알루미늄은 비철 금속 중에서도 가장 일반적인 재료입니다. 스틸계 금속 재료에는 없는 특징이 많이 있어 폭넓게 이용되고 있습니다. 제품을 설계할 때에는 재료의 특징을 잘 이해한 후 적절한 재질, 가공법, 열처리 등을 선택해야 합니다. 이번에는 알루미늄의 성질과 종류에 대해 알아보겠습니다. 
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알루미늄의 특징
알루미늄은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.
- 가볍고 강하다 강재의 비중은 7.9 정도이지만, 알루미늄의 비중은 2.7 정도로 강재의 약 3분의 1 밖에 되지 않습니다. 한편, 강도는 일반 구조용 강재의 70% 정도입니다. 따라서 알루미늄은 비강도(중량 당 강도)가 높은 재료입니다.
- 녹이 잘 슬지 않는다 알루미늄은 표면이 항상 매우 얇은 산화 피막으로 덮여 있다는 성질을 갖고 있습니다. 이것이 보호층처럼 작용해 산화 피막 이상의 깊이로는 잘 부식 되지 않습니다. 따라서 방청 도장이나 도금을 할 필요가 없습니다.
- 가공하기 편리하다 알루미늄은 잘 늘어나 소성 가공에 적합하고 융점이 낮아 주조에도 적합한 재료입니다. 또한 절삭 가공도 용이하며, 용접도 가능합니다.
- 열이나 전기를 잘 전달한다 알루미늄은 열 전도율이 높은 소재입니다. 따라서 에어컨이나 엔진 냉각수용 라디에이터 등에 사용됩니다. 그리고 전기도 잘 통하고 중량도 가벼워 송전선 재료로도 사용됩니다.
알루미늄의 주의점
수많은 뛰어난 특징을 가진 알루미늄이지만 주의해야 할 점도 있습니다.
- 강도가 낮다 알루미늄은 비강도가 뛰어나지만, 역시 철강 재료에 비해 강도가 낮습니다. 비행기 날개처럼 부드럽게 휘어지는 구조물에는 적합하지만, 기어와 같이 강도가 요구되는 부품에는 적합하지 않습니다.
- 조건에 따라 부식이 발생한다 녹이 잘 슬지 않는 알루미늄이지만 염기가 많은 환경이나 다른 종류의 금속과의 접촉에 의해 부식이 발생하는 경우가 있습니다. 따라서 부식을 피해야 할 경우 아노다이징 처리 등을 합니다.
- 선 팽창 계수가 크다 알루미늄의 선 팽창 계수는 스틸계 재료의 2배에 가깝습니다. 따라서 커다란 열 응력이 발생해 가열과 냉각이 반복되는 부품에서는 열 피로에 의한 파손이 발생할 가능성이 있습니다.
- 피로 한계가 없다 스틸계 재료의 경우, 피로 한계라고 불리는 일반적으로 금속 피로가 발생하지 않는 하한 응력이라는 것이 있습니다. 즉, 피로 한계 이하의 변동 부하만 발생하는 설계로 하면 이론 상 영구적으로 사용할 수 있습니다. 그러나 알루미늄은 이러한 피로 한계가 없기 때문에 설계 시에는 사용 중에 발생하는 변동 응력과 SN 선도 등을 비교해야 하며 제품 수명 내에 균열이 발생하여 강도상 문제를 주지는 않는지 확인할 필요가 있습니다.
알루미늄의 대표적인 종류와 특징
순수 알루미늄은 강도가 낮기 때문에 보통 다른 금속을 첨가하여 합금으로 만듭니다. 알루미늄에 철이나 아연, 마그네슘, 구리 등을 추가함으로써 다양한 종류의 합금을 제작할 수 있습니다. 산업용 알루미늄재는 최종 제품의 용도 등에 따라 크게 전신용 합금과 주물용 합금으로 나뉩니다. 전신용 합금이란 소성 변형을 이용하여 가공하기 위한 재료이며 주물용 합금은 이름 그대로 주조에 사용되는 알루미늄입니다.
전신용 합금
- A1050 A1050은 순알루미늄계의 대표적인 재료 종류입니다. 강도는 낮지만 가공성·내식성이 뛰어나 장식품이나 송전선 등에 사용됩니다.
- A2017 A2017은 두랄루민이라 불리는 재료 종류입니다. 내식성은 낮지만 높은 강도를 얻을 수 있어 항공기나 자동차, 기계 부품 등에 사용됩니다.
- A2024 A2024는 초두랄루민이라 불리는 재료 종류입니다. A2017보다 높은 강도를 얻을 수 있습니다.
- A5052 A5052는 내식성·가공성·용접성이 뛰어나 가장 유통량이 많은 알루미늄 합금입니다. 프레임재나 판금 부품 등에 사용됩니다.
- A6061 A6061은 내식성이 뛰어난 알루미늄 합금입니다. T6 처리라는 열처리에 의해 한층 더 높은 내식성을 갖게 됩니다.
- A6063 A6063은 내식성, 표면 처리성이 뛰어나 압출 제품에 가장 많이 사용되는 알루미늄 합금입니다. 알루미늄 섀시나 전기 재료 등에 사용됩니다.
- A7075 A7075는 초두랄루민이라 불리는 재료 종류로 알루미늄 합금 중에서 가장 큰 강도를 얻을 수 있습니다. 현재도 항공기용 재료의 대표로 광범위하게 이용되고 있습니다.
주물용 합금
- AC2B AC2B는 주조성이 뛰어나 일반적인 알루미늄 주조 합금으로 사용됩니다. 엔진의 실린더 헤드나 밸브 몸체 등에 사용되고 있습니다.
- AC4C AC4C는 주조성과 더불어 내식성, 기계적 성질에도 뛰어난 합금입니다. 트랜스미션 케이스나 컴프레서 케이싱 등에 사용됩니다.
- ACD10 ACD10은 다이캐스트에 적합한 재료로 주조성·절삭성·기계적 성질이 뛰어나 폭넓게 사용되고 있습니다. 엔진의 실린더 블록 등에 사용되고 있습니다.
정리
알루미늄은 강도나 경량성, 가공성이나 외형의 심미성 등 장점이 많은 재료입니다. 특히 높은 비강력에 따른 장점이 커서 앞으로도 폭넓은 제품에 사용될 것입니다. 그러나 주의해야 할 점도 있습니다. 알루미늄 재료의 특징과 다른 금속 재료의 차이를 잘 이해하고 효과적으로 사용해 보세요.
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