Search the portal

Please enter a term

Full record

« Back to home page
TitleAlSi10Mg(Fe) painevalualumiinin lämmönjohtavuus
TitleThermal Conductivity of Die Cast AlSi10Mg(Fe) Aluminium
TitleThermal Conductivity of Die Cast AlSi10Mg(Fe) Aluminium
AuthorSimola, Jukka
ContributorsMateriaalioppi – Materials Science; Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences; Tampere University of Technology; Orkas, Juhani; Peura, Pasi; Suikkanen, Esa
Subject(s)Materiaalitekniikka
Abstract

Tiivistelmä: Painevalettuja alumiinikomponentteja käytetään usein sähköelektroniikkateollisuuden laitteissa. Prosessorien ja tehovahvistimien kehittyessä niiden tuottama lämpökuorma kohdistuu yhä pienemmälle alalle. Jos lämpöä ei voida tehokkaasti johtaa ja levittää tukirakenteisiin, voivat elektroniikkakomponentit rikkoutua. Alumiini on hyvän lämmönjohtavuutensa ja keveytensä vuoksi yleinen materiaali elektroniikan jäähdytysrivastoissa. Kohtalaisen jäykkyytensä ansiosta se tarjoaa lisäksi tukevan kiinnitysalustan elektroniikalle. Painevalumenetelmällä kotelointi ja lämpöäjohtavat alumiiniset jäähdytysrakenteet saadaan yhdistettyä kustannustehokkaasti samaan komponenttiin. Hyvin johtavilla materiaaleilla voidaan välttää kalliit ja vikaantumisalttiit aktiiviset jäähdytyskomponentit. Työn tavoitteena oli selvittää, mitkä kemialliset ja mikrorakenteelliset ominaisuudet vaikuttavat painevaletun alumiinin lämmönjohtavuuteen. Johtavuuden parantamiskeinoja tutkittiin. Diplomityön tuloksia tullaan hyödyntämään asiakasräätälöinnissä ja laadunvalvonnassa. Työ jakaantui kahteen osaan: Kirjallisuustutkimuksessa selvitettiin alumiinin mikrorakenteen ja koostumuksen vaikutusta lämmönjohtavuuteen. Kokeellisessa osassa tutkittiin sulan kemiallisen modifioinnin sekä valukappeleiden lämpökäsittelyn vaikutuksia lämmönjohtavuuteen. Koesuunnittelussa käytettiin Taguchi-menetelmää. Lämmönjohtavuutta mitattiin Hot Disk menetelmällä. Tutkimusaineistona toimi AlSi10Mg(Fe)-painevaluseos, jonka valu ja lämpökäsittelyt tehtiin Alteams Oy:n Laihian painevalimolla. Mikroskooppitarkastelut tehtiin Tampereen teknillisen yliopiston Materiaalitekniikan laitoksella. Tuloksista selviää, että lämpökäsittelylämpötilaa ja -aikaa nostamalla saadaan johtavuus nousemaan arvosta 120 W/m·K arvoon 164 W/m·K. Suuret rautapitoiset faasit sitovat johtavuutta haittaavia seosaineita, pienentäen niiden pitoisuutta alumiinimatriisissa. Lämpökäsittelyssä matriisista erkautuu muita seosaineita, jolloin johtavuus paranee. Strontiumseostuksella voidaan muokata johtavuutta muun muassa paikalliseen jähmettymisnopeuteen ja rautapitoisen faasin sekä piifaasin muodostumiskinetiikkaan vaikuttamalla.

Abstract: As the circuit packing density increases, thermal concentrations of high power, small footprint electronic components get more intense. Failure of the component will follow, unless heat is transferred away. Aluminium, thanks to its good thermal conductivity, is used in heat dissipating components, such as heat sinks. Die casting allows a seamless integration of such components into aluminium chassis in a very cost efficient way. Improving the conductivity of materials reduces the need of using costly active cooling components, which are also more prone to fail during operation. The scope of the study was to find effects of heat treatment, chemical composition and microstructure on thermal conductivity of die cast aluminium. The thesis consists of a literature study and a practical study. Thermal conductivity values were measured using the Hot Disk method and optical and electron microscope examination were performed. Design of experiment was done using the Taguchi method in order to find the optimal heat treatment scheme and the optimal chemical composition. Samples of hypoeutectic AlSi10Mg(Fe) alloy were die cast and heat treated in Alteams Oy in Laihia. Microscopy studies were performed at Tampere University of Technology. The results will be used for product customization and quality control in a die cast alu-minium foundry. Increasing the heat treatment times and temperatures improved ther-mal conductivity from 120 W/m·K up to 164 W/m·K. Formation of large iron contain-ing intermetallics were found to improve on conductivity by arresting chromium and manganese. Heat treatment further lowered solute content in the aluminium matrix, hence improving the total conductivity. High levels of strontium inhibited the formation of said intermetallics and transformed the solidification kinetics and the morphology of silicon phases.

Date2017-08-02T09:41:44Z
Date2019-05-23T11:16:01Z
Date2017-08-02T09:41:44Z
Date2019-05-23T11:16:01Z
Date2017
Date2017-08-16
Typefi= Diplomityö | en=Master’s thesis (technology)|; masterThesis
Identifier
IdentifierURN:NBN:fi:tty-201708241770
Languagefi
RightsThis publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
RightsopenAccess
Format102
Formatfulltext