KR101502340B1 - Aluminum alloy for casting having high thermal conductivity - Google Patents

Abstract

본 발명은 고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금에 관한 발명으로, 상세하게는 고 열전도성을 가지면서 주조성이 향상된 알루미늄 합금에 관한 것이다.
본 발명에 의한 고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금은, 1.18 ~ 2.98 중량%로 함유되는 실리콘과, 0.5 ~ 1.89 중량%로 함유되는 니켈 및 잔부인 알루미늄과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 178.44W/mK ~ 190.37W/mK의 열전도도를 가지고, ADC12합금 대비 86.53% ~ 105.39%의 유동도를 가지는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의해 열 전도성이 높으면서 유동도를 가지는 알루미늄 합금의 구성이 가능하여, 다양하고 복잡한 형상의 방열 제품을 알루미늄 합금을 이용하여 제작할 수 있게 되는 장점을 가지게 되고, 이로 인해, 제품의 방열성이 향상되어 발열로 인한 제품의 손상을 방지할 수 있으며, 제품의 수명을 연장할 수 있는 장점을 가지게 된다. The present invention relates to an aluminum alloy for casting having high thermal conductivity, and more particularly to an aluminum alloy having high thermal conductivity and improved casting properties.
The aluminum alloy for casting having high thermal conductivity according to the present invention contains silicon at 1.18 to 2.98 wt%, nickel at 0.5 to 1.89 wt%, aluminum as the remainder, and other unavoidable impurities. The aluminum alloy contains 178.44 W / mK to 190.37 W / mK, and a flow rate of 86.53% to 105.39% as compared with the ADC12 alloy.
According to the present invention, it is possible to construct an aluminum alloy having a high thermal conductivity and a high degree of flowability, so that it is possible to manufacture heat-radiating products having various and complicated shapes by using an aluminum alloy, It is possible to prevent the product from being damaged due to heat generation and to prolong the life of the product.

Description

고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금 {Aluminum alloy for casting having high thermal conductivity}[0001] The present invention relates to an aluminum alloy for casting having high thermal conductivity,

본 발명은 고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금에 관한 발명으로, 상세하게는 고 열전도성을 가지면서 주조성이 향상되는 알루미늄 합금에 관한 것이다. The present invention relates to an aluminum alloy for casting having high thermal conductivity, and more particularly to an aluminum alloy having high thermal conductivity and improved casting properties.

알루미늄은 은백색의 부드러운 금속으로 전성과 연성이 커서 얇은 박막이나 철사로도 제조가 가능하여 다양하게 활용되고 있으며, 양도체이고 전형적인 경금속으로 전기 전도성이 좋아 고압 전선의 재료로도 많이 활용되고 있다.Aluminum is a silver-white soft metal with high conductivity and ductility. It can be manufactured by thin film or wire. It is variously used. It is a typical light metal and it has good electric conductivity and is widely used as a material of high voltage electric wire.

또한, 알루미늄은 가볍고 내구성이 큰 특성을 가지므로 항공기, 선박, 차량의 주요 재료로도 널리 활용되고 있으며, 산소와 쉽게 반응하지만 산화 피막이 형성된 후에는 피막에 의해 산소와의 접촉이 차단되어 녹이 잘 발생되지 않아 광택이 오래 지속될 필요가 있는 부분에 많이 사용된다. In addition, since aluminum has light and durable properties, it is widely used as a main material for aircraft, ship, and vehicle. It reacts easily with oxygen but after the formation of the oxide film, the contact with oxygen is blocked by the film, It is often used in areas where gloss needs to last for a long time.

그리고, 알루미늄은 다양한 합금으로도 널리 활용되고 있으며, 구리 또는 마그네슘 등 다양한 금속을 첨가하여 그 특성을 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 알루미늄 합금은 선택적으로 다양한 금속을 첨가하여 알루미늄이 우수한 특성을 가지도록 개량하여 다양한 분야에 활용 가능하도록 알루미늄의 활용성을 향상시킬 수 있게 된다. Aluminum is widely used as various alloys, and various metals such as copper or magnesium can be added to improve the properties. That is, the aluminum alloy can be improved by adding various metals selectively so that aluminum has excellent properties, thereby improving the usability of aluminum so that it can be utilized in various fields.

예를 들어, 알루미늄에 구리를 첨가하게 되면, 두랄루민이라는 강도가 큰 알루미늄 합금이 형성되고, 알루미늄에 마그네슘과 아연 등을 첨가하여 합금을 형성하게 되면, 내식성이 우수하여 철도차량, 교량 등에 사용될 수 있는 알루미늄 합금이 형성된다. For example, when copper is added to aluminum, an aluminum alloy having a high strength of duralumin is formed, and magnesium and zinc are added to aluminum to form an alloy, which can be used for railroad cars, bridges, etc. Aluminum alloy is formed.

