, manganese (Mn): 0.3% or less, magnesium (Mg): 0.3% or less, chromium (Cr): 0.2% or less, and zinc (Zn): 0.2% or less.
  • the present invention appropriately controls the content and content ratio of Si, which can improve the castability of base metal aluminum, and Fe, which is dissolved in an aluminum matrix to obtain a solid solution strengthening effect.
  • it is characterized in that the ratio of the total content of the impurity element to the total content of the Si and Fe elements is controlled in a certain range.
  • silicon (Si) is added as an alloying element to the base aluminum to improve castability and is an element capable of increasing tensile strength according to a solid solution strengthening effect.
  • iron (Fe) has a very low solubility in aluminum at room temperature of 0.052% by weight, and is mostly crystallized as intermetallic compounds such as AlFe after casting. It is an alloying element that can increase and at the same time reduce mold burning when forming an aluminum alloy product by die casting.
  • the sum of Si and Fe alloy elements defined by Relation 1 it is preferable to limit the sum of Si and Fe alloy elements defined by Relation 1 to a range of 3.7 wt% or more and 4.1 wt% or less. If the sum of the Si and Fe element content is less than 3.7% by weight, the yield strength does not meet the standard and workability is deteriorated, and the gate, the runner, and the overflow, which are the movement passages of the molten metal in the casting, are not easily separated. and, if it exceeds 4.1 wt%, the thermal conductivity may not meet the target standard.
  • the Si + Fe value defined by the above relation 1 is managed in the range of 3.9 wt% or more and 4.0 wt% or less.
  • the Si/Fe content ratio defined by the above relation 2 in the range of 2.1 or more and 5.8 or less. If the Si/Fe ratio is less than 2.1, there may be a problem of a decrease in fluidity due to an increase in the Fe content, and if it exceeds 5.8, there may be a problem in that the molten metal is sintered in the mold and continuous operation becomes difficult.
  • the Si/Fe content ratio defined by the above relation 2 is managed in a range of 2.5 or more and 4.0 or less.
  • the aluminum alloy for casting of the present invention preferably contains the silicon (Si): 2.8 to 3.2%, and iron (Fe): 0.8 to 1.1%.
  • the aluminum alloy of the present invention contains aluminum and unavoidable impurities as residual components. Controlling the content of impurities in the present invention greatly affects the heat dissipation characteristics of a casting manufactured using an aluminum alloy, so it is preferable to reduce the content as much as possible.
  • the aluminum alloy of the present invention by weight, copper (Cu): 0.5% or less, manganese (Mn): 0.3% or less, magnesium (Mg): 0.3% or less, chromium (Cr): 0.2% or less, and zinc (Zn) ): It may contain 1.5% or less as the total of one or more selected from 0.2% or less.
  • the total amount of impurities is preferably limited to 0.15 wt% or less, more preferably 0.10 wt% or less, and most preferably 0.05 wt% or less.
  • the content of each impurity addition and the reasons for its limitation will be described.
  • copper improves cutting workability but reduces corrosion resistance, and when added, forms a phase with Si and Fe to prevent dislocation movement, so it is preferable to manage the content to 0.5% or less, more preferably to 0.1% or less is to manage
  • Manganese as a transition element increases the recrystallization temperature and inhibits grain growth by promoting the formation of fibrous tissue in hot working, so it is preferable to manage the content to 0.3% or less, and more preferably to manage it to 0.05% or less.
  • Magnesium is an element that generally combines with Al to form Al 2 Mg 2 phase to increase strength, ductility and corrosion resistance. , More preferably, it is managed to 0.05% or less.
  • Chromium prevents stress corrosion cracking and improves corrosion resistance, but reduces thermal conductivity, so its content is preferably controlled to 0.2% or less, and more preferably, to 0.1% or less.
  • Zinc increases yield strength but decreases thermal conductivity, so its content is preferably controlled to 0.2% or less, and more preferably, controlled to 0.1% or less. .
