금속은 청동기시대, 철기시대라는 이름이 가리키는 대로, 태고부터 인간 생활을 지탱하는 재료로써 이용되어 왔다. 앞으로도 금속은 인간에게 있어서 가장 중요한 재료가 될 것이 틀림없다. 왜냐하면 금속은 다른 재료와 비교해서 뛰어난 특성을 많이 가지고 있으며, 또한 대량으로 생산할 수 있기 때문이다. 조형의 세계에서도 금속조형의 분야가 가장 다양하고 풍부한 것처럼 보인다. 그것은 금속 자체의 종류가 많아 가공기술도 다양하기 때문에 그만큼 조형의 폭이 넓다는데 그 이유가 있다. 또한 공예재료로 목재와 더불어 가장 중요한 위치를 갖는 것이 금속이다. 현대공예의 추세로 보아 목재의 결점과 공급의 한정 등으로 금속재료가 훨씬 앞지를 것으로 본다.
2. 금속의 종류
1) 철재
① 선철 - 보통 제철소에서 만드는 철로 다른 원소를 다량 함유하여 탄소함유량은 2.6%이 상이다. 단련되지 않으면 1100~1250℃에서 융해되어 유동성이 커진다.
② 순철 - 순철은 고온에서 연성, 전성이 크므로 소성가공이 용이하다.
③ 탄소강 - 인간이 가장 많이 사용해 내려온 철로 탄소의 함유량에 따라서 기계적, 물리적 성질이 달라지며 사용 목적에 따라 우수한 성질의 재료로 할 수가 있다.
가공성이 좋아 판이나 봉, 관 등으로 만든다.
④ 특수강 - 탄소강에 특수한 성질을 주기 위해 다른 금속을 적당한량을 첨가한 것이다.
⑤ 주철 - 강보다 용융점이 낮아서 복잡한 것이라도 주조하기 쉽고 값이 싸기 때문에 널리 사용된다.
※ 철선(강선), 철판(강판, 강철판), 환봉
2) 비철재
① 금
금은 색이 아름답고 쉽게 변하지 않으며 비중이 커 다른 금속과 쉽게 구별된다. 주조하기 쉽고 보통의 화학약품으로는 용해되지 않고 전연성이 크다. 또한 다른 금속과의 합금도 쉽고 전기 도금도 가능한 등 많은 공예적 가치를 지니고 있다. 그러나 산출량이 희소하고 값이 비싸 예부터 귀금속으로 합금으로 사용되는 경우가 대부분이다. 은, 동, 니켈등을 가해 경도를 높이고 광택의 변화를 준다.
② 은
금 다음으로 귀하게 여기는 재료이다. 아름다운 광택과 쉬운 세공성 뿐 아니라 산출량이 금보다 풍부해 예부터 식기, 채기, 촛대, 화기, 화폐, 상패, 담배함, 장신구등에 아주 널리
사용되어 왔다. 녹이 슬거나 변색이 적고 금 다음으로 전연성이 좋으며 전래의 칠보공예에 쓰이는 등 앞으로도 계속 애완을 받을 공예재료이다.
③ 동
동광석은 자연적으로 황동광 또는 휘동광 등의 광석을 높은 온도에서 건식 제련하여 만든다. 은 다음으로 전기전도율, 열전도율이 높고 전성, 연성이 좋으므로 판, 파이프 등으로 가공되어 공예품, 전기기, 가열용 장치, 화학 공업 등에 부품으로 넓게 사용된다.
적색을 띠우고 질이 연하고 부식에도 강하여 예부터 장식용 에 사용되어 훌륭한 공예 유품이 오늘에도 많이 전하고 있다.
판재, 봉재, 선재, 각재, 파이프류 등으로 널리 사용되고 있다.
* 고유의 색- 담적색, 공기 중에서는 표면이 산화되어 암적색으로 된다.
* 건조한 공기 중에서는 산화하지 않으나 탄산가스 또는 습기가 있으면 염기성 탄산동인
동녹이 생긴다.
* 청수(靑水)에는 변화하지 않으나 염수(鹽水)에는 부식된다.
* 제작상 성질- 질이 연하고 제작성이 풍부하여 판, 선, 봉, 파이프 재료 등을 활용하면,
어떠한 방법으로나 형태로도 제작이 가능하다.
* 산소용접
④ 알루미늄
* 알루미늄은 지구상에 다량으로 존재해 있는 아주 가벼운 금속으로 판, 선, 분말 등 그
활용도가 점점 증가하고 있다.
* 주조와 합금이 용이하고 상온 및 고온 가공이 쉬우며 공기 중에서 내식력이 강한 전기와 열의 양전도체이다.
* 가스 또는 전기 용접을 한다.
3. 금속의 성질
금속재료는 광석으로부터 필요한 물질을 제련하고 이것을 추출, 정하여 얻는다. 금속을 사용할 때 그 금속이 지니고 있는 특성 및 가공의 방법 등을 알아 둘 필요가 있다. 색, 광택, 융점, 비점, 비중, 전성, 연성, 전도도, 강도, 내구력, 산화의 강약 등에 유의하여야 한다. 예전에는 순금속만을 사용하였으나 오늘날에는 거의 합금이 많이 쓰인다. 그것은 합금이 순금속으로 얻을 수 없는 특별한 좋은 성질을 잘 나타내기 때문이다. 합금은 경도를 높이고 융점이 낮아지며 열전도도는 감소하고 산화가 어렵고 광택이 오래 보존된다는 등의 특성 변화를 나타낸다.