알루미늄에 규소를 첨가하게 되면 주물용으로 사용되는 알루미늄 합금이 형성되고, 내열, 광휘 등의 목적에 따라 다른 금속을 배합하여 다양한 알루미늄 합금의 제조가 가능할 수 있다. When silicon is added to aluminum, an aluminum alloy used for casting is formed, and various aluminum alloys can be manufactured by blending other metals according to purposes such as heat resistance and brightness.

알루미늄 캐스팅 합금은 알루미늄과 실리콘, 마그네슘을 혼합하는 합금이며, 이는 알루미늄의 강도 및 연성을 증가시켜 주며, 합금의 청결한 유지와 고순도 성분의 사용에 의해 다양한 강도와 연성을 나타낼 수 있게 된다. Aluminum casting alloys are alloys of aluminum, silicon, and magnesium, which increase the strength and ductility of aluminum and allow the alloy to exhibit various strengths and ductilities through the use of clean, high purity components.

이러한 알루미늄 캐스팅 합금에 의해 알루미늄 주조품의 성질은 동등한 조성의 단조 제품의 성질에 접근할 수 있게 된다. 이로 인해 경량 방열 부품에도 알루미늄이 활용될 수 있게 된다. With this aluminum casting alloy, the properties of the aluminum casting become accessible to the properties of forged products of equivalent composition. This makes it possible to use aluminum for lightweight heat dissipation parts.

기존의 방열 부품의 경우 주로 A6061, A6063 등과 같은 가공재 알루미늄 합금이 사용되고 있으며, 이들 가공재 알루미늄 합금의 경우 높은 열전도도를 가지는 특성이 있으나, 낮은 주조성으로 인해 소형 또는 단순 형상의 부품 제조 등으로 그 활용성이 극히 제한적인 경우가 발생하게 되며, 제조단가가 높은 단점을 가지게 된다. In the case of existing heat dissipation parts, mainly aluminum alloys such as A6061 and A6063 are used. These aluminum alloys are characterized by high thermal conductivity, but due to their low composition, they are used for manufacturing small or simple parts There is a case that the property is extremely limited, and the manufacturing cost is high.

최근 요구되고 있는 고출력형 방열부품의 경우 높은 열전도도 특성과 더불어 방열 성능을 극대화할 수 있는 복잡한 형상이나 얇은 박막 형태 등 최적의 외형 구조를 요구하고 있으며, 이를 구현하기 위하여서는 높은 주조성을 가지는 방열 소재가 필수적으로 요구되고 있는 실정이다. Recently, a high-output heat-dissipating component that is required recently requires an optimal external structure such as a complicated shape or a thin film shape that maximizes the heat radiation performance as well as a high thermal conductivity. In order to realize this, a heat- Is required.

기존에 사용되고 있는 주조용 ADC12(A383) 합금 또는 A356 합금 등은 열전도도가 현저히 낮아 이를 개선시킬 수 있는 방열 전용 소재의 개발이 우선적으로 요구되고 있다. The development of ADC12 (A383) alloy or A356 alloy, which has been used for casting, has been demanded for development of heat dissipation material that can improve the thermal conductivity.

그리고, 알루미늄과 실리콘의 합금은 우수한 주조성을 바탕으로 다이캐스팅 등에 널리 이용되고 있으나, 높은 실리콘 함량으로 인하여 주조 후 방열 특성의 향상을 위해 필수적으로 수행되는 표면처리의 공정을 불가능하게 하는 단점을 가지며, 이로 인해 주조성을 저하시키지 않으면서 표면처리가 가능한 알루미늄의 합금이 요구된다. The alloy of aluminum and silicon is widely used in die casting and the like due to its superior casting. However, it has disadvantages that it is impossible to perform a surface treatment process which is essential for improvement of heat radiation characteristics after casting due to high silicon content, An alloy of aluminum that can be surface-treated without deteriorating the main composition is required.

한편, 미국 등록특허 제6592688호에는 높은 강도를 가지면서 열전도성을 가지는 열교환기용 핀 스톡(fin stock) 제조방법에 대한 발명이 개시되어 있으며, 이러한 미국등록특허에는 제조 단계에 있어 중량％로 나타낸 조성비는 철 1.2∼1.8 : 실리콘 0.7∼0.95 : 망간 0.3∼0.5 : 아연 0.3∼1.2 : 티타늄 0.005∼0.040 : 불가피한 원소 0.05 미만이고, 총 중량％의 합은 0.15 미만 및 잔부는 알루미늄을 포함하여 구성되는 재료의 조성이 개시된다. On the other hand, USP 6592688 discloses an invention for a fin stock manufacturing method for a heat exchanger having a high strength and heat conductivity. In the US registered patent, the composition ratio expressed by weight% Wherein the total weight percent is less than 0.15 and the remainder comprises aluminum, and wherein the total amount of the elements is less than 0.15. Is disclosed.

