C1100(터프피치 동)은 99.90% 이상의 구리 순도를 가진 순동 재료로, 우수한 전도성과 가공성 덕분에 일상생활에 필수적인 전기·전자 부품에 폭넓게 사용되고 있습니다. 그러나 미량으로 포함된 산소가 원인이 되어 고온 환경에서 수소취화(수소 취성) 가 발생하는 약점을 지니고 있기 때문에, 용도에 따라 다른 구리 합금과 구분하여 사용해야 합니다. 이번 내용에서는 C1100의 기초 지식부터 기계적·물리적 특성, 그리고 장점과 단점에 대해 설명합니다. 또한 용도별 활용 사례, 다른 재료와의 비교, 가공 시 주의사항 등도 함께 다루므로, 설계 및 개발 담당자라면 끝까지 읽어보시기 바랍니다.
목차
C1100(타프 피치 동)의 정의
C1100(타프피치 동)은 순도 99.90% 이상의 순동의 한 종류입니다. 이 재료의 가장 큰 특징은 제조 공정 중 의도적으로 남겨지는 약 0.02~0.05%의 산소에 있습니다.이 산소는 불순물을 산화물 형태로 포착하여 구리의 순도를 높이고, 그 결과 우수한 전기전도성을 구현합니다. 산소를 거의 포함하지 않는 C1020(무산소동) 과 비교하면, 순도는 약간 낮지만 전기전도율은 거의 동일한 수준으로 우수하다는 장점이 있습니다. 또한 규격명 「C1100」 에서 「C」는 구리(Copper) 를 나타내며, 4자리 숫자 「1100」은 순동계 재료임을 나타냅니다.
C1100의 특성
C1100의 기계적 특성
C1100은 매우 부드럽고, 신축이 뛰어난 「연신성(전연성)」을 가진 금속입니다. 이러한 특성 덕분에 절곡 가공이나 딥드로잉(Deep Drawing, 깊은 인발 가공) 과 같은 소성가공을 손쉽게 수행할 수 있습니다. 반면, 재료가 잡아당기는 힘에 얼마나 견딜 수 있는지를 나타내는 인장강도는 다른 금속에 비해 높지 않습니다. 예를 들어, 일반적인 구조용 강재인 SS400의 인장강도가 400~510 N/mm² 인 반면, C1100(연질 상태) 의 인장강도는 195 N/mm² 이상으로 절반 이하 수준입니다. 냉간가공(Cold Working)을 통해 강도를 어느 정도 높일 수는 있지만, 철강 수준에는 미치지 못합니다. 따라서 큰 하중이 걸리는 구조 부재로 사용하는 것은 적합하지 않습니다. 또한 경도 역시 철보다 낮습니다. C1100의 비커스 경도(Vickers Hardness) 는 가공 정도에 따라 약 55~120HV 정도이며, SS400의 120~140HV 와 비교하면 더 낮은 수치를 보입니다. 따라서 절삭가공 시에는 절삭 공구에 소재가 달라붙거나, 버(burr)가 발생하지 않도록 주의해야 합니다.
C1100의 물리적 및 화학적 특성
C1100의 가장 두드러진 특성은 시중 금속 중에서도 최상위급의 전기전도율과 열전도율입니다. 전기가 통하기 쉬운 기준이 되는 IACS(국제 어닐링 구리선 표준)에서 100%에 달하며, 높은 가성비로 인해 전기·전자 분야에서 널리 채택되고 있습니다. 물리적으로는 비중이 약 8.94로 철(약 7.9)보다 무겁고 녹는점은 1083℃입니다. 자석에 끌어당기지 않는 비자성체이므로 자기의 영향을 피하고 싶은 용도로도 적합합니다. 화학적으로는 매우 녹슬지 않는 금속입니다. 공기 중에서는 표면에 다갈색의 산화피막이, 습기가 많은 환경에서는 녹청이라고 불리는 청록색의 녹이 생성됩니다. 이것들이 보호막이 되어 내부의 부식을 막기 위해 야외에서도 장기간에 걸쳐 높은 내구성을 발휘하는 것입니다.
C1100의 장점
매우 높은 전도와 열전도율
C1100 최대의 장점은, 전기·열을 지극히 전달하기 쉬운 점입니다. 전도율은 IACS 값으로 100%에 달하며 고가의 은에 버금가는 성능을 자랑합니다. 실용 금속 중에서는 가장 비용 대비 전도 효율이 높고, 에너지 손실을 억제하고 싶은 전선이나 전자 부품에 불가결합니다. 열전도율도 매우 높기 때문에 열을 빠르게 내보내는 방열판이나 방열부품으로도 뛰어난 성능을 발휘하여 기기의 안정동작과 수명 연장에 도움을 주고 있습니다.
