(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：０．４〜０．７質量％，Ｆｅ：０．８〜１．１質量％，Ｎｉ：２．０〜４．０質量％，Ｍｇ：０．２〜０．４質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする熱伝導性に優れた鋳物用アルミニウム合金。
【請求項２】
さらにＴｉ：０．００５〜０．１５質量％およびＢ：０．０００１〜０．００１質量％の１種または２種を含む請求項１に記載の熱伝導性に優れた鋳物用アルミニウム合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、特に電子部品冷却用ヒートシンクとして好適で、熱伝導性に優れた鋳物用アルミニウム合金に関する。
【０００２】
ヒートシンク等の熱伝導性が要求される部材は、純アルミニウムやＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の鍛造，押出加工，切削加工等で製造されている。ところが、ＣＰＵ等の発熱量はＯＡ機器の高性能化に伴って増大する一途であり、故障や誤動作を避けるためにＣＰＵ等を定格温度以下に維持するために冷却能力の高いヒートシンクに対する要求が強くなってきている。なかでも、ノート型パソコンを代表する小型高性能電子機器においては、複雑な形状を有し、限られたスペースに収まる小型高性能のヒートシンクが望まれている。
しかし、鍛造，押出加工，切削加工等では、比較的単純な形状のものしか成形できないため、形状の制約があったり、あるいはできたとしても経済的ではなかったりするため、十分な形状対応力を有する小型化されたヒートシンクを製造できなかった。
【０００３】
そこで、ヒートシンクの作製法として、高い寸法精度の小物製品あるいは複雑形状品の製造に適したダイカスト法の採用が試みられている。
ところが、ヒートシンク用材料として使用されている純アルミニウムやＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金は、熱伝導性に優れているものの鋳造性が悪く、ヒートシンクのように薄肉で複雑形状の部品に鋳造することは困難である。他方、ダイカスト用材料として使用されているＡｌ−Ｓｉ系合金は、熱伝導性が低く、ヒートシンクのように高い熱伝導性が要求される部品には適していない。
【０００４】
従来から使用されている鋳物用アルミニウム合金は、Ａｌ−Ｓｉ系で、流動性，引け性の改善、鋳造割れの防止等を主たる目的とし、含有されたＳｉはマトリックス相に固溶して熱伝導性を著しく低下させている。
そこで、本発明者等は、Ｓｉに代わる合金成分を調査検討した結果、Ｎｉが鋳造割れの防止をはじめとする鋳造性の改善に有効であり、しかも熱伝導の低下を最小限に留めることを見出し、熱伝導性に優れた鋳物用アルミニウム合金を特願２０００−１１０２２８号として提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
Ｎｉは鋳物用アルミニウム合金では、ＡｌとＡｌ3Ｎｉとの間で共晶組織を形成し、鋳造割れを防止すると共に、アルミニウム合金鋳物の熱伝導性をほとんど低下させない特性をもっている。
しかしながら、この合金で高い寸法精度の小物製品あるいは複雑形状品をダイカストしようとする場合、強度的に不足し、鋳型から鋳物を取出す際、鋳物に変形や割れが発生することがある。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、熱伝導性に優れ、且つ強度を高めて鋳型から鋳物を取出す際も鋳物に変形および割れを発生させることのない鋳物用アルミニウム合金を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱伝導性に優れた鋳物用アルミニウム合金は、その目的を達成するため、Ｓｉ：０．４〜０．７質量％，Ｆｅ：０．８〜１．１質量％，Ｎｉ：２．０〜４．０質量％，Ｍｇ：０．２〜０．４質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
さらにＴｉ：０．００５〜０．１５質量％およびＢ：０．０００１〜０．００１質量％の１種または２種を含むこともできる。
【０００７】
【作用】
鋳型から鋳物を取出す際、鋳物に割れを生じさせることなく取出すためには、鋳造直後の鋳物の硬度は５０ＨＲＦ（ロックウェル式硬度のＦスケール）が必要である。
本発明者等は熱伝導性に優れるとともに、上記特性を発揮できる成分・組成について探索したところ、Ｎｉの他に少量のＦｅを含有させたものが良いことを見出した。
ＮｉはＡｌとの間で共晶組織を形成し、アルミニウム合金鋳物の熱伝導性をほとんど低下させることなく、鋳造割れを防止している。また、ＦｅはＡｌ中に固溶してマトリックス相を固溶硬化させるとともに、晶出物を形成して材料自体を硬化させ、上記共晶組織の形成と相俟って強度を高めているものである。
【０００８】
本発明においては、このような作用を呈するＮｉ，Ｆｅの含有を基本とし、鋳造性，強度および熱伝導性の観点から次の合金設計を採用している。
Ｎｉ：２．０〜４．０質量％
