(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビレット鋳造時にＢを添加し、Ｂとボライドを形成させて不純物を沈降・除去する処理を行い、Ｓｉを０．４〜０．６質量％、Ｆｅを０．２５質量％以下、Ｍｇを０．４５〜０．６質量％含有し、ＭｎとＣｒとＴｉをそれぞれ０．０２質量％以下、Ｖを０．０１質量％以下に調整したアルミニウム合金ビレットを鋳造し、そのビレットを押出加工し、押出後に過時効処理を行い、熱伝導率を２１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることを特徴とするアルミニウム合金押出形材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い熱伝導率と高い強度をあわせ持つアルミニウム合金押出形材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の放熱のため、従来よりアルミニウム合金の押出形材よりなるヒートシンクが用いられている。ヒートシンクの放熱性能を向上させる手段の１つとして、材料の熱伝導率を高めることが一般的に行われている。代表的な押出用アルミニウム合金であるＡ６０６３は、押出性に優れ、複雑な断面形状が得られるが、熱伝導率２１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の押出形材を安定的に供給することは困難であった。
【０００３】
特許文献１には、「Ｂを添加することで、Ａｌ以外の元素、特に熱伝導を低下させるＴｉ，Ｖ，Ｚｒ，ＣｒをＢと晶出物を形成させてアルミニウム母相中に固溶される他の元素の固溶量を低減させると共に、熱間加工後に３００〜４００℃の温度範囲で焼鈍を行うことにより、母相中に固溶されているＭｇとＳｉをＭｇ２Ｓｉとして析出させ、母相中の固溶量を低減させて熱伝導度の低下を抑制したもの」が記載されている。
特許文献１記載のアルミニウム合金によれば、熱伝導率２１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を満足するが、不純物を低減させたことと、熱間加工後に３００〜４００℃の温度範囲で焼鈍を行ったことでＭｇ２Ｓｉが粗大に析出することに伴い強度が低下し、ＪＩＳＨ４１００に規定されるＡ６０６３Ｓ−Ｔ５の機械的性質を満足しない。そのように強度の低いものでは、振動を受ける場所、例えば自動車や電車等の乗り物等に使用することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１７９４５号公報、３頁、３８〜４７行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上に述べた実情に鑑み、熱伝導率が２１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、且つＪＩＳＨ４１００のＡ６０６３Ｓ−Ｔ５の機械的性質を満足するアルミニウム合金押出形材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明によるアルミニウム合金押出形材の製造方法は、ビレット鋳造時にＢを添加し、Ｂとボライドを形成させて不純物を沈降・除去する処理を行い、Ｓｉを０．４〜０．６質量％、Ｆｅを０．２５質量％以下、Ｍｇを０．４５〜０．６質量％含有し、ＭｎとＣｒとＴｉをそれぞれ０．０２質量％以下、Ｖを０．０１質量％以下に調整したアルミニウム合金ビレットを鋳造し、そのビレットを押出加工し、押出後に過時効処理を行い、熱伝導率を２１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることを特徴とする。
