KR20060130658A

KR20060130658A - 열전도성이 우수한 열처리용 알루미늄 합금 주조재 및 그제조 방법

Info

Publication number: KR20060130658A
Application number: KR1020067019220A
Authority: KR
Inventors: 히로시 호리까와; 산지 기따오까; 마사히꼬 시오다; 도시히로 스즈끼; 다까히꼬 와따이; 히데또시 가와다
Original assignee: 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2006-12-19
Also published as: US8936688B2; EP2281909A1; EP2275584A1; EP2281909B1; EP1736561B1; US20110132504A1; EP2275584B1; US20120168041A1; EP1736561A1; EP1736561A4; WO2005098065A1

Abstract

본 발명은 Si를 첨가하여 주조성을 향상시킨 알루미늄 합금 주조재의 열전도율을 향상시킨 열전도용 알루미늄 합금 주조재를 제안하는 것이다. 상기 발명은 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 주조재에 있어서, Si : 5 내지 10.0 질량 ％, Mg : 0.1 내지 0.5 질량 ％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 시효 처리를 실시한 것을 특징으로 한다. 또한, 종래의 알루미늄 합금 주물과 동등 이상의 기계적 강도 및 주조성을 가지면서, 또한 열전도성이 향상된 알루미늄 합금 주물 및 이러한 알루미늄 합금 주물의 제조 방법을 제공한다. 상기 발명은 알루미늄 합금 주물 및 그 제조 방법이며, Si : 6.0 내지 8.0 질량 ％를 포함하고, Si 및 Al 이외의 원소가 단일체로 0.6 ％ 이하이고, 알루미늄 모상 중의 Si 고용량이 0.5 내지 1.1 질량 ％로 조정되고, 금속 조직 중의 정출물의 면적률이 5 내지 8 ％로 조정된 것으로 한다. 또한, Si 고용량과 정출물의 면적률은 주조 후에 알루미늄 합금 주물 소재를 400 내지 510 ℃에서 1시간 이상의 가열 유지 처리를 행함으로써 달성된다.

Si, Mg, Al, Fe, 알루미늄 합금 주물

Description

열전도성이 우수한 열처리용 알루미늄 합금 주조재 및 그 제조 방법{ALUMINUM ALLOY CASTING MATERIAL FOR HEAT TREATMENT EXCELLING IN HEAT CONDUCTION AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 높은 열전도율을 갖는 알루미늄 합금 주조재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 높은 열전도율을 갖는 알루미늄 합금 주조재는, 방열성을 높이기 위해 복잡한 형상을 갖는 히트 싱크나 박육부를 갖는 히트 싱크 등에 적절하게 사용할 수 있다.

알루미늄 합금은 일반적으로 알루미늄 순도가 높은 합금일수록 열전도율이 높다. 따라서, 높은 열전도율을 필요로 하는 경우에는 순알루미늄을 사용하는 것도 고려되지만, 순알루미늄은 강도가 낮아 주조성이 나쁘다는 문제가 있고, 따라서 복잡한 형상의 것이나 박육부를 갖는 것은 주조할 수 없었다.

그로 인해, 복잡한 형상의 히트 싱크를 제조하는 경우에는, 예를 들어 일본 특허 공개 2001-316748호 공보, 일본 특허 공개 2002-3972호 공보, 일본 특허 공개 2002-105571호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 열전도율을 어느 정도 희생으로 해도 주조성을 향상시키기 때문에 Si를 첨가한 알루미늄 합금이 이용되고 있다.

그런데, 최근의 전자 기기의 고성능화에 수반하여, 더 고성능인 히트 싱크가 요구되도록 되어 왔다. 그로 인해, 종래의 알루미늄 합금 주물보다도, 열전도성이 더 우수한 합금의 개발이 기다리고 있었다.

종래 기술이 갖는 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 Si를 첨가하여 주조성을 향상시킨 알루미늄 합금 주조재이며, 동시에 열전도율을 향상시킨 열전도용 알루미늄 합금 주조재를 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 이러한 알루미늄 합금 주물을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명이 제안하는 청구항 1에 관한 알루미늄 합금 주조재는 Si : 5 내지 10.0 질량 ％, Mg : 0.1 내지 0.5 질량 ％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 시효 처리가 실시된 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 주조재이다.