뛰어난 가공성(전연성)과 안정된 공급 체제
매우 부드럽고 잘 늘어나는 C1100은 절곡이나 깊은 조리개와 같은 소성 가공이 용이합니다. 작은 절곡 반경에도 잘 깨지지 않으며 복잡한 형상의 부품도 높은 정밀도로 성형할 수 있습니다. 이 취급 용이성은 생산성 향상으로 직결됩니다. 게다가 공업 용도로 가장 널리 사용되는 순동이며, 판재나 봉재 등 다양한 형상으로 안정적으로 시장에 유통되고 있기 때문에, 입수하기 쉽고 뛰어난 가성비를 실현할 수 있는 재료입니다.
높은 내식성과 아름다운 외관
C1100은 녹에 강하고 장기간에 걸쳐 성능을 유지할 수 있다는 점도 장점입니다. 공기 중에서 표면에 생성되는 치밀한 산화피막이나 습기에 의해 생기는 녹청이 내부를 보호하고 철과 같은 부식을 방지합니다. 또한 붉은 빛을 띤 아름다운 광택은 독특한 고급스러움을 가져 시간에 따라 깊이를 더하는 경년 변화도 매력입니다. 건축자재와 장식품, 공예품 등 내구성과 의장성이 요구되는 분야에서도 널리 사용되고 있습니다.
C1100의 단점
고온 환경에서 수소 취화 위험
C1100 최대의 단점이 고온 하에서 일어나는 수소 취화입니다. 내부에 포함된 미량의 산소가 약 600℃ 이상의 환경에서 수소와 반응하여 고압의 수증기를 내부에 발생시켜 버립니다. 발생한 수증기는 내부에 미세한 균열을 발생시켜 강도나 인성을 현저하게 저하시킵니다. 따라서 용접 조립, 열간 단조와 같은 고온을 수반하는 가공에는 적합하지 않습니다. 예기치 못한 파손으로 이어질 위험이 있습니다.
강도가 낮고 하중 부재에는 적합하지 않습니다.
부드럽고 가공성이 뛰어난 C1100은 기계적 강도가 낮은 것이 약점입니다. 일반적인 강재의 절반 정도의 인장 강도밖에 없어 두랄루민 등의 알루미늄 합금보다 못한 경우도 있습니다. 냉간 가공으로 강도를 높여도 황동 등에는 미치지 않습니다. 큰 하중이나 응력이 걸리는 구조 부재나 기계 부품에는 사용할 수 없으며 용도는 도전성이나 내식성을 살리는 분야로 한정됩니다.
피삭성이 낮고 절삭가공에는 궁리가 필요
C1100은 부드럽고 끈기가 강하기 때문에 절삭성이 낮은 점이 과제입니다. 절삭 가공 시 칩이 분단되지 않고 길게 늘어나 공구에 얽히기 때문에 가공 정밀도를 현저하게 악화시킵니다. 또한 마찰열로 칩이 날 끝에 용착되어 가공면을 거칠어지게 하는 원인이 되기도 합니다. 정밀한 가공을 위해서는 공구의 선정이나 냉각 방법에 특별한 노하우가 요구되며, 가공 비용의 상승은 피할 수 없습니다.
C1100의 용도
우수한 전도성과 가공성을 가진 C1100의 대표적인 용도는 다음과 같습니다.
| 분야 | 용도・사용 예 | 이유 |
| 전기·전자 분야 | ・전선, 케이블
・커넥터, 단자 ・버스바(배전반의 도체) ・프린트 기판의 회로 패턴 · 모터, 변압기 권선 |
· 높은 도전성으로 효율적으로 전기를 흘릴 수 있도록
・뛰어난 가공성에 의해, 복잡한 형상에도 대응할 수 있기 때문에 |
| 건축 분야 | ・지붕재, 외벽 패널, 빗방울
・교회의 돔이나 장식품 · 문 손잡이, 난간 |
・내식성에 의해 장기간 건물을 보호할 수 있기 때문에
・아름다운 외관과 경년 변화가, 의장성과 고급감을 주기 위해 ・항균 작용도 기대할 수 있기 때문에 |
| 자동차·수송 분야 | · 와이어 하네스
· EV, 하이브리드 자동차 버스 바 · 모터 및 발전기 코일 ・각종 릴레이나 퓨즈 |
・높은 도전성에 의해, 대전류를 손실없이 흘릴 수 있기 위해
· 높은 열전도성으로 인해 발생하는 열을 효율적으로 방열 할 수 있기 때문에 |
C1100과 다른 재료의 비교·선정 포인트
C1100과 유사한 다른 재료를 비교한 내용을 아래 표에 정리합니다.