또한, 대한민국 공개특허 제2011-0019045호에는 열전도성이 높은 다이캐스팅용 알루미늄 기초 합금에 관한 발명이 개시되며, 상기 공개특허에는 취성이 생기지도 않고 열전도성이 뛰어나 사용이 용이한 다이캐스팅용 합금의 구성이 개시되고, 중량％로 나타낸 조성비는 마그네슘 0.2∼2.0 : 철 0.1∼0.3 : 코발트 0.1∼1.0 을 함유하고 잔부는 알루미늄으로 이루어지는 합금이 개시된다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0019045 discloses an invention relating to an aluminum base alloy for die casting which has high thermal conductivity. In the above-mentioned patent, the composition of a die casting alloy which is free of brittleness and excellent in thermal conductivity and easy to use , Wherein the composition ratio expressed by weight% is 0.2 to 2.0 of iron: 0.1 to 0.3 of iron: 0.1 to 1.0 of cobalt and the balance of aluminum is disclosed.

그리고, 대한민국 공개특허 제2012-0020406호에는 열처리를 하지 않고도 고강도를 유지하면서 주조성이 좋은 알루미늄과 아연 합금을 제공하기 위하여 중량％로 실리콘 0.35∼0.5 : 마그네슘 0.55∼0.9 : 구리 2.0∼2.1 : 아연 19.5∼40.5 : 철 최대 0.6 : 망간 최대 0.2 : 니켈 최대 0.05 : 티타늄 0.03∼0.05 : 기타 불순물 최대 0.05 및 잔부는 알루미늄으로 이루어지는 합금이 개시된다.Korean Patent Publication No. 2012-0020406 discloses an aluminum alloy containing 0.35-0.5: magnesium 0.55-0.9: copper 2.0-2.1: zinc in terms of weight% 19.5 to 40.5: iron max 0.6: manganese max 0.2: nickel max 0.05: titanium 0.03-0.05: other alloying elements up to 0.05% and the remainder being aluminum.

다만, 상기되는 미국 등록특허 및 대한민국 공개특허들에서는 높은 열전도도를 유지하면서 주조성을 향상시키고자 하는 다양한 조성을 가지는 알루미늄 합금들이 개시되며, 이러한 선행기술들을 볼 때 높은 열전도도를 유지하면서 주조성을 향상시키고자 하는 기술의 요구가 높아지는 실정임을 알 수 있다. However, the above-mentioned United States patents and Korean patents disclose aluminum alloys having various compositions to improve the casting while maintaining a high thermal conductivity. In view of these prior arts, And the demand for the technology to be enhanced is increasing.

본 발명은 높은 열전도도를 유지하고자 하면서 주조성이 저하되는 문제점을 해결하기 위한 발명으로, An object of the present invention is to solve the problem that main composition is lowered while maintaining high thermal conductivity,

본 발명의 목적은, 고 열전도성을 가지면서 주조성이 향상되는 고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an aluminum alloy for casting having high thermal conductivity and improved main composition while having high thermal conductivity.

본 발명의 다른 목적은, 주조성의 저하를 방지하면서 표면 처리가 가능한 고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an aluminum alloy for casting having high thermal conductivity capable of surface treatment while preventing deterioration of the main composition.

본 발명의 또 다른 목적은, 상용 합금과 유사한 높은 방열 특성을 가지면서 주조성을 동시에 확보할 수 있는 고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a cast aluminum alloy having a high heat conductivity and a high heat dissipation characteristic similar to that of a commercial alloy, while securing the main composition at the same time.

본 발명에 의한 고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금은, 1.18 ~ 2.98 중량%로 함유되는 실리콘과, 0.5 ~ 1.89 중량%로 함유되는 니켈 및 잔부인 알루미늄과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 178.44W/mK ~ 190.37W/mK의 열전도도를 가지고, ADC12합금 대비 86.53% ~ 105.39%의 유동도를 가지는 것을 특징으로 한다.
The aluminum alloy for casting having high thermal conductivity according to the present invention contains silicon at 1.18 to 2.98 wt%, nickel at 0.5 to 1.89 wt%, aluminum as the remainder, and other unavoidable impurities. The aluminum alloy contains 178.44 W / mK to 190.37 W / mK, and a flow rate of 86.53% to 105.39% as compared with the ADC12 alloy.

본 발명에 의한 고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금은, 실리콘과 니켈 및 알루미늄과 기타 필수 불가결한 불순물을 포함하는 구성을 가지도록 조성된다. The aluminum alloy for casting having high thermal conductivity according to the present invention is formed so as to have a composition including silicon, nickel, aluminum, and other indispensable impurities.