청구항 2에 관한 본 발명에 따르면, 상기한 알루미늄 합금 주조재에는, 또한 Fe : 0.3 내지 0.6 질량 ％를 포함해도 좋다.

이들의 조성을 갖는 알루미늄 합금 주조재는, 이하에 실시예를 들어 서술하는 바와 같이 높은 열전도율과 강도에 부가하여 우수한 주조성을 아울러 갖는 알루미늄 합금 주조재이다.

청구항 3에 관한 본 발명에 따르면, 시효 처리로서는 160 내지 270 ℃의 온도에서 1 내지 10시간 유지하는 것을 제안한다.

청구항 4에 관한 본 발명은, 또한 시효 처리를 실시하기 전에 480 내지 540 ℃에서 1 내지 10시간 유지하여 용체화 처리를 행하고, 그 후 100 ℃/초 이상의 냉각 속도로 100 ℃ 이하의 온도까지 냉각하여 켄칭하는 것을 제안하는 것이다.

실시예를 들어 서술하는 바와 같이, 상술한 시효 처리나 용체화 처리를 행함으로써, 상기 알루미늄 합금 주조재의 열전도 특성과 기계적 강도가 한층 향상하는 것이 발견되었다.

그것과, 본 발명자 등은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, Al-Si계 알루미늄 합금 주물의 모상(母相) 중의 Si 고용(固溶)량과 금속 조직 중의 정출물의 면적률이 주물의 열전도도와 강도에 크게 영향을 미치고, Si 고용량과 정출물의 면적률을 양쪽 모두 최적의 값으로 하면, 충분한 기계적 강도를 가지면서 열전도성이 특히 우수한 알루미늄 합금 주물이 얻어지는 것도 발견하였다.

또한, Si 고용량과 정출물의 면적률은, 주조 후의 가열 유지 처리에 의해 제어할 수 있는 것을 알았다.

그러나, 청구항 5에 관한 본 발명에 따르면 Si : 6.0 내지 8.0 질량 ％를 포함하고, Si 및 Al 이외의 원소가 단일체로 0.6 ％ 이하이고, 알루미늄 모상 중의 Si 고용량이 0.5 내지 1.1 질량 ％, 바람직하게는 0.55 내지 1.05 질량 ％, 보다 바람직하게는 0.6 내지 1.0 질량 ％로 조정되고, 금속 조직 중의 정출물의 면적률이 5 내지 8 ％, 바람직하게는 5.5 내지 7.5 ％, 보다 바람직하게는 6.0 내지 7.0 ％로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 주물이 제공된다.

여기서, 청구항 6에 관한 본 발명에 따르면, 상기 알루미늄 합금 주물은, 바람직하게는 Si 및 Al 이외의 원소가, Mg : 0.2 내지 0.5 질량 ％, Fe : 0.6 질량 ％ 이하 및 합계량이 0.2 질량 ％ 이하의 그 외의 원소로 이루어지는 조성을 갖는다.

또한, 청구항 7에 관한 본 발명에 따르면, 상기 알루미늄 합금 주물은, 상기 그 외의 원소 중에 Ti 및/또는 Zr이 포함되는 경우, Ti 및/또는 Zr의 양이 0.03 질량 ％ 이하로 조정되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 청구항 8에 관한 본 발명에 따르면, 알루미늄 합금 주물은, 종래의 알루미늄 합금 주물보다도 우수한 열전도도를 갖는 것이고, 바람직하게는 160 W/mㆍk이상, 보다 바람직하게는 165 W/mㆍk이상의 열전도도를 나타낸다.

또한, 청구항 9에 관한 본 발명에서는, Si를 6.0 내지 8.0 질량 ％ 포함하고, Si 및 Al 이외의 원소가 단일체로 0.6 질량 ％ 이하의 알루미늄 합금 주물 소재를 400 내지 510 ℃에서 1시간 이상 가열 유지 처리하는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 주물의 제조 방법이 제공된다.

