(57)【要約】【課題】従来のアルミニウム合金鋳物と同等以上の機械的強度及び鋳造性を持ちながら、更に熱伝導性が向上せしめられたアルミニウム合金鋳物並びにかかるアルミニウム合金鋳物の製造方法を提供する。【解決手段】 Ｓｉ：６.０〜８.０質量％を含み、Ｓｉ及びＡｌ以外の元素が単体で０．６％以下であり、アルミニウム母相中のＳｉ固溶量が０．５〜１．１質量％に調整され、金属中組織中の晶出物の面積率が５〜８％に調整されたものとする。また、Ｓｉ固溶量と晶出物の面積率は、鋳造後にアルミニウム合金鋳物素材を、４００〜５１０℃で１時間以上の加熱保持処理を行うことにより、達成される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉを６．０〜８.０質量％含み、Ｓｉ及びＡｌ以外の元素が単体で０．６質量％以下であり、アルミニウム母相中のＳｉ固溶量が０．５〜１．１質量％に調整され、金属中組織中の晶出物の面積率が５〜８％に調整されていることを特徴とする、熱伝導性に優れたアルミニウム合金鋳物。
【請求項２】
Ｓｉ：６．０〜８.０質量％、Ｍｇ：０.２〜０.５質量％、Ｆｅ：０．６質量％以下を含み、残部はアルミニウムと合計量が０．２質量％以下のその他の元素からなる、請求項１に記載のアルミニウム合金鋳物。
【請求項３】
Ｔｉ及び／又はＺｒが０．０３質量％以下に調整されている、請求項１又は２に記載のアルミニウム合金鋳物。
【請求項４】
１６０Ｗ／ｍ.ｋ以上の熱伝導度を有する請求項１ないし３の何れか１項に記載のアルミニウム合金鋳物。
【請求項５】
請求項１ないし３の何れか１項に記載の組成のアルミニウム合金鋳物素材を、４００〜５１０℃で１時間以上加熱保持処理することを特徴とする、熱伝導性に優れたアルミニウム合金鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には熱伝導性に優れたアルミニウム合金鋳物に係り、より詳細には、放熱性を高めるために複雑な形状や薄肉部を有するヒートシンク等に用いて好適なアルミニウム合金鋳物に関する。また、かかるアルミニウム合金鋳物の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートシンク等の熱伝導性が求められる部材には、純アルミニウムやアルミニウム合金が用いられている。純アルミニウムの熱伝導性は高いが、鋳造性が低く複雑な形状にすることが困難である。また、強度が低く、複雑な形状になると金型から取り出す際やその他加工や組み立てのために扱っているうちに、割れたり、変形してしまったりする場合がある。そこで、放熱性を高めるために複雑な形状や薄肉部を有するものとする必要があるヒートシンクにあっては、熱伝導性をある程度犠牲にしても高い強度を有し鋳造性に優れるＡｌ−Ｓｉ系等のアルミニウム合金鋳物が特に好適に用いられている。
【特許文献１】特開２００１−３１６７４８号公報
【特許文献２】特開２００２−３９７２号公報
【特許文献３】特開２００２−１０５５７１号公報
【０００３】
ところが、近年の電子機器の高性能化に伴い、更に高性能のヒートシンクが求められるようになってきた。そのため、従来のアルミニウム合金鋳物よりも、更に熱伝導性に優れた合金の開発が待たれていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来のアルミニウム合金鋳物と同等以上の機械的強度及び鋳造性を持ちながら、更に熱伝導性が向上せしめられたアルミニウム合金鋳物を提供することを目的とする。
また本発明は、かかるアルミニウム合金鋳物を製造するための方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金鋳物の母相中のＳｉ固溶量と金属組織中の晶出物の面積率が、鋳物の熱伝導度と強度に大きく影響し、Ｓｉ固溶量と晶出物の面積率を両方とも最適な値にすると、十分な機械的強度を有しながら熱伝導性に特に優れたアルミニウム合金鋳物が得られることを見出した。
また、Ｓｉ固溶量と晶出物の面積率は、鋳造後の加熱保持処理により、制御することができることが分かった。