이로 인해, 실리콘의 최대 중량％가 3.0 이하로 함유되는 알루미늄-실리콘 합금에 최대 중랑％가 2.0 이하로 니켈이 함유되면, 상온에서의 열전도도가 증가하면서 유동도가 증가하여 일정 정도 이상의 열전도도를 가지면서 높은 유동도를 가지는 효과를 기대할 수 있게 된다. As a result, when the aluminum-silicon alloy having a maximum weight percentage of silicon of 3.0 or less is contained in nickel having a maximum weight percentage of 2.0 or less, the degree of heat conductivity at room temperature is increased and the degree of heat conductivity is increased, It is possible to expect an effect of having a high fluidity.

높은 유동도를 가지면서 일정 정도 이상의 열전도도를 가지므로 주조성이 향상되는 효과를 기대할 수 있으며, 주조성의 향상으로 인해 다양한 형상으로 주조할 수 있게 되어 복잡하고 다양한 형상의 알루미늄 합금 제품의 제조가 가능한 효과를 기대할 수 있게 된다. Since it has a high degree of fluidity and has a thermal conductivity of more than a certain degree, it can be expected to have an effect of improving the casting property and can be cast in various shapes due to improvement of casting composition, A possible effect can be expected.

또한, 복잡하고 다양한 형상의 알루미늄 합금 제품의 제조가 가능함에 따라 알루미늄 합금의 활용성이 향상되는 효과를 기대할 수 있게 된다. In addition, since it is possible to produce aluminum alloy products of various shapes and complex shapes, it is expected that the use of aluminum alloys can be improved.

그리고, 알루미늄의 활용성 향상으로 인해 알루미늄 합금 재질의 방열 부품 제조가 가능해지는 효과를 기대할 수 있으며, 이에 따라 방열 부품의 무게를 감소시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있게 된다. Further, it is expected that the improvement of the usability of aluminum makes it possible to manufacture a heat-dissipating component made of an aluminum alloy, thereby reducing the weight of the heat-dissipating component.

경량화된 방열 부품에 의해 제품의 수명이 증가하고, 운반 등에 따른 방열 부품의 제조 및 생산과 이송 등의 비용이 절감되고, 제품의 수명이 증가하는 효과를 기대할 수 있게 된다. The life of the product is increased by the light-weighted heat-radiating component, the cost of manufacturing, production and transportation of the heat-radiating component due to transportation and the like is reduced, and the life of the product is expected to be increased.

도 1 은 본 발명의 실시 예에 의한 알루미늄 합금의 실리콘과 니켈 함량에 따른 열전도도 변화를 나타낸 그래프.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 의한 알루미늄 합금의 화학 조성 및 열전도도 및 유동도의 특성을 나타낸 표.
도 3 은 본 발명의 실시 예에 의한 알루미늄 합금의 니켈 첨가에 따른 열전도도와 유동도의 변화를 나타낸 그래프.
도 4 는 본 발명의 실시 예에 의한 알루미늄 합금의 실리콘 첨가에 따른 열전도도와 유동도의 변화를 나타낸 그래프.
도 5 는 본 발명의 실시 예에 의한 알루미늄 합금의 열전도도와 유동도를 나타낸 그래프.
도 6 은 본 발명의 실시 예에 의한 알루미늄 합금과 상용 합금의 유동도 비교를 나타낸 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing changes in thermal conductivity according to silicon and nickel contents of an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention. FIG.
2 is a table showing the chemical composition, thermal conductivity, and flow characteristics of an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing changes in thermal conductivity and fluidity of nickel alloys according to embodiments of the present invention. FIG.
FIG. 4 is a graph showing changes in thermal conductivity and fluidity according to the addition of silicon of an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention. FIG.
5 is a graph showing thermal conductivity and fluidity of an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a comparison of flow rates of an aluminum alloy and a commercial alloy according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 의한 고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금의 구성을 첨부되는 도면을 참조하여 실시 예를 들어 살펴보기로 한다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the structure of an aluminum alloy for casting having high thermal conductivity according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

다만, 본 발명의 사상은 이하에서 살펴보는 실시 예에 의해 그 실시 가능 상태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 이용하여 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함된다고 할 것이다. It is to be understood, however, that the scope of the present invention is not limited by the embodiments described below, and those skilled in the art, upon reading the present disclosure, It will be easily suggested, but this will also be included in the technical idea of the present invention.

그리고, 본 명세서 또는 청구범위에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 개념으로, 본 발명의 기술적 내용을 파악함에 있어서 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다. It is to be understood that the terms used in the present specification or claims are selected for convenience of description and should be interpreted appropriately in accordance with the technical idea of the present invention when grasping the technical contents of the present invention.