Ａｌとの間でＡｌ−Ａｌ3Ｎｉ共晶組織を形成し、熱伝導性を大幅に低下させることなく、鋳造性を改善させる有効成分である。しかも、共晶として晶出したＡｌ3Ｎｉは、鋳物の強度を向上させると共に、切削加工性も改善するが、熱伝導性を大きく低下させることは無い。鋳造性の改善、強度の上昇に及ぼすＮｉの影響は、２．０質量％以上で顕著になるが、４．０質量％を超えるＮｉ含有量では、高強度は得られるが熱伝導性の低下が著しくなる。
【０００９】
Ｓｉ：０．４〜０．７質量％
Ｓｉは、鋳造性を向上させる。またＭｇとＭｇ2Ｓｉを形成して強度を向上させる合金成分であり、０．４質量％以上の含有量でＳｉの強度向上効果が顕著になる。しかし、０．７質量％を超える過剰量のＳｉが含まれると、熱伝導性の低下が著しくなる。
【００１０】
Ｍｇ：０．２〜０．４質量％
ＳｉとＭｇ2Ｓｉを形成して強度を向上させる合金成分であり、０．２質量％以上の含有量でＭｇの添加効果が顕著になる。しかし、０．４質量％を超える過剰量のＭｇが含まれると、熱伝導性の低下が著しくなる。
【００１１】
Ｆｅ：０．８〜１．１質量％
金型への焼付き防止とマトリックス相への固溶および晶出物の形成により強度向上に有効な合金成分である。特にダイカスト時に、Ｆｅの含有により金型への焼付きを防止することができる。さらに、０．８質量％以上の含有により熱伝導性を大幅に低下させることなく、材料の硬化が顕著になるが、１．１質量％を超える過剰量のＦｅが含まれると、熱伝導性の低下が著しくなる。
【００１２】
Ｔｉ：０．００５〜０．１５質量％，Ｂ：０．０００１〜０．００１質量％
必要に応じて添加される合金成分であり、共にα−Ａｌ相を微細化することにより鋳造割れを防止する作用を呈する。このような作用は０．００５質量％以上のＴｉおよび０．０００１質量％以上のＢ添加で顕著になるが、０．１５質量％を超えるＴｉまたは０．００１質量％を超えるＢが添加されると、粗大な化合物が形成され、機械的強度が低下するとともに熱伝導性が著しく低下する。
【００１３】
本発明で使用するアルミニウム合金は、以上に掲げた合金成分の他に機械的性質，耐鋳造割れ性で代表される鋳造性，耐食性等を改善するため微量のＺｒ、Ｖ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｎ等を含むことができる。しかし、これらの合金成分を多量に添加すると鋳物の熱伝導性が低下するので、それぞれ０．０５質量％以下に規制することが好ましい。このようにして成分調整されたＡｌ−Ｎｉ系合金は、Ａｌ−Ａｌ3Ｎｉ共晶組織の形成によって熱伝導性の低下を最小限に留め、鋳造性が大幅改善されるとともに、Ｆｅの固溶強化により鋳型から鋳物を取出す際も鋳物に変形や割れを発生させることがない。したがって、ヒートシンクを初めとする、各種の電子電気機器，自動車機器等、熱伝導性が要求される機器部材として使用される。
【００１４】
【実施例】
表１に示す組成のアルミニウム合金を溶製し、鋳造温度７３０℃でダイカストし、各アルミニウム合金毎に１０個のヒートシンクを製造した。ヒートシンクは、幅４０ｍｍ，長さ６０ｍｍ，厚み３ｍｍの基板部１に、上部の幅１ｍｍ、下部の幅２ｍｍ，長さ４０ｍｍ，高さ５０ｍｍのフィン２が９本起立した形状をもっていた（図１）。
得られたヒートシンクについて、離型時の割れの有無を観察するとともに熱伝導率と硬度（ＨＲＦ：ロックウェル式硬度のＦスケール）の測定を行った。
その結果を表２に示す。
【００１５】
0003772718.tif 000002
【００１６】
0003772718.tif 000003
【００１７】
表２からもわかるように、本発明の成分・組成を有する合金は、熱伝導性に優れ、硬度も５０ＨＲＦ以上あって、鋳型から鋳物を取出す際も割れが生じていない。
これに対して、Ｎｉ含有量の少ない合金Ｎｏ．５およびＦｅ含有量の少ない合金Ｎｏ．７にあっては、熱伝導性に優れるものの、硬度が低いために離型時に割れが発生し易くなっている。Ｓｉ，Ｍｇの含有量が少ない合金Ｎｏ．９，１１にあっても同様の特性を有している。
また、Ｎｉ，Ｆｅの含有量が規定の範囲を超える合金Ｎｏ．６，８にあっては、硬度が高く離型時に割れが発生することはなかったが、熱伝導性が低下しているので、ヒートシンクとしては適していない。Ｓｉ，Ｍｇの含有量が規定の範囲を超えた合金Ｎｏ．１０，１２にあっても同様である。
【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の鋳物用アルミニウム合金は、Ｓｉに代えてＮｉを含有させることによりＡｌ−Ａｌ3Ｎｉ共晶組織を生成させ、鋳造性を改善すると共に、微量Feを含有させてマトリックス相を固溶強化し、晶出物の形成により材料自体を硬化させることにより、離型時の鋳物の変形や割れ発生を防止することができた。しかもこの合金は熱伝導性が低下してないので、良好な鋳造性を活かしてダイカスト法で製品化され、高い形状精度が要求され且つ良好な熱伝導度が要求されるヒートシンクを初めとする各種部材に使用される。また、生産性に優れたダイカスト法が適用できることから、製造コストの低減も図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例で製造したヒートシンクの斜視図
【符号の説明】
１：ヒートシンク    ２：フィン
【図１】
0003772718.tif 000004