ＳｉとＭｇを含有するアルミニウム合金押出形材を２００℃前後で加熱すると、Ｍｇ２Ｓｉの析出により時間の経過と共に硬度が上昇し、ある時間が経過すると硬度がピークに達し、その後は硬度が次第に低下する。過時効処理とは、硬度がピークを過ぎる状態まで時効処理することを意味する。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によるアルミニウム合金押出形材の製造方法は、ビレット鋳造時にＢを添加し、Ｂとボライドを形成させて不純物を沈降・除去する処理を行うことで、熱伝導率を低下させるＶ，Ｔｉ等の不純物が低減し、さらに押出後に過時効処理をすることで母相中に固溶するＳｉとＭｇがＭｇ２Ｓｉとして適度に析出するため、熱伝導率が２１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、且つＪＩＳＨ４１００のＡ６０６３Ｓ−Ｔ５の機械的性質を満足するアルミニウム合金押出形材を製造できる。本発明の製造方法によるアルミニウム合金押出形材をヒートシンクに適用することで、高い放熱性能が得られ、しかも高い強度を有しているため、自動車等の振動を受ける所に使用しても、破損したり脱落したりといった問題が生ずるのを防止できる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明のアルミニウム合金押出形材は、Ｓｉを０．４〜０．６質量％、Ｆｅを０．２５質量％以下、Ｍｇを０．４５〜０．６質量％含有し、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｔｉをそれぞれ０．０２質量％以下、Ｖを０．０１質量％以下に調整する。
【００１１】
Ｓｉは、Ｍｇ２Ｓｉを析出させて材料に強度を付与するために添加されるものであり、含有量増とともに強度が向上するが、熱伝導率は低下する。よって、高い強度と高い熱伝導率を確保するため、Ｓｉは０．４〜０．６質量％とした。
【００１２】
Ｆｅは、多すぎると熱伝導率が低下するため、０．２５質量％以下とした。
【００１３】
Ｍｇは、Ｍｇ２Ｓｉを析出させて材料に強度を付与するために添加されるものであり、含有量増とともに強度が向上するが、熱伝導率は低下する。よって、高い強度と高い熱伝導率を確保するため、Ｍｇは０．４５〜０．６質量％とした。
【００１４】
Ｍｎ，Ｃｒはアルミニウム合金中に含有されると熱伝導率を低下させる元素であるため、それぞれ０．０２質量％以下に調整する。
【００１５】
アルミニウム地金には、不可避不純物としてＴｉ，Ｖが含まれているが、これらはアルミニウム合金中に含有されると熱伝導率を低下させる元素であるため、本発明のアルミニウム合金押出形材では、ビレット鋳造時にＢを微量添加し、Ｂとボライドを形成させてこれらの不純物を沈降・除去する処理（ボロン処理）を行って、Ｔｉを０．０２質量％以下、Ｖを０．０１質量％以下に調整する。鋳造時に溶湯中に添加するＢの量は、ビレットの径等によって異なるが、例えば０．０１質量％添加することで十分な効果が得られる。ビレット及び押出形材には、Ｂが残っていても残っていなくてもよいが、熱伝導率を上げるためにはＢの残存量が少ない方が好ましい。
【００１６】
上述のようにボロン処理を行って、従前の半連続鋳造方法により、Ｓｉを０．４〜０．６質量％、Ｆｅを０．２５質量％以下、Ｍｇを０．４５〜０．６質量％含有し、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｔｉをそれぞれ０．０２質量％以下、Ｖを０．０１質量％以下に調整したビレットを鋳造し、凝固によって生じたミクロ偏析を均質化するために、ビレットに熱処理を行う（均質化処理）。その後、ビレットを加熱して所望の断面形状に押出加工する。均質化処理と押出加工は、通常のＡ６０６３合金と同様の条件で行うことができる。その後、押出した形材に対して過時効処理を行う。過時効処理は、押出後にＡｌ母相中に固溶しているＳｉとＭｇをＭｇ２Ｓｉとして析出させ、形材の強度と熱伝導率を上げるために行われる。通常、Ａ６０６３合金の押出形材では、おおむね２００℃で２時間加熱する時効処理を行い、強度がピークになるようにするが、本発明ではＭｇ２Ｓｉの析出がそれよりも進み、強度がピーク付近を過ぎた状態となるまで熱処理する。
【００１７】