여기서, 알루미늄 합금 주물 소재는, 바람직하게는 Si : 6.0 내지 8.0 질량 ％, Mg : 0.2 내지 0.5 질량 ％, Fe : 0.6 질량 ％ 이하를 포함하고, 잔량부는 알루미늄과 합계량이 0.2 질량 ％ 이하의 그 외의 원소로 이루어지고, 또 알루미늄 합금 주물 소재 중의 Ti 및/또는 Zr이 0.03 질량 ％ 이하로 조정되어 있다. 알루미늄 합금 주물 소재의 가열 유지 처리의 시간은 1시간 이상이다. 또한, 7시간 이상 가열 유지 처리를 실시해도, 그 이상의 특성의 향상을 얻을 수 없으므로 7시간 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상술한 우수한 열전도 특성과 기계적 강도를 갖고, 주조성이 우수한 알루미늄 합금의 특성을 살려 복잡한 형상을 갖는 히트 싱크나 박육부를 갖는 히트 싱크를 적절하게 제조하는 것이 가능해진다.

도1은 생주물재(as-cast material) 및 알루미늄 합금 주물(N0.1, 4 내지 6)의 조직을 나타내는 도면 대용의 현미경 사진이다.

청구항 1 내지 4에 관한 본 발명에 대해 이하에 설명한다.

Al-Si계 알루미늄 합금에 있어서, Mg은 기계적 강도를 향상시키는 작용이 있지만 열전도율을 저하시키므로, 높은 열전도율이 필요하게 되는 주조재에는 가능한 한 Mg의 함유량을 낮게 하는 것이 바람직하다고 판단되고 있었다.

그러나, 본 특허 출원의 발명자 등은 예의 연구를 거듭한 결과, 본원에 관한 합금 조성의 경우에는 0.1 내지 0.5 질량 ％의 범위의 Mg을 첨가하고, 적절한 시효 처리를 행하면 모상 중의 Si의 고용량이 감소하여 열전도율이 향상되는 것을 발견하였다.

그래서, 본원 발명은 Al-Si계 알루미늄 합금에 Mg을 0.1 내지 0.5 질량 ％ 첨가함으로써 알루미늄 합금 주조재의 열전도율을 높이고 있다.

이하에, 각 조성의 효과에 대해 간단히 설명한다.

(Si : 5 내지 10.0 질량 ％)

Si는 주조성을 향상시키는 작용을 갖는다. 히트 싱크와 같은 복잡한 형상이 나 박육부를 갖는 것을 주조하는 경우에는, 주조성의 관점으로부터 Si를 5 질량 ％ 이상 첨가하는 것이 필요하게 된다. Si는 또한 주조재의 기계적 강도, 내마모성, 방진성을 향상시키는 작용을 갖는다. 그러나, Si는 증가와 함께 합금의 열전도율과 확산성을 저하시키고, Si의 양이 10 질량 ％를 넘으면 소성 가공성이 불충분하게 되므로 10.0 질량 ％ 이하인 것이 바람직하다.

(Fe : 0.3 내지 0.6 질량 ％)

Fe은 알루미늄 합금의 기계적 강도를 향상시키는 동시에, 다이캐스트법으로 주조하는 경우에는 금형의 소부를 방지하는 작용이 있다. 이 효과는 Fe이 0.3 질량 ％ 이상 포함되면 현저해진다. 그러나, Fe의 증가에 수반하여 열전도율과 확산성이 저하하고, Fe의 양이 0.6 질량 ％를 넘으면 소성 가공성이 불충분해진다.

(Mg : 0.1 내지 0.5 질량 ％)

Mg은 시효 처리시에 모상 중의 Si와 Mg-Si계 화합물을 형성하여 석출하고, 모상 중의 Si 고용량을 저하시켜 열전도율을 향상시킨다. 또한, Mg의 첨가에 의해 기계적 강도가 향상된다. 이 효과는 Mg의 첨가량이 0.1 질량 ％ 이상에서 현저해지지만, 첨가량이 0.5 질량 ％를 넘으면 반대로 열전도율이 저하된다.

(불가피 불순물)

불순물의 증가에 수반하여 열전도율이 저하하므로, 불가피 불순물은 0.1 질량 ％ 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 특히, Ti, Mn 및 Zr은 열전도율로의 영향이 크므로 0.05 질량 ％ 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

(용체화 처리 : 480 내지 540 ℃에서 1 내지 10시간, 그 후 켄칭)

상기한 조건으로 용체화 처리를 행함으로써, 주조 조직에 보여지는 미크로 마크로적인 편석을 완화하여 열전도 특성이나 기계적 강도에 관한 변동을 감소시키고, 모상 중의 Mg-Si계 석출물의 고용화를 촉진하고, Fe 등의 천이 원소의 과포화 고용분을 석출시켜 열전도율을 향상시키고, 또한 Si 입자를 구형화하여 확산성을 향상시켜 소성 가공성을 향상시킬 수 있다.

