알미늄

[수에어]

2007/11/27 오 전 9:30 | 발포 알루미늄 | [철]

1.알루미늄의 장점

경량성
	알루미늄의 비중은 2.7로 Fe의 7.87 , Cu의 8.9에 비해 약1/3 가량 적다.
내식성
	알루미늄은 대기중의 산소와 반응하여 표면에 얇고 치밀한 산화피막을 형성한다.
가공성
	압출 , 압연 , 단조 , 성형 등의 소성가공이 용이하다.
열,전기전도성
	열 전달은 Fe의 5배 , 전기 전도도는 Cu의 약 60%에 해당된다.
비자성
	자장의 영향을 받지 않으므로 초정밀 전자제품 , 안테나 등에 적용한다.
저온강도
	저온에서 취성파괴를 일으키지 않아 LNG 탱크 , 우주개발 분야에 적용된다.
진공특성
	다른 금속에 비해 가스 방출이 특히 작아 진공 관련 부품에 적용된다.
표면처리
	양극 산화에 의한 다양한 칼라 , 경도 , 내식성 등의 목적에 적용된다.
반사성
	빛 , 열 , 전파를 잘 반사하여 반사판 , 우주복 , 전자부품 Case 등에 적용된다.
보호특성
	비타민 등를 보호하는 특성이 있어 식품 및 의약품 포장재료로 적용된다.
재활용성
	재생에 필요한 에너지는 원석으로부터 신지금을 제조하는 에너지의 3%로에 해당된다

2.알루미늄 합금 주물에 있어 각 원소의 영향

주물용 알루미늄합금 중에는 주조성, 기계적 성질, 물리적 성질, 화학적 성질, 그 외의 특성을 개선할 목적으로 각종 원소가 비교적 많이 첨가되지만 인고트(Ingot)의 제련과정 및 합금제조단계 중에 불순물원소가 혼입된다.
아래에서는 각종 성분의 영향에 대해 설명하겠다.

동(Cu)

알루미늄에 동의 첨가는 고용체강화와 석출강화에 의한 강도의 향상, 내열성의 향상, 기계가공성(절삭성)의 개선효과가 있다. 하지만 열간균열이 일어나기 쉽고 용탕보급성이 낮다. 또한 동을 함유하지 않으면 내식성이 양호한데 비해 동의 함유는 내식성을 현저하게 저하시킨다.

실리콘(Si)

실리콘을 첨가하면 용탕의 유동성, 수축공동, 내열 균열성이 크게 향상되어 우수한 주조성을 가진다. 또한 다량의 실리콘을 함유한 금속은 열팽창계수가 작고 내마모성이 우수하다. 하지만 다량 함유될 경우 판상형의 공정 및 조대한 초정으로 정출되어 기계가공성을 현저히 떨어뜨리므로 전자는 나트륨, 스트론튬, 안티몬 등으로 개량처리를 통해, 후자는 인에 의한 미세화처리를 통해 개선해야 한다. 또한 Al-Mg계 합금에 대해서는 인성을 극도로 저하시키고 양극산화처리시 피막표면상에 잔존하므로 피막을 불균질화 시킴과 동시에 외관상도 검회색화되는 악영향을 끼치게 된다.

마그네슘(Mg)

마그네슘은 고용에 의한 강화와 실리콘과의 공존에 의해 시효경화로 강도를 향상시키는 원소이다. 내식성, 양극산화성, 피삭성(절삭성)을 향상시키는 효과도 있지만 화학적으로는 활성화 산화물을 발생시키기 쉬우므로 유동성, 용탕보급능력을 저하시킨다. 또한 실리콘을 많이 함유한 합금의 인성을 현저하게 저하시킨다.

철(Fe)

철은 Fe-Al₃,Al-Fe-Si 등의 화합물을 형성하고 인성과 내식성, 용탕보급능력을 현저하게 약화시키는 유해원소이다. 따라서 인성을 특징으로 하는 합금(AC1B, AC4CH), 또는 내식성을 특성으로 하는 합금(AC7A)에서는 철을 가능한한 낮게 억제할 필요가 있다.

망간(Mn)

고온강도의 향상 및 철 함유량이 많은 합금에 첨가함으로써, 유해한 Al-Fe-Si 화합물의 정출을 억제하고 인성저하방지 효과를 낸다. 또 Al-Mg계 합금에서는 Al-Mn-Fe 화합물을 형성하고 AC7A에서는 철에 의한 내식성 약화를 막기 위해 유효성분으로 작용한다.