本発明の具体的な実施例を以下に示す。実施例１は、ビレット鋳造時にボロン処理を行い、Ｓｉ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖの含有量が請求項に特定した範囲の上限付近で、強度が最も高くなる成分のもので、且つ押出後に２００℃で１６時間加熱する過時効処理をしたものである。実施例２は、ビレット鋳造時にボロン処理を行い、Ｓｉ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖの含有量が請求項に特定した範囲の下限付近で、熱伝導率が最も高くなる成分のもので、且つ押出後に同様に過時効処理をしたものである。鋳造時に添加したＢの量は、いずれも０．０１質量％である。なお表１には、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖの合計を記載しているが、個別にはＭｎ，Ｃｒ，Ｔｉはそれぞれ０．０２質量％以下、Ｖは０．０１質量％以下である。比較例１は、ビレット鋳造時にボロン処理を行い、実施例１と同じ成分としたもので、押出後に通常の時効処理（２００℃で２時間加熱）をしたもの、比較例２はビレット鋳造時にボロン処理を行わず、押出後に過時効処理をしたもの、比較例３は従来のＡ６０６３合金押出形材であって、鋳造時にボロン処理を行わず、且つ押出後に通常の時効処理をしたものである。
【００１８】
【表１】
0005586502.tif 000002
【００１９】
実施例１，２、比較例１〜３の各押出形材について、機械的性質（引張強さ、０．２％耐力、伸び）、導電率及び熱伝導率の試験を行った。その結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
0005586502.tif 000003
【００２１】
表２に示すとおり、ビレット鋳造時にボロン処理を行い且つ押出後に過時効処理をした実施例１及び実施例２は、何れもＪＩＳＨ４１００のＡ６０６３Ｓ−Ｔ５の規格を十分に満足する優れた機械的性質を示し、尚且つ２１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率が得られることが確認された。ビレット鋳造時にボロン処理を行い、且つ押出後に通常の時効処理を行った比較例１は、引張強さと耐力は実施例１，２より高いが、熱伝導率は２１０Ｗ／ｍ・Ｋよりも低くなった。ボロン処理を行わずに押出後に過時効処理を行った比較例２は、引張強さと耐力が実施例１よりも劣り、熱伝導率も２１０Ｗ／ｍ・Ｋより低くなった。また実施例１，２は、ボロン処理を行わず、押出後に通常の時効処理をした比較例３と比較して、引張強さと耐力が向上し、熱伝導率も向上した。
【００２２】
以上の結果より明らかなように、ビレット鋳造時にボロン処理を行ってＭｎ，Ｃｒ，Ｔｉをそれぞれ０．０２質量％以下、Ｖを０．０１質量％以下に調整し、Ｓｉを０．４〜０．６質量％、Ｆｅを０．２５質量％以下、Ｍｇを０．４５〜０．６質量％とし、押出後に過時効処理を行った本発明のアルミニウム合金押出形材は、熱伝導率を低下させるＶ，Ｔｉ等の不純物が低減し、さらに押出後に過時効処理をすることで母相中に固溶するＳｉとＭｇがＭｇ２Ｓｉとして適度に析出するため、熱伝導率が２１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、且つＪＩＳＨ４１００のＡ６０６３Ｓ−Ｔ５の機械的性質を満足するものとなる。したがって本アルミニウム合金押出形材をヒートシンクに適用することで、高い放熱性能が得られ、しかも高い強度を有しているため、自動車等の振動を受ける所に使用しても、破損したり脱落したりといった問題が生ずるのを防止できる。
【００２３】
本発明は以上に述べた実施形態に限定されない。合金成分は、特許請求の範囲に記載の範囲で適宜変更することができ、また特許請求の範囲に記載されていない元素を含有するものであってもよい。過時効処理は、あまりに長時間行うと強度が低下してＪＩＳＨ４１００のＡ６０６３Ｓ−Ｔ５の機械的性質を満足しなくなるので（例えば実施例２の合金成分の場合、２００℃で７２時間以上の過時効処理を行うと、０．２％耐力がＪＩＳＨ４１００のＡ６０６３Ｓ−Ｔ５に規定の１１０Ｎ／ｍｍ２を下回る）、ＪＩＳＨ４１００のＡ６０６３Ｓ−Ｔ５の機械的性質を満足するものが得られる範囲で、過時効処理の温度と時間を適宜変更することができる。用途はヒートシンクに限定されるものではなく、高い熱伝導率、高い導電率が求められるものに広く用いることができる。