처리 온도가 480 ℃ 미만, 혹은 유지 시간이 1시간 미만에서는 상기한 효과가 불충분하고, 반대로 540 ℃를 넘거나, 혹은 10시간을 넘어 유지하면 국부 용융이 발생하여 강도가 저하할 가능성이 높아진다. 용체화 처리의 효과를 보다 한층 얻기 위해서는, 처리 온도를 500 ℃보다 고온으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 용체화 처리를 행하지 않는 경우에는, 주조 후 200 ℃까지는 냉각 속도 100 ℃/초 이상으로 냉각하는 것이 바람직하다.

(시효 처리 : 160 내지 270 ℃에서 1 내지 10시간)

상기한 시효 처리에 의해, 모상 중에 고용하고 있는 Si와 Mg을 Mg-Si계 화합물로서 석출시키고, 모상 중에 고용하고 있는 Si와 Mg의 양을 감소시킴으로써 합금의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 또한, Mg-Si계 화합물은 합금의 기계적 강도를 향상시킨다. 시효 조건이 160 ℃ 미만이나 1시간 미만에서는 Mg-Si계 화합물의 석출량이 비교적 적으므로 열전도율의 향상이 작다. 반대로, 270 ℃나 10시간을 넘으면 과시효가 되어 강도가 저하한다. 열처리의 조건은 합금 조성과 동일하게 요구되는 열전도율과 강도 등의 특성으로부터, 또한 공업 생산상의 제약을 고려하여 선택할 수 있지만, 열전도도로 강도의 균형을 고려하면 180 ℃ 내지 250 ℃에서 4 내지 8 hr의 범위인 것이 보다 바람직하다.

이하에 청구항 1 내지 4에 관한 본 발명 실시예에 대해 서술한다.

(제1 실시예)

Si를 7.0 질량 ％ 함유하는 Al 합금에, Mg을 0, 0.3, 0.5, 0.6 질량 ％ 첨가한 합금의 주조재를 준비하고, 그 후 상기 주조재에 대해 표 1에 나타내는 조건으로 시효 처리를 행하여 열전도율을 측정하였다. 열전도율의 측정 결과를 아울러 표 1에 나타낸다. 또한, Mg을 0, 0.3 질량 ％ 함유하는 합금에 대해서는, Si와 Mg의 고용량도 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 주조는 중력 금형 주조법으로 행하였다.

[표 1]

	시효 조건
	시효 없음	100 ℃ × 8시간	180 ℃ × 8시간	200 ℃ × 4시간	250 ℃ × 4시간
0 질량 ％	170	170	170	172	173	비교예
0.1 질량 ％	165	166	173	177	180	발명예
0.3 질량 ％	161	163	171	174	176
0.5 질량 ％	157	160	169	171	173
0.6 질량 ％	155	159	162	165	171	비교예

열전도율의 단위 : λ/wㆍm^-1ㆍk^-1

[표 2]

Mg량	시효 조건	Si 고용량	Mg 고용량	Si ＋ Mg
0 질량 ％	시효 없음	0.50 질량 ％	＜ 0.01 질량 ％	0.50 질량 ％
0 질량 ％	200 ℃ × 4시간	0.47 질량 ％	＜ 0.01 질량 ％	0.47 질량 ％
0.3 질량 ％	시효 없음	0.45 질량 ％	0.19 질량 ％	0.64 질량 ％
0.3 질량 ％	200 ℃ × 4시간	0.20 질량 ％	0.08 질량 ％	0.28 질량 ％

표 1에 따르면, Mg을 첨가한 주조재는, 시효 처리를 실시하지 않은 상태에서 는 Mg을 첨가하고 있지 않은 주조재보다도 열전도율이 낮지만, 시효 처리를 실시하면 Mg을 첨가하고 있지 않은 주조재와 동등 이상까지 열전도율이 향상하고 있는 것을 알았다. 단, Mg을 0.6 질량 ％ 첨가한 주조재는, 열전도율의 향상은 불충분하고 Mg을 첨가하고 있지 않은 주조재보다도 낮다. 이것은, Mg의 첨가에 수반하는 Si의 고용량 저하가 초래하는 열전도율의 향상보다도, Mg의 고용량의 증가에 의한 열전도율의 저하의 영향이 크기 때문이라고 판단된다.