【０００６】
しかして、本発明によれば、Ｓｉ：６.０〜８.０質量％を含み、Ｓｉ及びＡｌ以外の元素が単体で０．６％以下であり、アルミニウム母相中のＳｉ固溶量が０．５〜１．１質量％、好ましくは０．５５〜１．０５質量％、より好ましくは０．６〜１．０質量％に調整され、金属中組織中の晶出物の面積率が５〜８％、好ましくは５．５〜７．５％、より好ましくは６．０〜７．０％に調整されていることを特徴とする、熱伝導性に優れたアルミニウム合金鋳物が提供される。
ここで、上記アルミニウム合金鋳物は、好ましくは、Ｓｉ及びＡｌ以外の元素が、Ｍｇ：０．２〜０．５質量％、Ｆｅ：０．６質量％以下及び合計量が０．２質量％以下のその他の元素からなる組成を有する。
【０００７】
また、上記アルミニウム合金鋳物は、上記その他の元素中にＴｉ及び／又はＺｒが含まれる場合、Ｔｉ及び／又はＺｒの量が０．０３質量％以下に調整されているのが好ましい。
かかるアルミニウム合金鋳物は、従来のアルミニウム合金鋳物よりも優れた熱伝導度を有するものであり、好ましくは１６０Ｗ／ｍ・ｋ以上、より好ましくは１６５Ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導度を示す。
【０００８】
更に、本発明では、Ｓｉを６．０〜８.０質量％含み、Ｓｉ及びＡｌ以外の元素が単体で０．６質量％以下のアルミニウム合金鋳物素材を、４００〜５１０℃で１時間以上加熱保持処理することを特徴とする、熱伝導性に優れたアルミニウム合金鋳物の製造方法が提供される。
ここで、アルミニウム合金鋳物素材は、好ましくは、Ｓｉ：６．０〜８.０質量％、Ｍｇ：０.２〜０.５質量％、Ｆｅ：０．６質量％以下を含み、残部はアルミニウムと合計量が０．２質量％以下のその他の元素からなり、またアルミニウム合金鋳物素材中のＴｉ及び／又はＺｒが０．０３質量％以下に調整されている。アルミニウム合金鋳物素材の加熱保持処理の時間は１時間以上である。なお、７時間以上加熱保持処理を施しても、それ以上の特性の向上を得ることができないので、７時間以下にすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、機械的強度及び鋳造性を持ちながら、更に熱伝導性が向上せしめられたアルミニウム合金鋳物が得られる。よって、より高性能のヒートシンク等を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好適な実施形態では、本発明の熱伝導性に優れたアルミニウム合金鋳物は、Ｓｉ：６.０〜８.０質量％を含み、Ｓｉ及びＡｌ以外の元素が単体で０．６％以下であり、アルミニウム母相中のＳｉ固溶量が０．５〜１．１質量％に調整され、金属中組織中の晶出物の面積率が５〜８％に調整されている。
ここで、上記アルミニウム合金鋳物は、好ましくは、Ｓｉ及びＡｌ以外の元素が、Ｍｇ：０．２〜０．５質量％、Ｆｅ：０．６質量％以下及び合計量が０．２質量％以下のその他の元素からなる組成を有する。
【００１１】
以下に、各組成及び晶出物面積率の作用及び限定理由を説明する。
【００１２】
（Ｓｉ：６．０〜８．０質量％）
Ｓｉは鋳造性を向上させる作用を有する。ヒートシンクのような複雑な形状や薄肉部を有するものを鋳造する場合、鋳造性を十分なものとするためには、Ｓｉを６．０質量％以上とすることが必要である。このＳｉはＳｉ系晶出物として晶出し、鋳物の機械的強度、耐摩耗性、防振性を向上させる作用も有する。またＳｉ量を更に増大させればさせる程、鋳造性等は向上するが、Ｓｉ量が８．０質量％を超えると熱伝導性が低下してしまう。よって、本発明の目的においては、Ｓｉ量は６．０〜８．０質量％の範囲とされなければならない。
【００１３】
（Ｍｇ：０．２〜０．５質量％）
Ｍｇは、本発明においては必須の元素ではない。しかしながら、Ｍｇは、Ｍｇ系晶出物を形成し、機械的強度を向上させる作用を有するので、機械的強度が特に求められる場合には、含有せしめることが好ましい。この作用は、０．２質量％以上で顕著となり、逆に０．５質量％を超えると熱伝導性が低下する。また、Ｍｇの一部はＭｇ−Ｓｉ系析出物を形成し、機械的強度を向上させる作用を有する。よって、Ｍｇを含有させる場合は、０．２〜０．５質量％の範囲とするのが好ましい。