1) 금속의 일반적 특성
장
점
* 일반적으로 강도, 경도, 내구력, 내화력이 높고 색채와 광택이 다양하다.
* 전성 및 연성이 좋고, 용접 등 접착방법이 개발되었다.
* 대부분 주조가 가능하고, 탄력이 있으며 얇은 판이나 가는 선으로도 구조가 가능 하다.
* 합금으로 특성을 조정할 수 있고, 보존이 영구적이다.
* 방식, 부식, 연마 등으로 색채효과, 질감처리가 용이하다.
단
점
* 적절한 시설과 도구가 필요하다.
* 고도한 기술과 실험적 체험이 요구된다.
* 무거운 편이고 부식으로 표면이 변하기 쉽다.
위 성질을 갖춘 것이 금속이며 이들 성질을 불완전하게 구비한 것을 준금속이라 하고, 구비하지 않은 것을 비금속이라 한다.
금속의 비중은 백금, 금처럼 무거운 것이 통례이나 나트륨, 리튬 같이 물보다도 가벼운 것이 있다.
중금속 - 백금, 금, 동, 니켈 등
경금속 - 나트륨, 리튬, 마그네슘, 알루미늄, 베릴륨 등
2) 화학적 성질
① 부식
부식(corrosion)이란 금속이 액체용액에 의해 퇴보되는 현상이라고 정의될 수 있다.
이를 다른 말로 표현하면 주위환경과의 전기 화학적 또는 화학적 반응에 의해 금속에 가해지는 공격이라고 할 수 있다.
이처럼 부식의 가장 중요한 특징은 전기 화학적 기구(electrochemical mechanism)에 의해 발생한다는 것이다.
금속의 부식은 금속이 수중, 대기 중 또는 가스 중에서 그 표면이 비금속성 화합물로 변하는 것과, 화학 약품 또는 기계적 작용으로 인한 소모도 포함된다.
금속재료 부식의 종류
부 식
부 식 원 인
직접 부식
습식(濕蝕)으로, 수용액에 의한 화학적 부식이다.
전기화학적 부식
이온(ion)의 치환(置換) 작용에 의한 것
금속 표면의 국부전지(局部電池) 작용에 의한 것
이온화 경향이 큰 금속일수록 부식되기 쉬운데 그 순서를 큰 것부터 배열하면 다음과 같다.
K-Ca-Na-Mg-Al-Mn-Zn-Cd-Fe-Co-Ni-Sn-Pb-Cu-Hg-Pt-Au
* 구리의 녹색 부식방법
방법1. 녹청을 온도가 높은 장소에서 시간차를 두면서 5~6회 반복하여 표면에 바른 후 24시간 이상 경과시킨다.
방법2. 암모니아수를 바른 후 비닐을 씌워 하루정도 둔다.
* 강철의 부식방법
방법1. 염화 제2철(FeCl3)을 바른 후 식소다(탄산나트륨)를 뿌린다.
방법2. 소금물을 발라 비닐을 덮어둔다.
부식 방지법
1. 음극화 보호법
철의 녹을 방지하기 위하여 철보다 반응성이 큰 금속을 철 구조물에 연결하는 방법을 음극화보호 라고 한다.
2. 피막법
기름막, 반응성이 적은 금속막 등의 피막을 입혀서 공기 중의 산소와 접촉을 차단하여 부식을 방지하는 방법. 예) 페인트칠, 기름칠, 은도금, 금도금
3. 합금법
두 가지 이상의 금속을 녹는점 이상에서 혼합하여 만든 금속으로서, 내식성이 강한 금속 을 만들 수 있다.
철에 크롬을 첨가하게 되면 크롬이 외부 대기 중의 산소와 결합하여 산화크롬피막을 형성 하게 된다.(스테인레스, 알루미늄)
※ 일반적으로 투명우레탄에 신나를 섞어 3회 정도 표면에 바르거나, 니스로 외부코팅을 한다.
4. 용접
용접은 현대문명의 발달과 밀접한 관계를 가졌듯이 현대작품제작에도 많은 공헌을 하고 있으며, 앞으로도 더욱 그 관계가 긴밀해질 것이다.
용접은 큰 강도와 함께 접합부의 동질화 그리고 우수한 접합효율을 가지고 있어 현대인의 표현충동에 박차를 가하고 조형의욕의 충족과 더불어 실험정신을 유발하게 된다.
작가의 조형 의도는 언제나 강한 재료에서 저항을 받기 때문에 이 재료에의 도전적 정신이 유발되고 필사의 노력이 요구되며 재료의 정복과 함께 독자적인 형태언어를 형성하게 되는데, 이것은 표현력의 주체요 조형어휘 형성의 쾌적한 현상이 아닐 수 없다. 용접기법의 개발은 조형에 있어서 그 기능이 더욱 확대될 것이며 또한 그 역할이 크게 기대되는 것이다.