  • the present invention it is preferable to manage the [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] content ratio defined by the above Relation 3 in a range of more than 2.4 and less than or equal to 80.0. If the value is less than 2.47, there is a problem of a decrease in thermal conductivity due to the impurity content, and if it exceeds 80.0, not only does the thermal conductivity not increase any more, but also the cost, manufacturing process and mass productivity become inefficient due to excessively high-purity material selection. there is a problem to be
  • the [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] content ratio defined by the relation 3 above satisfies the range of 70.0 to 80.0.
  • the aluminum alloy casting of the present invention having the above-described compositional components may have a yield strength of 80 to 90N/mm 2 and a thermal conductivity of 185 to 195W/mK.
  • the yield strength was measured based on the ASTM E8/E8M-16a standard.
  • the thermal conductivity was measured based on the laser flash method and NETZSCH LFA Analysis (KS L 1604), and specifically, diameter 12.5 to 12.8 mm. and a specimen having a thickness of 1 to 3 mm were prepared, and measurements were made based on the laser flash method and NETZSCH LFA Analysis (KS L 1604) at a temperature of 25° C. and a humidity of 15% RH.
  • the castability of the cast slab was evaluated as "high” when the defective rate was 1% or less, “medium” when the defective rate was 5% or less, and "low” when the defective rate was 10% or less as a result of observation of the casting defect for the cast. did
  • Inventive Examples 1-6 in which the aluminum alloy composition ratio satisfies the range of the present invention, it can be confirmed that not only have excellent castability, but also yield strength and thermal conductivity are excellent.
  • Inventive Examples 4-6 in which the [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] value is controlled in the range of 70.0 to 80.0, have superior characteristics compared to Inventive Examples 1-3 where the value is not have.
  • Comparative Example 1 the Si+Fe value and the Si/Fe content ratio were out of the range of the present invention, and in particular, the yield strength of the cast steel was much lowered and the thermal conductivity was also deteriorated.
  • Figure 1 (ab) is a product photograph showing the degree of casting defect for the casting manufactured according to the embodiment of the present invention
  • Figure 1 (a) is the casting of the present invention (Invention Example 4)
  • Figure 1 (b) ) is a photograph showing a cast product (Comparative Example 2) outside the conditions of the present invention.

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Abstract

열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금이 제공된다. 본 발명의 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금은, 중량%로, 실리콘(Si): 2.5~3.5%, 철(Fe): 0.6~1.2%, 잔여 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 불순물은, 구리(Cu): 0.5% 이하, 망간(Mn): 0.3% 이하, 마그네슘(Mg): 0.3% 이하, 크롬(Cr): 0.2% 이하 및 아연(Zn): 0.2%이하 중 선택된 1종 이상을 포함하고, 그리고 관계식 1-3을 각각 만족한다.

Description

열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금
본 발명은 각종 주조공정(중력 주조, 스퀴즈주조, 금형 고속 주조, 반응고 주조)에 제한 없이 적용될 수 있는 알루미늄 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는, RRU, RRH, MMU 등과 같은 기구물에 포함된 Heat Sink 등의 제조를 위한 박판 주조에 이용될 수 있는 열전도율이 우수한 알루미늄 합금에 관한 것이다.
일반적으로 각 종 전기 기계 제품 등의 제품의 방열판(heat sink)의 제조에는 다이캐스팅 주조법이 주로 이용되고 있다. 이러한 다이캐스팅은 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계가공된 금형에 용융금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법이다. 이러한 다이캐스팅법은 얻어지는 주물의 치수가 정확하다는 장점 외에 기계적 성질이 우수하며, 대량생산이 가능하다는 특징이 있다.
한편 이러한 다이캐스팅에 이용되는 알루미늄 합금으로는 주조성이 우수한 Al-Si계 합금 및 Al-Mg계 합금 등이 주로 사용되고 있다. 그런데 Al-Si계 합금 또는 Al-Mg계 합금의 경우, 주조성은 우수하나 열전도도가 90~140W/mK로 낮기 때문에, 160W/mK 이상의 높은 열전도도를 필요로 하는 전기, 전자 및 자동차용 방열부품에는 사용이 제한되어 왔다.