먼저, 도 1에는 본 발명의 실시 예에 의한 알루미늄 합금의 실리콘과 니켈 함량에 따른 열전도도 변화를 나타낸 그래프가 도시된다.
본 발명에서는 상용 합금인 A6061과 유사한 수준의 높은 방열 특성을 가지면서 주조성을 동시에 확보할 수 있는 낮은 함량의 실리콘이 첨가되는 알루미늄 주조재를 개발하기 위하여, 알루미늄 기지로의 고용도가 낮아 열전도도를 크게 해치지 않으면서 주조성을 확보할 수 있는 합금 원소인 니켈을 최대 2 중량 까지 첨가하여 합금 원소 첨가량을 46 중량 수준으로 제한하고자 한다.
상세하게는 본 발명의 실시 예에서는 최대 중량가 3.0 이하로 함유되는 실리콘과, 최대 중량가 2.0 이하로 함유되는 니켈과, 잔부인 알루미늄 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 합금의 구성을 살펴보기로 한다.
이를 위하여 수많은 실험을 통해 합금을 설계하였으며, 도 1을 참조하여 보면, 실리콘과 니켈의 중량가 증가함에 따라 열전도도는 지속적으로 감소하는 양상을 보이다가 4~6 중량%에서 감소가 둔화되고, 이 구간이 지나고 나면 다시 감소하는 것을 알 수 있다.
따라서, 실리콘을 최대 3 중량% 까지 첨가하고, 니켈을 최대 2 중량% 까지 첨가함으로써 높은 열전도도를 유지함과 동시에 유동도를 향상시킬 수 있는 알루미늄 합금을 제조한다.
도 2에는 본 발명의 실시 예에 의한 알루미늄 합금의 화학 조성 및 열전도도 및 유동도의 특성을 나타낸 도표가 도시된다. 도 2를 참조하여 보면, 본 발명의 실시 예에 의한 알루미늄 합금은 전기 저항식 용해로를 이용하여 약 770에서 용해하였고, 스텝 몰드에 용탕을 부어 주조를 하는 실험 환경을 적용할 수 있다.
이때, 냉각속도는 최대 46.33/초를 갖는 것으로 측정되었으며, 이러한 냉각속도 및 그에 따른 생성 상의 크기, 분포, 형상 등의 제어는 열전도도에 영향을 주는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 알루미늄 합금의 유동도는 나선형 몰드를 이용하여 측정할 수 있으며, 주조성이 우수한 상용 합금인 ADC12의 유동도에 대한 상대값으로 나타내면서 진행될 수 있다.
가장 빠른 냉각속도를 가지는 주조물의 위치에서 채취한 본 발명의 실시 예에 의한 알루미늄 합금의 열전도도 특성은 레이저 플래쉬법을 이용하여 그 값을 측정하여 그 결과를 도 2에서와 같이 획득할 수 있게 된다.
순수 알루미늄 즉, 0.035 중량%의 실리콘과 0.005 중량%의 니켈이 불가피한 불순물로 포함된 순수 알루미늄의 경우 열전도도는 234.47 W/mK의 값으로 측정되었으며, 상용 합금인 ADC12 대비 유동도는 97.64의 값을 가지는 것으로 측정됨을 알 수 있다.
또한, 알루미늄과 2 분자의 실리콘이 포함되는 알루미늄 화합물에서 1.93 중량의 실리콘과 0.004 중량의 니켈을 포함하는 알루미늄의 경우 열전도도가 171.96 W/mK의 값으로 측정되었으며, 상용 합금인 ADC12와 대비하여 유동도는 72.73의 값을 가지는 것으로 측정됨을 알 수 있다.
상기의 실험에서 0.035 중량의 실리콘 및 0.005 중량의 니켈을 포함하는 순수 알루미늄과 1.93 중량의 실리콘 및 0.004 중량의 니켈을 포함하는 Al-2Si를 비교하여 보면 열전도도와 유동도가 저하되는 것을 알 수 있다.
그리고, 2.16 중량%의 실리콘과 0.5 중량%의 니켈을 포함하는 Al-2Si-0.5Ni 합금의 경우 열전도도가 179.7 W/mK로 측정되며 상용 합금인 ADC12와 대비하여 유동도는 105.39의 값을 가진다.
상기 실험에서 2.01 중량%의 실리콘과 0.92 중량%의 니켈을 포함하는 Al-2Si-1Ni 합금의 경우 열전도도가 185.91 W/mK로 측정되며 상용 합금인 ADC12와 대비하여 유동도는 86.53의 값을 가진다.
또한, 0.95 중량%의 실리콘과 2.01 중량%의 니켈을 포함하는 Al-1Si-2Ni 합금의 경우 열전도도가 204.10 W/mK로 측정되며, 이는 상용 합금인 ADC12와 대비하여 유동도는 70.03의 값을 가진다.
이처럼, 다수의 실험을 통해 측정하여 본 결과, 실리콘과 니켈이 포함된 알루미늄 합금은 실리콘과 니켈의 중량에 따라 열전도도 및 유동도가 변화하는 것을 알 수 있다.
이를 상세히 살펴보면, 실리콘 2.16 중량%, 니켈 0.5 중량%가 함유(Al-2Si-0.5Ni)될 때 ADC12 대비 가장 높은 105.39%의 유동도를 가지고, 실리콘 0.95 중량%, 니켈 2.01 중량%가 함유(Al-1Si-2Ni)될 때 ADC12 대비 가장 낮은 70.03%의 유동도를 가지는 것을 알 수 있다.
또한, 실리콘 0.95 중량%, 니켈 2.01 중량%가 함유(Al-1Si-2Ni)될 때 204.1 W/mK의 가장 높은 열전도도를 가지고, 실리콘 2.98 중량%, 니켈 1.89 중량%가 함유(Al-3Si-2Ni)될 때 178.44 W/mK의 가장 낮은 열전도도를 가지는 것을 알 수 있다.
즉, 실리콘 0.95 중량% 일 때 열전도도가 가장 높고, 실리콘 2.98 중량% 일 때 열전도도가 가장 낮으며, 니켈 0.5 중량% 일 때 유동도가 가장 높고, 니켈 2.01 중량% 일 때 유동도가 가장 낮다.
특히, 실리콘 0.95 중량%, 니켈 2.01 중량%가 함유(Al-1Si-2Ni)될 때 가장 높은 열전도도와 가장 낮은 유동도를 가지는 것을 알 수 있다.