| 재료 이름 | 전도도(%IACS) | 인장 강도 (N/mm²) | 용접성 | 수소 취화 | 특징·용도 |
| C1100(타프 피치 구리) | 약 100 | 195~315 | × | △ | ・도전성, 가공성, 비용의 밸런스가 뛰어난
· 전기 부품, 장식품 |
| C1020(무산소 구리) | 약 101 | 195~315 | ◎ | ◎ | ・수소 취화가 없고 고온・진공 용도에 적합하지만, 고가
·진공 부품, 고신뢰 도체. |
| C1220(인탈산구리) | 약 85 | 195~315 | ◎ | ◎ | ・용접성・브레이징성이 뛰어난
・배관, 열교환기 |
| C3604(쾌삭 황동) | 약 26 | 335 이상 | ○ | ○ | ・피삭성이 뛰어나 강도는 높지만 도전성은 낮다
· 나사, 밸브, 기계 부품 |
선정 시에는 다음 4가지 요소를 종합적으로 판단하는 것이 포인트입니다.
- 고온 환경에서 사용여부(용접 포함)
- 높은 강도가 필요 여부
- 최고의 전도성이 필요 여부
- 비용
C1100의 가공 종류와 포인트
절삭가공(공작 기계 가공)
C1100은 부드럽고 끈적한 특성을 가지기 때문에 절삭 가공에는 전문적인 연구가 요구됩니다. 가공 시 칩이 길게 늘어나 공구에 엉겨 붙거나 마찰열로 칼끝에 용착하여 가공면을 거칠게 하는 「빌트업 에지(built up edge)」가 발생하기 쉽기 때문입니다. 대책으로서 절삭각이 크고 예리한 날 끝을 가진 공구를 선정하여 절삭 저항을 저감시키는 것이 철칙입니다. 또한 구리는 열전도율이 높기 때문에 고속으로 절삭하면 열을 칩과 함께 효율적으로 배출하여 가공면에 대한 열영향을 억제할 수 있습니다. 또한 유성 절삭유에 의한 충분한 윤활과 냉각이 품질 안정의 열쇠입니다. 손이 많이 가지만, 이러한 포인트를 누르면 정밀한 부품 제작도 가능합니다.
소성가공(절곡・프레스 성형)
C1100의 뛰어난 전연성은 절곡이나 프레스와 같은 소성 가공에서 이점입니다. 판 두께에 대해 작은 반경으로 구부려도 잘 깨지지 않으며, 복잡한 형상의 깊은 조리개 가공에도 양호하게 대응합니다. 또한 가공 후의 스프링 반환(스프링 백)이 다른 금속에 비해 작기 때문에 설계한 대로 치수 정밀도를 내기 쉽다는 특징도 있습니다. 단, 냉간 가공을 반복하면 재료가 딱딱해지는 가공 경화가 일어나 성형 능력이 저하되는 점에 주의해야 합니다. 특히 복잡한 가공을 실시할 때는, 도중에 재료를 가열해 부드러운 상태로 되돌리는 중간 어닐링을 공정에 끼워, 깨짐을 막아, 양호한 가공성을 유지하는 것이 중요합니다.
용접·접합 가공
C1100은 고온 하에서의 수소 취화 위험이 있기 때문에 원칙적으로 용접 조립과 같은 고온 접합에 적합하지 않습니다. 용접열로 인해 재료 내부에 균열이 생겨 강도가 현저히 저하되기 때문입니다. 용접이 필요한 경우는 수소 취화를 일으키지 않는 C1220(인탈산구리)이나 C1020(무산소구리) 등의 대체재료를 선정합시다. 한편, 300℃ 정도에서 실시하는 납땜은 수소 취화의 온도 범위에 도달하지 않기 때문에 가능합니다. 다만, 열전도율이 높고 열이 도망가기 쉽기 때문에, 충분한 열량을 가지는 인두로 단번에 가열하는 것이 요령입니다.
또, 리벳이나 볼트를 이용한 기계적 접합은, 강도적으로 확실하기 때문에 널리 채용되고 있습니다.
정리
C1100(타프 피치 구리)은 높은 전도성과 우수한 가공성, 내식성, 그리고 가성비를 겸비한 순동 중에서도 중요한 재료입니다. 한편, 미량의 산소에 기인하는 「수소 취화」에는 주의가 필요합니다.
이번 내용을 참고하면 C1100의 특성을 깊이 이해하고 적절한 가공과 사용 방법을 선택할 수 있을 것입니다. 설계 및 개발 업무에 꼭 활용해 주십시오.