이와 같은 높은 열전도도를 요구하는 방열부품에는, 종래 열전도도가 220W/mK 이상으로 매우 높은 순 알루미늄을 그대로 다이캐스팅한 제품이 전기, 전자제품용 로터 등에 일부 사용되고 있는데, 순 알루미늄은 열전도도는 매우 우수하지만 인장 강도가 낮고 주조성이 좋지 않기 때문에, 열전도도와 함께 우수한 기계적 특성을 요구하는 구조용 부품에까지 적용하기에는 한계가 있다.
이러한 다이캐스팅 주조품은 여러 분야에 사용되고 있으나, 특히, 현재에는 통신네트워크 부품 LTE/5G 기지국, 중계기 제품 등에서 갈수록 안테나 내장화 대용량화에 따라 CPU, 통신 모듈과 같은 반도체 부품에서 다량의 열이 발생하고 있으므로, 그 발생된 열을 효과적으로 배출할 수 있는 방열판의 제조가 중요해지고 있다.
이러한 방열판의 제조에 이용되는 종래의 소재로서 Si9(Sr)을 들 수 있으며, 상기 Si9(Sr)은 규격 상 Si가 8~9중량%, Fe 0.5~0.7중량%, Sr 0.01~0.02중량%, 기타 불순물 0.03중량% 이하 및 잔부 Al의 조성을 가지고 있다. 그런데 상기 소재로 제조되는 방열제품의 인장 강도는 230N/mm 2, 항복강도 120N/mm 2, 연신율 3% 및 열전도율 150W/mk 수준으로서, 광역 커버리지를 가지는 5G 통신장비와 같이 기구물의 크기가 대형화되고 부품이 집약되고 있는 기술영역에는 효과적으로 적용될 수 없다는 한계가 있었다.
(선행기술문헌)
(특허문헌)
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허 2013-0083183(2013.07.22 공개)
(특허문헌 2) 대한민국 공개특허 2013-0083184(2013.07.22 공개)
본 발명은 5G 통신장비와 같은 기구물 제작에 효과적으로 이용될 수 있는, 박판 주조(0.5T), 고열전도도(185~195W/mK) 및 항복강도(80N/mm 2) 이상을 갖는 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금을 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면은,
중량%로, 실리콘(Si): 2.5~3.5%, 철(Fe): 0.6~1.2%, 잔여 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 불순물은, 구리(Cu): 0.5% 이하, 망간(Mn): 0.3% 이하, 마그네슘(Mg): 0.3% 이하, 크롬(Cr): 0.2% 이하 및 아연(Zn): 0.2%이하 중 선택된 1종 이상을 포함하고, 그리고
하기 관계식 1-3을 각각 만족하는 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금을 제공한다.
[관계식 1]
3.7중량%≤ Si+Fe≤4.1중량%
[관계식 2]
2.1≤ Si/Fe≤5.8
[관계식 3]
2.47≤ [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] ≤ 80.0
본 발명에서 상기 관계식 1에 의해 정의되는 Si+Fe 값이 3.9~4.0중량%인 것이 바람직하다.
또한 상기 관계식 2에 의해 정의되는 Si/Fe 함량비가 2.5~4.0인 것이 바람직하다.
또한 상기 불순물은. 중량%로, 구리(Cu): 0.1% 이하, 망간(Mn): 0.05% 이하, 마그네슘(Mg): 0.05% 이하, 크롬(Cr): 0.1% 이하 및 아연(Zn): 0.1%이하 중 선택된 1종 이상을 포함함이 바람직하다.
그리고 상기 불순물의 총합을 0.15중량% 이하로 제한함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.10중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.05중량%이하로 제한하는 것이다.
또한 상기 관계식 3에 의해 정의되는 [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] 함량비가70.0~80.0의 범위를 가짐이 바람직하다.