【００１４】
（Ｆｅ：０．６質量％以下）
Ｆｅは不可避的に混入する不純物であるが、機械的強度を向上させると共に、ダイカスト法で鋳造する場合には金型の焼き付きを抑制する作用も有する。しかし、Ｆｅの増加に伴って、熱伝導性と伸展性が低下し、Ｆｅの量が０．６質量％を超えると塑性加工性が不十分になる。よって、Ｆｅは不可避的に混入されるとしても、０．３質量％以下とするのが好ましい。
【００１５】
（Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ及びＦｅ以外のその他の元素の合計量）
本発明によるアルミニウム合金鋳物は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ以外の元素も合計で０．２質量％以下であれば、含有していてもよい。これらの元素は、通常は不可避不純物であるが、必ずしもそうと認識されている必要はない。これらの元素としては、具体的には、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｂ、Ｚｒ、Ｐ、Ｃａ、Ｎａ、Ｓｒ、Ｓｂ及びＺｎ等が挙げられる。
またここで、Ｔｉ、Ｍｎ及びＺｒは熱伝導率に及ぼす影響が大きいので、それらの量は０．０５質量％以下に抑制するのが好ましい。
【００１６】
（Ｓｉ固溶量：０．５〜１．１質量％）（好ましい範囲：０．５５〜１．０５質量％、更に好ましい範囲：０．６〜１．０質量％）
アルミニウム合金鋳物において、Ｓｉ固溶量はその熱伝導性に大きな影響を及ぼし、Ｓｉ固溶量が１．１質量％を超えると、熱伝導性が低下してしまう。一方、Ｓｉ固溶量が０．５質量％未満になると、十分な機械的強度が得られなくなる。
【００１７】
（晶出物の面積率：５〜８％）（好ましい範囲：５．５〜７．５％、更に好ましい範囲：６．０〜７．０％）
本発明者等が新たに知見したところであるが、アルミニウム合金鋳物において、晶出物の面積率が８％を超えると、晶出物が熱伝導を阻害してしまう。また、伸びも低くなる。一方、晶出物の面積率が５％未満と少ないと、十分な強度が得られなくなる。
【００１８】
本発明者等は、上記のアルミニウム合金鋳物は、従来の鋳造性に優れるアルミニウム合金鋳物を更に所定温度に加熱保持処理することによって得られることを見出した。
すなわち、本発明に係る製造方法は、先ず、所定の組成を持つアルミニウム合金鋳物素材を製造する。鋳造法は、溶湯鋳造法、ＤＣ法、金型鋳造法等々、従来から知られている任意の鋳造法を利用することができ、場合によっては、市販のアルミニウム合金鋳物を本発明の方法の素材として利用することもできる。使用するアルミニウム合金鋳物素材は、Ｓｉを６．０〜８.０質量％含み、Ｓｉ及びＡｌ以外の元素が単体で０．６質量％以下のもの、より好ましくは、Ｓｉ：６．０〜８.０質量％、Ｍｇ：０.２〜０.５質量％、Ｆｅ：０．６質量％以下を含み、残部はアルミニウムと合計量が０．２質量％以下のその他の元素からなるものである。このようなアルミニウム合金鋳物としては、例えばＪＩＳ規格ＡＣ４Ｃ及びＡＣ４ＣＨ合金で鋳造した鋳物が挙げられる。
【００１９】
ついで、上記アルミニウム合金鋳物素材を、４００〜５１０℃に加熱保持処理する。このような加熱保持処理によって、母相中に固溶されていたＳｉが析出し、母相中のＳｉ固溶量が０．５〜１．１質量％の範囲になると共に、晶出物の一部が母相中に固溶し、晶出物の面積率が５〜８％の範囲になる。
【００２０】
ここで、加熱保持温度は、５１０℃を超えると、晶出物が母相中に固溶するものが多くなり、その結果、晶出物の面積率が低下するとともにＳｉ固溶量が多くなり、熱伝導性が低下する。また、機械的強度も低下する。逆に、加熱保持温度が４００℃以下の場合、母相中のＳｉが析出せず、Ｓｉ固溶量が減少しないので熱伝導性が向上しない。また、晶出物の一部が母相中に固溶しないので、晶出物の面積率が大きくなり、熱伝導性が低下する。