또한, 표 2는, 시효 처리를 행하면 Mg을 첨가한 합금의 Si 고용량이 낮아지는 것을 나타내고 있다.

(제2 실시예)

Si를 7.0 질량 ％, Fe을 0.4 질량 ％ 함유하는 Al 합금에, Mg을 0 및 0.3 질량 ％ 첨가한 주조재를 준비하였다. 또한, 주조재는, PF 다이캐스트법에 의해 주조하였다. 이렇게 얻어진 주조재를 500 ℃에서 2시간 용체화 처리한 후, 물 켄칭하였다. 그 후 열전도율을 측정하고, 그 후 250 ℃에서 4시간 시효 처리하고, 다시 열전도율을 측정하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3에 따르면, Fe을 함유하는 경우도, Mg을 첨가한 주조재는 시효 처리를 실시하지 않은 상태에서는, Mg을 첨가하고 있지 않은 주조재보다도 열전도율이 낮지만, 시효 처리를 실시하면 Mg을 첨가하고 있지 않은 주조재와 동등 이상까지 열전도율이 향상되는 것을 알았다.

[표 3]

Mg량	시효 조건
Mg량	시효 없음	250 ℃ × 4시간
0 질량 ％	168	170	비교예
0.3 질량 ％	158	175	발명예

열전도율의 단위 : λ/wㆍm^-1ㆍk^-1

청구항 5 내지 9에 관한 발명에 대해 설명한다.

본 발명의 적절한 실시예에서는, 본 발명의 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 주물은 Si : 6.0 내지 8.0 질량 ％를 포함하고, Si 및 Al 이외의 원소가 단일체로 0.6 ％ 이하이고, 알루미늄 모상 중의 Si 고용량이 0.5 내지 1.1 질량 ％로 조정되고, 금속 조직 중의 정출물의 면적률이 5 내지 8 ％로 조정되어 있다.

여기서, 상기 알루미늄 합금 주물은, 바람직하게는 Si 및 Al 이외의 원소가, Mg : 0.2 내지 0.5 질량 ％, Fe : 0.6 질량 ％ 이하 및 합계량이 0.2 질량 ％ 이하의 그 외의 원소로 이루어지는 조성을 갖는다.

이하에, 각 조성 및 정출물 면적률의 작용 및 한정 이유를 설명한다.

(Si : 6.0 내지 8.0 질량 ％)

Si는 주조성을 향상시키는 작용을 갖는다. 히트 싱크와 같은 복잡한 형상이나 박육부를 갖는 것을 주조하는 경우, 주조성을 충분한 것으로 하기 위해서는, Si를 6.0 질량 ％ 이상으로 하는 것이 필요하다. 이 Si는 Si계 정출물로서 정출하고, 주물의 기계적 강도, 내마모성, 방진성을 향상시키는 작용도 갖는다. 또한 Si량을 더 증대시키면 시킬수록 주조성 등은 향상되지만, Si량이 8.0 질량 ％를 넘으면 열전도성이 저하된다. 따라서, 본 발명의 목적에 있어서는, Si량은 6.0 내지 8.0 질량 ％의 범위로 되어 있어야만 한다.

(Mg : 0.2 내지 0.5 질량 ％)

Mg은 본 발명에 있어서는 필수적인 원소는 아니다. 그러나, Mg은 Mg계 정출물을 형성하고, 기계적 강도를 향상시키는 작용을 가지므로 기계적 강도가 특히 요구되는 경우에는 함유시키는 것이 바람직하다. 이 작용은 0.2 질량 ％ 이상에서 현저해지고, 반대로 0.5 질량 ％를 넘으면 열전도성이 저하한다. 또한, Mg의 일부는 Mg-Si계 석출물을 형성하고, 기계적 강도를 향상시키는 작용을 갖는다. 따라서, Mg을 함유시키는 경우에는 0.2 내지 0.5 질량 ％의 범위로 하는 것이 바람직하다.