본 발명의 알루미늄 합금은 항복강도가 80~90N/mm 2이고, 열전도도가 185~195W/mK 범위를 만족할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성의 본 발명은, 높은 유동성을 확보하여 박판 주조가 가능하면서, 고열전도율이 달성가능한 주조용 알루미늄 합금을 유효하게 제공할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 항복강도 80 N/mm 2 이상(ASTM E8/E8M-16a 기준), 열전도율 185~195W/mK[laser Flash 법 기준] 및 박판성형 0.5T 까지 주조 가능한 알루미늄 합금재를 효과적으로 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1(a-b)는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 주조품에 대한 주조불량 정도를 보여주는 제품사진으로서, 도 1(a)은 본 발명의 주조품(발명예 4)을, 그리고 도 1(b)는 본 발명의 조건을 벗어난 주조품(비교예 2)을 나타내는 사진이다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명의 일측면에 따른 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금은, 중량%로, 실리콘(Si): 2.5~3.5%, 철(Fe): 0.6~1.2%, 잔여 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 불순물은, 구리(Cu): 0.5% 이하, 망간(Mn): 0.3% 이하, 마그네슘(Mg): 0.3% 이하, 크롬(Cr): 0.2% 이하 및 아연(Zn): 0.2%이하 중 선택된 1종 이상을 포함하고, 그리고 상기 관계식 1-3을 각각 만족한다.
본 발명은 기지금속 알루미늄의 주조성을 향상시킬 수 있는 Si와 알루미늄 기지에 고용되어 고용강화 효과를 얻을 수 있는 Fe의 함량 및 그 함량비를 적정하게 제어한다. 또한 상기 Si와 Fe원소들의 전체 함량 대비 불순원소의 전체함량의 비를 일정범위로 제어함을 특징으로 한다.
이에 의해, 주조성이 우수하고, 나아가, 제조된 주조품의 항복강도 및 열전도특성이 우수한 알루미늄 합금을 제공할 수 있음을 확인하고 본 발명을 제시하는 것이다.
이하, 상기 각 합금원소의 첨가 및 함량 한정이유를 설명하며, 여기에서, "%"란 중량 %를 의미한다.
·실리콘(Si): 2.5~3.5%
본 발명에서 실리콘(Si)은 소지 알루미늄에 합금원소로 첨가되어 주조성을 향상시키고 고용강화 효과에 따라서 인장강도를 증가시킬 수 있는 원소이다. 본 발명에서는 실리콘(Si) 함량을 2.5~3.5% 범위로 제한함이 바람직하다. 만일 실리콘 함량이 2.5% 미만이면 합금의 주조성이 저하되어 다이캐스팅에 의하여 제품을 성형할 때에 일부 미성형부가 발생되어 주조품의 건전성이 크게 훼손될 수 있고, 상기 실리콘의 함량이 3.5%를 초과하면 열전도도가 저하되어, 본 발명에서 목적으로 하는 185W/mK 이상의 열전도도를 얻을 수 없기 때문이다.
철(Fe): 0.6~1.2%
본 발명에서 철(Fe)은 상온에서 알루미늄에의 고용도가 0.052중량%로서 매우 낮아 주조 후에는 대부분 Al3Fe 등의 금속간화합물로 정출되기 때문에 알루미늄에 첨가되어 알루미늄의 열전도도 저하를 최소화하면서 강도를 증가시킬 수 있고, 동시에 다이캐스팅에 의하여 알루미늄 합금 제품을 성형할 때에 금형소착을 줄일 수 있도록 하는 합금원소이다. 본 발명에서는 철(Fe) 함량을 0.6~1.2% 범위로 제한함이 바람직하다. 만일 상기 철의 함량이 0.6% 미만이면 금형소착 방지 효과가 낮아져 다이캐스팅에 의하여 제품을 성형할 때에 일부 금형부위에 제품의 소착 현상이 발생하고 기계적 강도도 충분하지 못하게 되고, 상기 철의 함량이 1.2%를 초과하면 합금내에서 Fe-부화상(Fe-rich상)이 과도하게 정출되어, 합금의 주조성을 저하시키기 때문이다
·Si+Fe
[관계식 1]
3.7중량%≤ Si+Fe ≤4.1중량%
본 발명에서는 상기 관계식 1에 의해 정의되는 Si와 Fe 합금원소의 합을 3.7중량% 이상 4.1중량% 이하의 범위로 제한함이 바람직하다. 만일 상기 Si와 Fe 원소 함량의 합이 3.7중량% 미만이면, 항복강도가 기준을 충족시키지 못해 가공성이 저하됨과 아울러, 주조품에서 용탕의 이동 통로인 게이트, 런너, 오버플로우가 용이하게 분리되지 않는 문제가 있고, 4.1중량%를 초과하면 열전도율이 목표 기준을 충족시키지 못할 수가 있다.