また、加熱保持処理は、好ましくは１時間以上行うことが好ましい。また５時間を超えて加熱保持しても、Ｓｉ固溶量および晶出物の面積率はそれ以上はほとんど変化しない。よって、コスト面から保持時間は５時間未満とすることが好ましい。
【００２１】
加熱保持後は、常温まで冷却するが、その後の冷却は、水冷で冷却しても、炉冷で徐冷してもよい。冷却速度によって析出物の量が異なり、Ｓｉの固溶量も変化するが、本発明合金の場合には、加熱保持処理の際にＳｉが既に析出し、Ｓｉ固溶量が少なくなっているので、その影響は小さい。強度を少しでも高くしたい場合は、水冷が好ましい。しかし、水冷の場合、部分部分によって冷却速度が異なり、冷却時に変形が生じやすいので、ヒートシンクのような薄肉部を有するものの場合は徐冷が好ましい。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明を、実施例によって更に詳細に説明する。
（実施例１）
Ｓｉを７．１質量％、Ｍｇを０．３２質量％、Ｆｅを０．２質量％とアルミニウムからなり、その他の元素の合計量が０．２質量％以下であるアルミニウム合金鋳物素材（ＪＩＳ規格ＡＣ４Ｃに相当）を、ＤＣ鋳造法により２０３φx２０００ｍｍに鋳造した。得られたアズキャスト材（Ｎｏ．１）を、３８０℃、４２０℃、４５０℃、５００℃、５３５℃、５５０℃で５時間保持し、その後、水冷によって常温まで冷却し、アルミニウム合金鋳物（Ｎｏ．２〜７）を得た。
【００２３】
アズキャスト材（Ｎｏ．１）及び上記のようにして加熱保持処理を施して得られたアルミニウム合金鋳物（Ｎｏ．４〜６）について顕微鏡による組織観察を行った。その結果の一部を図１に示す。
【００２４】
更に、上記アズキャスト材及びアルミニウム合金鋳物について、それぞれ、熱伝導度、引張強度、Ｓｉ固溶量及び晶出物の面積率を測定した。
ここで、Ｓｉ固溶量については、合金中のＳｉ量と熱フェノール残渣中のＳｉ量を化学分析によって求め、得られた合金中のＳｉ量から、フェノール残渣中のＳｉ量を差し引いたものをＳｉ固溶量とした。なお、熱フェノール溶解残渣は、合金を熱フェノールで溶解したものをメンブランフィルター（０．１μｍ）で、濾過して回収した。
また、晶出物の面積率については、鉱物を鏡面研磨した後、画像処理・解析装置にセットし、測定した。測定は、１視野（０．０１４ｍｍ２）を１０視野測定し、その平均値をとった。
【００２５】
以上の測定の結果を表１にまとめる。
【表１】
2005290527.tif 000002
【００２６】
この表１の結果から分かるように、加熱保持処理を施していないアズキャスト材（Ｎｏ．１）及び加熱保持処理温度の低い比較アルミニウム合金鋳物（Ｎｏ．２）は、晶出物の面積率が大きく、そのため熱伝導度及び伸びが低くなっている。このことから、晶出物が熱伝導を阻害していることが確認される。
また、加熱保持処理温度が高い比較アルミニウム合金鋳物（Ｎｏ６〜７）は、Ｓｉ固溶量が増加し、熱伝導度が低くなっていることが分かる。
これに対して、本発明に係るアルミニウム合金鋳物（Ｎｏ３〜５）は、何れもＳｉ固溶量と晶出物の面積が、最適な範囲となっており、熱伝導度、引張強度及び伸びが全て高い数値となっていることが分かる。
【００２７】
（実施例２）
実施例１で得られたアズキャスト材を、４５０℃で０．５時間、１時間、３時間及び７時間のそれぞれの保持時間で加熱保持処理を施し、その後常温まで徐冷し、アルミニウム合金鋳物（Ｎｏ．８〜１１）を得た。得られたアルミニウム合金鋳物について、実施例１と同じ方法でＳｉ固溶量、晶出物の面積率、熱伝導度、引張強度及び伸びを測定した。
【００２８】
その結果を表２に示す。
【表２】
2005290527.tif 000003
【００２９】
表２の結果から分かるように、加熱保持処理時間が０．５時間の場合、晶出物が十分に固溶せず、その結果、熱伝導度や引張強度及び伸びが低くなっていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】アズキャスト材及びアルミニウム合金鋳物（Ｎｏ．１、４〜６）の組織を示す図面代用の顕微鏡写真である。
【図１】
2005290527.tif 000004