도 3에는 Al-2Si 합금에 니켈을 첨가함에 따라 달라지는 열전도도 및 ADC12대비 유동도를 그래프로 나타내었다.
니켈의 첨가량이 0(Al-2Si), 0.5(Al-2Si-0.5Ni), 1(Al-2Si-1Ni) 중량%일 때 열전도도는 171.96W/mK, 179.7W/mK, 185.91W/mK로 증가하고 유동도는 72.73%, 105.39%, 86.53%로 변화하였으며, 니켈의 첨가량이 1(Al-2Si-1Ni), 2(Al-2Si-2Ni) 중량%일 때 열전도도가 185.91W/mK에서 179.41W/mK로 감소하고 유동도는 86.53%에서 75.76%로 감소하는 것을 알 수 있다.
또한, 니켈의 첨가량이 2(Al-2Si-2Ni), 3(Al-2Si-3Ni) 중량%일 때 열전도도는 179.41W/mK에서 182.25W/mK로 증가하고 유동도는 75.76%에서 82.83%로 증가하며, 전 첨가량에 걸쳐 시중 합금인 A356 합금의 유동도(70%)에 비해 높은 유동도(72.73%~105.39%)를 가질 뿐만 아니라 170W/mK 이상의 열전도도를 가지는 것을 알 수 있다.
도 4에는 Al-2Ni 합금에 실리콘을 첨가함에 따라 달라지는 열전도도 및 ADC12대비 유동도를 그래프로 나타내었다.
실리콘의 첨가량이 1(Al-1Si-2Ni), 2(Al-2Si-2Ni)일 때 열전도도는 204.1W/mK에서 179.41W/mK로 감소하고 유동도는 70.03%에서 75.76%로 증가하였으며, 실리콘의 첨가량이 2(Al-2Si-2Ni), 3(Al-3Si-2Ni)일 때 열전도도는 179.41W/mK에서 178.44W/mK로 감소하고 유동도는 75.76%에서 96.97%로 증가하는 것을 알 수 있다.
즉, 전 첨가량에 걸쳐 시중 합금인 A356 합금의 유동도(70%)에 비해 높은 유동도(70.03%~96.97%)를 가질 뿐만 아니라 178.44W/mK 이상의 열전도도를 가지는 것을 알 수 있다.
또한, Si의 첨가에 따라 유동도가 크게 증가하는 것을 알 수 있으나, 1~2 중량%에서는 열전도도가 크게 감소하고 2 중량% 초과 시 거의 일정 수준을 유지하는 것을 알 수 있다.
도 5에는 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 열전도도 및 ADC12 대비 유동도를 시중 합금인 A6061, A356과 함께 그래프로 나타내었으며, 도 6에는 본 발명에 따른 알루미늄 합금과 상용 합금의 ADC12대비 유동도 비교 그래프를 나타내었다.First, FIG. 1 is a graph showing changes in thermal conductivity according to silicon and nickel contents of an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
In the present invention, in order to develop an aluminum casting material having low heat dissipation characteristics similar to A6061, which is a commercial alloy, and having a low content of silicon added at the same time, it has low solubility in an aluminum base, It is desired to add up to 2 wt% of nickel, which is an alloy element capable of securing the main composition, to a total amount of 46 wt%.
Specifically, in the embodiment of the present invention, the structure of the silicon containing the maximum weight of 3.0 or less, the nickel containing the maximum weight of 2.0 or less, and the aluminum alloy containing the remaining amount of aluminum and other unavoidable impurities will be described.
For this purpose, the alloy was designed through a number of experiments. Referring to FIG. 1, as the weight of silicon and nickel increases, the thermal conductivity gradually decreases, while the decrease is slowed at 4 to 6 wt% And then decreases again.
Therefore, an aluminum alloy capable of maintaining a high thermal conductivity and improving the fluidity can be prepared by adding up to 3% by weight of silicon and up to 2% by weight of nickel.
FIG. 2 is a graph showing the chemical composition, thermal conductivity, and flow characteristics of an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention is dissolved at about 770 using an electric resistance type melting furnace, and an experimental environment in which casting is performed by pouring a molten metal into a step mold can be applied.
At this time, the cooling rate was measured to have a maximum of 46.33 / sec. The control of the cooling rate and thus the size, distribution and shape of the generated image can be interpreted to affect the thermal conductivity.
The flowability of the aluminum alloy according to the embodiment of the present invention can be measured using a spiral mold and may be expressed as a relative value with respect to the flowability of ADC12, a commercial alloy having excellent main composition.
The thermal conductivity characteristics of the aluminum alloy according to the embodiment of the present invention taken at the position of the casting having the fastest cooling rate can be measured by using the laser flash method and the result can be obtained as shown in FIG. .
For pure aluminum containing pure aluminum, ie, 0.035% by weight of silicon and 0.005% by weight of nickel as inevitable impurities, the thermal conductivity was measured to be 234.47 W / mK and the flow rate to the commercial alloy, ADC12, was 97.64 As shown in Fig.
In the case of aluminum containing 1.93 wt% silicon and 0.004 wt% nickel in the aluminum compound containing aluminum and two molecules of silicon, the thermal conductivity was measured to be 171.96 W / mK, and compared with the commercial alloy, ADC12, It can be seen that the figure is measured to have a value of 72.73.
In the above experiment, the thermal conductivity and the degree of fluidity are lowered by comparing Al-2Si containing pure aluminum containing 0.035 weight of silicon and 0.005 weight nickel, 1.93 weight of silicon and 0.004 weight of nickel.
The Al-2Si-0.5Ni alloy containing 2.16% by weight of silicon and 0.5% by weight of nickel has a thermal conductivity of 179.7 W / mK and a flowability of 105.39 as compared with the commercial alloy ADC12 .
In the above experiment, the Al-2Si-1Ni alloy containing 2.01 wt% of silicon and 0.92 wt% of nickel has a thermal conductivity of 185.91 W / mK and a flowability of 86.53 as compared with the commercial alloy ADC12 .
In addition, the Al-1Si-2Ni alloy containing 0.95 wt% of silicon and 2.01 wt% of nickel has a thermal conductivity of 204.10 W / mK, which is 70.03 as compared with the commercial alloy, ADC12 I have.
As a result, it can be seen that the thermal conductivity and the degree of flow change depending on the weight of silicon and nickel in the aluminum alloy containing silicon and nickel.
In detail, when 2.16% by weight of silicon and 0.5% by weight of nickel were contained (Al-2Si-0.5Ni), the highest degree of flow was 105.39% compared to ADC12, and 0.95% by weight of silicon and 2.01% -1Si-2Ni), it has the lowest 70.03% flow rate compared to ADC12.
(Al-3Si-2Ni) having a highest thermal conductivity of 204.1 W / mK and containing 2.98 wt% of silicon and 1.89 wt% of nickel when 0.95 wt% of silicon and 2.01 wt% 2Ni), it has the lowest thermal conductivity of 178.44 W / mK.
That is, it has the highest thermal conductivity at 0.95 weight% of silicon, the lowest thermal conductivity at 2.98 weight% of silicon, the highest degree of fluidity at 0.5 weight% nickel and the lowest fluidity at 2.01 weight% nickel .
In particular, when the content of silicon is 0.95% by weight and the content of nickel is 2.01% by weight (Al-1Si-2Ni), the highest thermal conductivity and the lowest flowability are obtained.