보다 바람직하게는, 상기 관계식 1에 의해 정의되는 Si+Fe 값을 3.9중량% 이상과 4.0중량% 이하의 범위로 관리하는 것이다.
·Si/Fe
[관계식 2]
2.1≤ Si/Fe ≤5.8
본 발명에서는 또한 상기 관계식 2에 의해 정의되는 Si/Fe 함량비를 2.1 이상과 5.8 이하의 범위로 관리함이 바람직하다. 만일 상기 Si/Fe 비가 2.1 미만이면 Fe 함량 증대로 인한 유동성 저하의 문제가 있고, 5.8를 초과하면 용탕이 금형에 소착되어 연속 작업이 어려워지는 문제가 있을 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 관계식 2에 의해 정의되는 Si/Fe 함량비를 2.5 이상 4.0 이하의 범위로 관리하는 것이다.
또한 본 발명의 주조용 알루미늄 합금은, 상기 실리콘(Si): 2.8~3.2%, 철(Fe): 0.8~1.1%을 포함하는 것이 바람직하다.
기타, 본 발명의 알루미늄 합금은 잔여 성분으로 소지 알루미늄과 불가피한 불순물을 포함한다. 본 발명에서 불순물의 함량 제어는 알루미늄 합금을 이용하여 제조된 주조품의 방열특성 등에 큰 영향을 주므로 그 함량을 가급적 줄이는 것이 바람직하다.
본 발명의 알루미늄 합금은, 중량%로, 구리(Cu): 0.5% 이하, 망간(Mn): 0.3% 이하, 마그네슘(Mg): 0.3% 이하, 크롬(Cr): 0.2% 이하 및 아연(Zn): 0.2%이하 중 선택된 1종 이상의 총합으로 1.5%이하를 포함할 수 있다. 본 발명에서는 상기 불순물의 총합을 0.15중량% 이하로 제한함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.10중량량% 이하, 가장 바람직하게는 0.05중량%이하로 제한하는 것이다. 이하, 개개의 불순물의 함량 첨가 및 그 제한사유를 살펴본다.
·구리(Cu): 0.5% 이하
본 발명에서 구리는 절삭 가공성을 개선시키나 내식성을 저하시키며, 첨가 시 Si, Fe와 상을 이루어 전위의 이동을 방해하므로 그 함량을 0.5% 이하로 관리함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1% 이하로 관리하는 것이다.
·망간(Mn): 0.3% 이하
망간은 천이원소로써 재결정 온도를 증가시키고, 열간가공에서 섬유조직의 형성을 촉진시켜 결정립 성장을 억제하므로 그 함량을 0.3% 이하로 관리함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.05% 이하로 관리하는 것이다.
·마그네슘(Mg): 0.3% 이하
마그네슘은 일반적으로 Al과 결합하여 Al 2Mg 2상을 형성하여 강도, 연성 및 내식성을 증가시키는 원소이나, 그 함량이 과다하면 열전도율이 10 W/mK 이상 저하되므로 0.3% 이하 범위로 관리함이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 0.05% 이하로 관리하는 것이다.
·크롬(Cr): 0.2% 이하
크롬은 응력부식 균열을 방지하고 내식성을 향상시키나, 열전도율을 저하시키므로 그 함량을 0.2% 이하로 관리함이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 0.1% 이하로 관리하는 것이다.
·아연(Zn):0.2% 이하
아연은 항복강도 증가시키나 열전도율을 저하시키므로 그 함량을 0.2% 이하로 관리함이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 0.1% 이하로 관리하는 것이다. .