(Fe : 0.6 질량 ％ 이하)

Fe은 불가피하게 혼입되는 불순물이지만, 기계적 강도를 향상시키는 동시에, 다이캐스트법으로 주조하는 경우에는 금형의 소부를 억제하는 작용도 갖는다. 그러나, Fe의 증가에 수반하여 열전도성과 확산성이 저하하고, Fe의 양이 0.6 질량 ％를 넘으면 소성 가공성이 불충분해진다. 따라서, Fe은 불가피하게 혼입된다고 해도, 0.3 질량 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

(Si , Al, Mg 및 Fe 이외의 그 외의 원소의 합계량)

본 발명에 의한 알루미늄 합금 주물은 Si, Mg, Fe, Al 이외의 원소도 합계로 0.2 질량 ％ 이하이면, 함유하고 있어도 좋다. 이들 원소는, 통상은 불가피 불순물이지만, 반드시 그렇다고 인식되어 있을 필요는 없다. 이들 원소로서는, 구체적으로는 Ti, Mn, Cr, B, Zr, P, Ca, Na, Sr, Sb 및 Zn 등을 들 수 있다.

또한 여기서, Ti, Mn 및 Zr은 열전도율에 미치는 영향이 크므로, 그들의 양 은 0.05 질량 ％ 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

(Si 고용량 : 0.5 내지 1.1 질량 ％)(바람직한 범위 : 0.55 내지 1.05 질량 ％, 더 바람직한 범위 : 0.6 내지 1.0 질량 ％)

알루미늄 합금 주물에 있어서, Si 고용량은 그 열전도성에 큰 영향을 미치고, Si 고용량이 1.1 질량 ％를 넘으면 열전도성이 저하된다. 한편, Si 고용량이 0.5 질량 ％ 미만이 되면 충분한 기계적 강도가 얻어지지 않게 된다.

(정출물의 면적률 : 5 내지 8 ％)(바람직한 범위 : 5.5 내지 7.5 ％, 더 바람직한 범위 : 6.0 내지 7.0 ％)

본 발명자 등이 새롭게 지견한 바이지만, 알루미늄 합금 주물에 있어서, 정출물의 면적률이 8 ％를 넘으면 정출물이 열전도를 저해하게 된다. 또한, 연신도 낮아진다. 한편, 정출물의 면적률이 5 ％ 미만으로 적으면 충분한 강도가 얻어지지 않게 된다.

본 발명자 등은, 상기한 알루미늄 합금 주물은, 종래의 주조성이 우수한 알루미늄 합금 주물을 소정 온도로 더 가열 유지 처리함으로써 얻어지는 것을 발견하였다.

즉, 본 발명에 관한 제조 방법은, 우선 소정의 조성을 갖는 알루미늄 합금 주물 소재를 제조한다. 주조법은 용탕 주조법, DC법, 금형 주조법 등등 종래부터 알려져 있는 임의의 주조법을 이용할 수 있고, 경우에 따라서는 시판의 알루미늄 합금 주물을 본 발명의 방법의 소재로서 이용할 수도 있다. 사용하는 알루미늄 합금 주물 소재는 Si를 6.0 내지 8.0 질량 ％ 포함하고, Si 및 Al 이외의 원소가 단 일체로 0.6 질량 ％ 이하인 것, 보다 바람직하게는 Si : 6.0 내지 8.0 질량 ％, Mg : 0.2 내지 0.5 질량 ％, Fe : 0.6 질량 ％ 이하를 포함하고, 잔량부는 알루미늄과 합계량이 0.2 질량 ％ 이하의 그 외의 원소로 이루어지는 것이다. 이러한 알루미늄 합금 주물로서는, 예를 들어 JIS 규격 AC4C 및 AC4CH 합금으로 주조한 주물을 들 수 있다.

이어서, 상기 알루미늄 합금 주물 소재를 400 내지 510 ℃로 가열 유지 처리한다. 이러한 가열 유지 처리에 의해 모상 중에 고용되어 있었던 Si가 석출하고, 모상 중의 Si 고용량이 0.5 내지 1.1 질량 ％의 범위가 되는 동시에 정출물의 일부가 모상 중에 고용하고, 정출물의 면적률이 5 내지 8 ％의 범위가 된다.