FIG. 3 is a graph showing the thermal conductivity and the flow rate versus ADC 12 of nickel-doped Al-2Si alloy.
MK, 179.7 W / mK, and 185.91 W / mK when the addition amount of nickel was 0 (Al-2Si), 0.5 (Al-2Si-0.5Ni) (Al-2Si-1Ni) and 2 (Al-2Si-2Ni) wt%, respectively, and the heat conductivity increased to 72.73%, 105.39% and 86.53% To 179.41 W / mK and the flow rate decreases from 86.53% to 75.76%.
In addition, the thermal conductivity increased from 179.41 W / mK to 182.25 W / mK and the fluidity increased from 75.76% to 82.83% when the addition amount of nickel was 2 (Al-2Si-2Ni) (72.73% ~ 105.39%) as compared with the flowability (70%) of the A356 alloy, which is a commercially available alloy, over the entire amount of the additive, and has a thermal conductivity of 170 W / mK or more.
FIG. 4 is a graph showing the thermal conductivity and the flow-rate versus ADC12 of Al-2Ni alloy depending on the addition of silicon.
The thermal conductivity decreased from 204.1W / mK to 179.41W / mK and the fluidity increased from 70.03% to 75.76% when the addition amounts of silicon were 1 (Al-1Si-2Ni) and 2 (Al-2Si-2Ni) The thermal conductivity decreases from 179.41 W / mK to 178.44 W / mK when the addition amount of silicon is 2 (Al-2Si-2Ni), 3 (Al-3Si-2Ni) and the flow rate increases from 75.76% to 96.97% Able to know.
That is, it has a higher flow rate (70.03% ~ 96.97%) than the flow rate (70%) of the A356 alloy, which is a commercially available alloy, and has a thermal conductivity of 178.44 W / mK or more.
In addition, it can be seen that the degree of fluidity increases greatly with the addition of Si. However, it can be seen that the thermal conductivity decreases drastically at 1 to 2% by weight and remains almost constant at more than 2% by weight.
FIG. 5 is a graph showing the thermal conductivity of the aluminum alloy according to the present invention and the flow rate with respect to the ADC 12, together with the commercially available alloys A6061 and A356. FIG. 6 is a graph comparing the flow of the aluminum alloy and the commercial alloy Respectively.