·[(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)]
[관계식 3]
2.47≤ [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] ≤ 80.0
본 발명에서는 상기 관계식 3에 의해 정의되는 [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] 함량비를 2.4 초과 80.0 이하의 범위로 관리함이 바람직하다. 만일 상기 값이 2.47 미만이면 불순물 함유량에 따른 열전도율 저하의 문제가 있고, 80.0을 초과하면 열전도율이 더 이상 증가하지 않을 뿐만 아니라, 지나치게 초고순도 재료를 선택함에 따라 원가, 제조 공정 및 양산성이 비효율화가 되는 문제가 있다.
나아가, 본 발명에서는 상기 관계식 3에 의해 정의되는 [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] 함량비가 70.0~80.0의 범위를 만족하는 것이 보다 바람직하다.
상술한 바와 같은 조성성분을 갖는 본 발명의 알루미늄 합금 주조품은 항복강도가 80~90N/mm 2이고, 열전도도가 185~195W/mK 범위를 만족할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
(실시예)
하기 표 1과 같은 조성 성분을 만족하는 알루미늄 합금의 원료를 준비한 후, 이를 전기저항식 용해로에 장입하여 대기 중에서 원료를 용해하여 용탕을 각각 제조하였다. 이후, 이들을 다이캐스팅으로 고압 주조하여 알루미늄 합금 주조편을 각각 제조하였다. 한편 본 다이캐이스팅에는 도시바 250톤 및 우베 3550t 설비를 이용하였다.
상기와 같이 제조된 주편에 대하여, 항복 강도 및 열전도율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 또한 상기 주편의 주조성을 확인하기 위하여, 주조품 200개 작업 기준(주조 사이클 제품 1EA당 약 3분) 주조불량 여부를 육안으로 평가하였다.
한편 본 실험에서 상기 항복강도는 ASTM E8/E8M-16a 기준에 근거하여 측정하였다.그리고 열전도율은 레이저플래쉬법, NETZSCH LFA Analysis(KS L 1604)에 근거하여 측정하였으며, 구체적으로, 지름 12.5~12.8mm와 두께 1~3mm의 시편을 마련하여, 25℃의 온도 및 15% R.H 습도하에서 레이저플래쉬법, NETZSCH LFA Analysis(KS L 1604)에 근거하여 측정하였다. 그리고 상기 주편에 대한 주조성은 주조품에 대한 주조불량을 관찰결과, 불량률이 1% 이하인 경우을 "상", 불량률 5% 이하인 경우를 "중", 그리고 불량률이 10% 이하인 경우를 "하"로 평가하였다
주편 No. 합금 조성(중량%) 비고
Si Fe Si+Fe Si/Fe Cu Mn Mg Cr Zn A*
1 2.5 1.2 3.7 2.1 0.5 0.3 0.3 0.2 0.2 2.47 발명예1
2 3.0 0.9 3.9 3.3 0.5 0.3 0.3 0.2 0.2 2.60 발명예2
3 3.5 0.6 4.1 5.8 0.5 0.3 0.3 0.2 0.2 2.73 발명예3
4 2.8 1.1 3.9 2.5 0.005 0.005 0.005 0.015 0.02 78.00 발명예4
5 3.0 0.95 3.95 3.2 0.005 0.005 0.005 0.015 0.02 79.00 발명예5
6 3.2 0.8 4.0 4.0 0.005 0.005 0.005 0.015 0.02 80.00 발명예6
7 2.5 0.4 2.9 6.3 0.5 0.3 0.3 0.2 0.2 1.93 비교예1
8 3.0 1.6 4.5 2.0 0.5 0.3 0.3 0.2 0.2 1.76 비교예2
9 3.5 3.0 6.5 1.2 0.5 0.3 0.3 0.2 0.2 1.63 비교예3
10 2.8 1.1 3.9 2.5 0.8 0.5 0.5 0.4 0.4 1.11 비교예4
11 3.0 0.95 3.95 3.2 1.0 0.7 0.7 0.6 0.6 1.27 비교예5
*표 1에서 잔여 성분은 Al이며, A*는 [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] 값을 의미한다.