여기서, 가열 유지 온도는 510 ℃를 넘으면, 정출물이 모상 중에 고용하는 것이 많아지고, 그 결과 정출물의 면적률이 저하하는 동시에 Si 고용량이 많아져 열전도성이 저하한다. 또한, 기계적 강도도 저하한다. 반대로, 가열 유지 온도가 400 ℃ 이하인 경우, 모상 중의 Si가 석출하지 않고 Si 고용량이 감소하지 않으므로 열전도성이 향상하지 않는다. 또한, 정출물의 일부가 모상 중에 고용하지 않으므로 정출물의 면적률이 커져 열전도성이 저하한다.

또한, 가열 유지 처리는, 바람직하게는 1시간 이상 행하는 것이 바람직하다. 또한 5시간을 넘어 가열 유지해도, Si 고용량 및 정출물의 면적률은 그 이상은 거의 변화되지 않는다. 따라서, 비용면으로부터 유지 시간은 5시간 미만으로 하는 것이 바람직하다.

가열 유지 후에는 상온까지 냉각하지만, 그 후의 냉각은 수냉으로 냉각해도, 로냉(爐冷)으로 서냉해도 좋다. 냉각 속도에 의해 석출물의 양이 달라 Si의 고용량도 변화되지만, 본 발명 합금의 경우에는 가열 유지 처리시에 Si가 이미 석출하고, Si 고용량이 적어지고 있으므로 그 영향은 작다. 강도를 조금이라도 높게 하고자 하는 경우에는 수냉이 바람직하다. 그러나, 수냉의 경우, 부분 부분에 의해 냉각 속도가 달라 냉각시에 변형이 생기기 쉬우므로, 히트 싱크와 같은 박육부를 갖는 것의 경우에는 서냉이 바람직하다.

이하에 청구항 5 내지 9에 관한 본 발명을, 실시예에 의해 더 상세하게 설명한다.

(제3 실시예)

Si를 7.1 질량 ％, Mg을 0.32 질량 ％, Fe을 0.2 질량 ％와 알루미늄으로 이루어지고, 그 외의 원소의 합계량이 0.2 질량 ％ 이하인 알루미늄 합금 주물 소재(JIS 규격 AC4C에 상당)를 DC 주조법에 의해 203φ x 2000 ㎜로 주조하였다. 이렇게 하여 얻어진 생주물재(N0.1)를 380 ℃, 420 ℃, 450 ℃, 500 ℃, 535 ℃, 550 ℃에서 5시간 유지하고, 그 후 수냉에 의해 상온까지 냉각하여 알루미늄 합금 주물(N0.2 내지 7)을 얻었다.

생주물재(N0.1) 및 상기한 바와 같이 하여 가열 유지 처리를 실시하여 얻어진 알루미늄 합금 주물(N0.4 내지 6)에 대해 현미경에 의한 조직 관찰을 행하였다. 그 결과의 일부를 도1에 나타낸다.

또한, 상기 생주물재 및 알루미늄 합금 주물에 대해 각각 열전도도, 인장 강도, Si 고용량 및 정출물의 면적률을 측정하였다.

여기서, Si 고용량에 대해서는, 합금중의 Si량과 열페놀 잔사 중의 Si량을 화학 분석에 의해 구하고, 얻어진 합금중의 Si량으로부터 페놀 잔사 중의 Si량을 뺀 것을 Si 고용량으로 하였다. 또한, 열페놀 용해 잔류물은, 합금을 열페놀로 용해한 것을 멤브레인 필터(0.1 ㎛)에서 여과하여 회수하였다.

또한, 정출물의 면적률에 대해서는, 주물을 경면 연마한 후 화상 처리ㆍ해석 장치에 세트하여 측정하였다. 측정은 1시야(視野, 0.014 ㎟)를 10시야 측정하고, 그 평균치를 취하였다.

이상의 측정의 결과를 표 4에 정리한다.