니켈(Ni)

동을 함유한 합금에서 Y화합물(Al-Cu-Ni)을 형성하고 고온강도를 향상시키기 때문에 AC5A에서는 유효한 원소이다. 그러나 내식성을 저하시키는 점에 있어서는 철 이상으로 유해한 원소다.

크롬(Cr)

부식균열성을 가지는 Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn-Mg계 합금에 있어서 결정립계 강화에 의해 내응력부식균열성 향상과 고온강도 향상효과를 얻을 수 있는 원소이다. 그러나 다량 함유될 경우 조대한 금속간 화합물이 발생하기 쉽고 인성저하, 기계가공성이 떨어지게 된다.

티탄(Ti)

결정립을 미세화시켜 주조성 및 기계적 성질을 향상시키며 붕소가 공존하면 첨가량이 적더라도 미세화 효과를 얻을 수 있다. 장시간 용탕의 보호, 유지로 인해 용탕편석을 일으키는 경우가 있으므로 주의해야 한다. 티탄이 과잉함유되어 있으면 유동성이 떨어지고 실리콘을 함유한 합금에 있어서 조대한 Al-Si-Ti 화합물이 정출되어 인성이 현저하게 저하된다. 또한 전기전도도 및 열전도도 저하된다.

아연(Zn)

마그네슘과 공존하면 기계적 성질을 향상시켜 기계가공성을 개선하는 반면 내식성을 저하시킨다. 함유량이 많을 경우 응고수축이 커져 내열간 균열성을 저하시킨다.

칼슘(Ca)

실리콘을 함유한 합금에 있어서 개량효과를 낸다. 나트륨만큼 효과적이지는 않지만 지속성은 길다. 칼슘이 많으면 점성, 표면장력 등의 증가로 주조성(유동성, 인성)이 떨어진다. 공정점에 가까운 실리콘량을 함유한 경우, 칼슘의 함유량에 따라 조직이 아공정형과 과공정형으로 변하고 덴드라이트의 성장방향의 차에 의해 길쭉한 비늘형상이나 장방형의 표면조직이 형성될 수 있으며 칼슘이 많으면 길쭉한 비늘형상의 표면조직으로 된다. 따라서 AC3A, AC8A에 있어서 칼슘량을 철저하게하여 제조해야 하며 특히 AC8A에 대해서는 여러 특성이 큰 폭으로 변화하기 때문에 아공정형 혹은 과공정형으로 분류해서 사용하는 경우도 있다.

나트륨, 리튬(Na, Li)

나트륨은 실리콘을 함유한 합금의 개량처리용으로 널리 사용되고 있으며 리튬도 개량효과가 있지만 두 원소 모두 용해시 산화하기 쉽고 불순물이 많이 발생하며, Al-Mg 합금계에 있어서는 베릴륨의 몰드리액션 방지효과를 저해하므로 함유량을 극히 낮게 해야 한다. 또한 위의 두 원소는 용탕의 점성 및 표면장력을 증대시켜 주조성을 저하시키는 결점을 가지고 있다.

베릴륨(Be)

마그네슘을 많이 함유한 합금의 산화방지 및 몰드리액션 방지를 위해 사용되는데 극소량을 첨가하더라도 효과를 내는 원소이다. 약간의 미세화 효과와 인성향상에 유효한 원소이다.

바나듐, 지르코늄(V, Zr)

열성 향상에 효과적인 원소이며 지르코늄은 결정미세화 효과가 있지만 티탄과 겸용하면 Al-Ti-Zn 금속간 화합물을 형성해 효과가 떨어지므로 주의해야 한다. 전기전도도를 저하시키는 결점이 있다.

3. 알루미늄, 철,  구리의 성질 비교

물리적 성질

항목	단위	알루미늄	철	구리
원자번호	-	13	26	29
원자량	-	26.98	55.85	63.54
비중	20 ℃	2.70	7.87	8.96
용융점	℃	660.2	1,534	1,083
응고수축율	%	6.6	4.4	4.1
열전도도	Cal/ Cm-Sec(20℃)	0.53	0.180	0.941
재결정온도	℃	150 - 300	400 - 550	120 - 200
전기비저항	마이크로 Ω - Cm	2,655	0.971	1.673
용해잠열	Ca / g	94.5	65.5	50.6
비열	Cal/ g(20℃)	0.215	0.11	0.092
비점	℃	2,450	3,000	2,595

기계적 성질

항목	단위	알루미늄	철	구리
인장강도	Kg / ㎟	9 - 17	25 - 85	22 - 25
연신율	%	35 - 45	80 - 85	49 - 60
브리넬경도	HB	23 - 44	60 - 65	35 - 40