주편 No. 항복강도(N/mm 2) 열전도율(W/mK) 주조성 비고
1 82 185 상 발명예1
2 86 189 상 발명예2
3 88 188 상 발명예3
4 86 190 상 발명예4
5 88 195 상 발명예5
6 85 193 상 발명예6
7 66 172 중 비교예1
8 86 165 하 비교예2
9 90 130 하 비교예3
10 87 153 중 비교예4
11 92 148 하 비교예5
상기 표 1-2에 나타난 바와 같이, 알루미늄 합금 조성성분비가 본 발명의 범위를 만족하는 발명예 1-6의 경우 모두 우수한 주조성을 가질 뿐만 아니라, 항복강도 및 열전도율 또한 우수함을 확인할 수 있다. 특히, [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] 값이 70.0~80.0 범위로 제어된 발명예 4-6이 그렇지 않은 발명예 1-3 대비 특성이 우수함을 알 수 있다.
이에 대하여, 비교예 1은 Si+Fe 값과 Si/Fe 함량비가 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, 특히 주편의 항복강도가 많이 떨어지고 열전도율 또한 나빠졌다.
또한 비교예 2-3은 Si+Fe 값과 Si/Fe 함량비 뿐만 아니라 [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] 값이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, 특히, 열전도율이 아주 나빠졌다.
나아가, 비교예 4-5는 Si+Fe 값과 Si/Fe 함량비는 본 발명의 범위를 만족하나, [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] 값이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, 열전도율이 대폭 낮아지는 것으로 관찰되어 불순물이 열전도율이 미치는 영향을 뚜렷하게 확인 할 수 있다.
한편 도 1(a-b)는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 주조품에 대한 주조불량 정도를 보여주는 제품사진으로서, 도 1(a)은 본 발명의 주조품(발명예 4)을, 그리고 도 1(b)는 본 발명의 조건을 벗어난 주조품(비교예 2)을 나타내는 사진이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 중량%로, 실리콘(Si): 2.5~3.5%, 철(Fe): 0.6~1.2%, 잔여 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    상기 불순물은, 구리(Cu): 0.5% 이하, 망간(Mn): 0.3% 이하, 마그네슘(Mg): 0.3% 이하, 크롬(Cr): 0.2% 이하 및 아연(Zn): 0.2%이하 중 선택된 1종 이상을 포함하고, 그리고
    하기 관계식 1-3을 각각 만족하는 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금.
    [관계식 1]
    3.7중량%≤ Si+Fe ≤4.1중량%
    [관계식 2]
    2.1≤ Si/Fe ≤5.8
    [관계식 3]
    2.47≤ [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] ≤ 80.0
  2. 제 1항에 있어서, 본 발명에서 상기 관계식 1에 의해 정의되는 Si+Fe 값이 3.9~4.0중량%를 만족하는 것을 특징으로 하는 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금.
  3. 제 1항에 있어서, 또한 상기 관계식 2에 의해 정의되는 Si/Fe 함량비가 2.5~4.0을 만족하는 것을 특징으로 하는 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 주조용 알루미늄 합금은, 상기 실리콘(Si): 2.8~3.2%, 철(Fe): 0.8~1.1%을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금.
  5. 제 1항에 있어서. 상기 불순물은, 중량%로, 구리(Cu): 0.1% 이하, 망간(Mn): 0.05% 이하, 마그네슘(Mg): 0.05% 이하, 크롬(Cr): 0.1% 이하 및 아연(Zn): 0.1%이하 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 불순물을 그 총합으로 0.05중량%이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 관계식 3에 의해 정의되는 [(Si+Fe)/(Cu+Mn+Mg+Cr+Zn)] 함량비가 70.0~80.0의 범위를 가짐을 특징으로 하는 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 항복강도가 80~90N/mm 2이고, 열전도도가 185~195W/mK 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 열전도율이 우수한 주조용 알루미늄 합금.
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