도 5 및 도 6을 참조하여 보면, Al-1Si-1Ni, Al-1Si-2Ni, Al-2Si-0.5Ni, Al-2Si-1Ni, Al-2Si-3Ni, Al-3Si-2Ni 합금이 상용 합금인 A6061 합금의 열전도도(약 180W/mK)와 A356 합금의 유동도(70%)를 동시에 만족하는 것을 알 수 있다.
5 and 6, Al-1Si-1Ni, Al-1Si-2Ni, Al-2Si-0.5Ni, Al-2Si-1Ni, Al-2Si-3Ni, (About 180 W / mK) of the A6061 alloy and the flow rate of the A356 alloy (70%) at the same time.

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이와 같은, 본 실시 예에서의 알루미늄 합금은 유동도는 주조성이 우수한 상용합금인 ADC12 또는 A356의 유동도 범위 내에서 유동도 값을 확보하는 동시에 높은 열전도도 상세하게는, 185∼203 W/mK를 확보할 수 있는 우수한 구성임을 알 수 있다.As such, the aluminum alloy in the present embodiment ensures the flowability value within the flowability range of ADC12 or A356, which is a commercial alloy having excellent main composition, and has a high thermal conductivity of 185 to 203 W / mK Can be secured.

전술한 바와 같은 본 발명의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위로 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.

본 발명에 의한 고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금은, 실리콘의 최대 중량％가 3.0 이하이면서, 니켈의 최대 중량％가 2.0 이하로 함유되고 나머지 잔부가 기타 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄으로 이루어지도록 구성될 수 있다. The cast aluminum alloy having high thermal conductivity according to the present invention is characterized in that the maximum weight% of silicon is 3.0 or less and the maximum weight percentage of nickel is 2.0 or less and the balance of aluminum is composed of aluminum containing other unavoidable impurities .

이에 따라, 열전도도가 높으면서 유동도를 가지는 알루미늄 합금의 구성이 가능하여, 다양하고 복잡한 형상의 방열 제품을 알루미늄 합금을 이용하여 제작할 수 있게 되는 장점을 가지게 되고, 이로 인해, 제품의 방열성이 향상되어 발열로 인한 제품의 손상을 방지할 수 있으며, 제품의 수명을 연장할 수 있는 장점을 가지게 된다. Accordingly, it is possible to construct an aluminum alloy having a high degree of heat conductivity and a high degree of fluidity, so that it is possible to manufacture heat-radiating products having various and complicated shapes by using an aluminum alloy. As a result, It is possible to prevent damage to the product due to heat generation, and it is possible to extend the life of the product.

이러한 많은 장점들로 인해 본 발명에 의한 고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금은 알루미늄 합금의 생산 산업뿐만 아니라, 이와 관련된 다양한 산업에 그 이용 가능성이 크다 할 것이다.
Because of these many advantages, the aluminum alloy for casting having high thermal conductivity according to the present invention is highly applicable not only to the aluminum alloy production industry but also to various related industries.

Claims (6)

1.18 ~ 2.98 중량%로 함유되는 실리콘;
0.5 ~ 1.89 중량%로 함유되는 니켈; 및
잔부인 알루미늄과 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
178.44W/mK ~ 190.37W/mK의 열전도도를 가지고, ADC12합금 대비 86.53% ~ 105.39%의 유동도를 가지는 것을 특징으로 하는 고 열전도성을 가지는 주조용 알루미늄 합금.1.18 to 2.98% by weight silicon;
0.5 to 1.89% by weight of nickel; And
Lt; RTI ID = 0.0 > aluminum and other unavoidable impurities,
Wherein the aluminum alloy has a thermal conductivity of 178.44 W / mK to 190.37 W / mK and a flowability of 86.53% to 105.39% relative to the ADC12 alloy. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete

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