[표 4]

N0.	가열 유지 처리 온도(℃)	Si 고용량 (질량 ％)	정출물 면적률 (％)	열전도도 (W/m.k)	인장 강도 (㎫)	연신 (％)	비고
1	생주물재	0.92	10.0*	159	220	15	비교예
2	380 ℃	0.48*	9.8*	158	150	17	비교예
3	420 ℃	0.59	6.9	187	163	21	발명예
4	450 ℃	0.63	6.2	184	166	25	발명예
5	500 ℃	0.98	6.8	168	228	24	발명예
6	535 ℃	1.23*	5.5	158	249	25	비교예
7	550 ℃	1.26*	5.0	153	225	25	비교예

이 표4 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 가열 유지 처리를 실시하고 있지 않는 생주물재(N0.1) 및 가열 유지 처리 온도가 낮은 비교 알루미늄 합금 주물(N0.2)은 정출물의 면적률이 크고, 그로 인해 열전도도 및 연신이 낮아져고 있다. 이것으로부터, 정출물이 열전도를 저해하고 있는 것이 확인된다.

또한, 가열 유지 처리 온도가 높은 비교 알루미늄 합금 주물(N0.6 내지 7)은 Si 고용량이 증가하고, 열전도도가 낮아져 있는 것을 알았다.

이에 대해, 본 발명에 관한 알루미늄 합금 주물(N0.3 내지 5)은 모두 Si 고용량과 정출물의 면적이 최적의 범위로 되어 있어 열전도도, 인장 강도 및 연신이 전부 높은 수치로 되어 있는 것을 알았다.

(제4 실시예)

제3 실시예에서 얻어진 생주물재를 450 ℃에서 0.5시간, 1시간, 3시간 및 7간의 각각의 유지 시간으로 가열 유지 처리를 실시하고, 그 후 상온까지 서냉하고, 알루미늄 합금 주물(N0.8 내지 11)을 얻었다. 이렇게 하여 얻어진 알루미늄 합금 주물에 대해, 제3 실시예와 동일한 방법으로 Si 고용량, 정출물의 면적률, 열전도도, 인장 강도 및 연신을 측정하였다.

그 결과를 표 5에 나타낸다.

[표 5]

N0.	가열 유지 처리 시간(hr)	Si 고용량 (질량 ％)	정출물 면적률 (％)	열전도도 (W/m.k)	인장 강도 (㎫)	연신 (％)	비고
8	0.5 hr*	0.47*	8.9*	156	152	18	비교예
9	1.0 hr	0.60	6.7	185	165	21	발명예
10	3.0 hr	0.62	6.6	183	164	23	발명예
11	7.0 hr	0.63	6.1	184	165	24	발명예

* : 본 발명의 범위 외

표 5의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 가열 유지 처리 시간이 0.5시간인 경우, 정출물이 충분히 고용하지 않고, 그 결과 열전도도나 인장 강도 및 연신이 낮아져 있는 것을 알았다.

Claims

Si : 5 내지 10.0 질량 ％, Mg : 0.1 내지 0.5 질량 ％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 시효 처리를 실시한 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 주조재.
제1항에 있어서, 또한 Fe : 0.3 내지 0.6 질량 ％를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 주조재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시효 처리가 160 내지 270 ℃의 온도에서 1 내지 10시간 유지하는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 주조재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시효 처리를 실시하기 전에 480 내지 540 ℃에서 1 내지 10시간 유지하여 용체화 처리를 행하고, 그 후 100 ℃/초 이상의 냉각 속도로 100 ℃ 이하의 온도까지 냉각하여 켄칭되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 주조재.
Si를 6.0 내지 8.0 질량 ％ 포함하고, Si 및 Al 이외의 원소가 단일체로 0.6 질량 ％ 이하이고, 알루미늄 모상 중의 Si 고용량이 0.5 내지 1.1 질량 ％로 조정 되고, 금속 조직 중의 정출물의 면적률이 5 내지 8 ％로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 주물.
제5항에 있어서, Si : 6.0 내지 8.0 질량 ％, Mg : 0.2 내지 0.5 질량 ％, Fe : 0.6 질량 ％ 이하를 포함하고, 잔량부는 알루미늄과 합계량이 0.2 질량 ％ 이하의 그 외의 원소로 이루어지는 알루미늄 합금 주물.
제5항 또는 제6항에 있어서, Ti 및/또는 Zr이 0.03 질량 ％ 이하로 조정되어 있는 알루미늄 합금 주물.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 160 W/m.k 이상의 열전도도를 갖는 알루미늄 합금 주물.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 조성의 알루미늄 합금 주물 소재를, 400 내지 510 ℃에서 1시간 이상 가열 유지 처리하는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 알루미늄 합금 주물의 제조 방법.