알루미늄 합금이란?
알루미늄 합금은 순수 알루미늄의 특성, 특히 강도를 향상시키기 위해 다른 원소를 첨가한 화학 조성입니다. 이러한 다른 원소에는 철, 규소, 구리, 마그네슘, 망간, 아연이 포함되며, 이들의 함량을 합치면 합금 중량의 최대 15%에 달할 수 있습니다. 합금에는 네 자리 숫자가 부여되며, 첫 번째 숫자는 주요 합금 원소에 따라 분류되는 일반적인 등급 또는 계열을 나타냅니다.
순수 알루미늄
1xxx 시리즈
1xxx 시리즈 합금은 순도 99% 이상의 알루미늄으로 구성됩니다. 이 시리즈는 뛰어난 내식성, 가공성, 그리고 높은 열전도도 및 전기 전도성을 가지고 있습니다. 이러한 이유로 1xxx 시리즈는 송전선이나 전력망에 널리 사용됩니다. 이 시리즈의 일반적인 합금 명칭은 전기 용도의 경우 1350, 식품 포장 트레이의 경우 1100입니다.
열처리 합금
일부 합금은 용체화 열처리 후 급냉 또는 급속 냉각을 통해 강화됩니다. 열처리는 고체 합금 금속을 특정 온도까지 가열하는 과정입니다. 용질이라고 하는 합금 원소는 알루미늄과 균일하게 분포되어 고용체에 놓입니다. 이후 금속을 급냉 또는 급속 냉각하면 용질 원자가 그 자리에 고정됩니다. 결과적으로 용질 원자는 미세하게 분포된 침전물로 결합합니다. 이러한 과정은 실온에서 이루어지는데, 이를 자연 시효라고 하고, 저온로에서 이루어지는 것을 인공 시효라고 합니다.
2xxx 시리즈
2xxx 계열에서는 구리가 주요 합금 원소로 사용되며, 용체화 열처리를 통해 상당히 강화될 수 있습니다. 이 합금들은 높은 강도와 인성의 좋은 조합을 가지고 있지만, 다른 많은 알루미늄 합금만큼의 대기 부식 저항성은 가지고 있지 않습니다. 따라서 이러한 합금들은 일반적으로 이러한 노출에 대비하여 도장이나 클래딩 처리됩니다. 일반적으로 고순도 합금이나 6xxx 계열 합금으로 클래딩 처리되어 부식에 대한 저항성이 매우 뛰어납니다. 합금 2024는 아마도 가장 널리 알려진 항공기 합금일 것입니다.
6xxx 시리즈
6xxx 시리즈는 다재다능하고 열처리가 가능하며, 성형성과 용접성이 뛰어나고, 중간 정도의 강도와 우수한 내식성을 갖추고 있습니다. 이 시리즈 합금은 규소와 마그네슘을 함유하여 합금 내에 마그네슘 실리사이드를 형성합니다. 6xxx 시리즈의 압출 제품은 건축 및 구조용 소재로 가장 많이 사용됩니다. 6061 합금은 이 시리즈에서 가장 널리 사용되는 합금으로, 트럭 및 선박 프레임에 자주 사용됩니다. 또한, 일부 휴대폰 케이스는 6xxx 시리즈 합금으로 제작되었습니다.
7xxx 시리즈
이 시리즈의 주요 합금제는 아연이며, 마그네슘을 소량 첨가하면 열처리가 가능하고 강도가 매우 높은 합금이 됩니다. 구리나 크롬과 같은 다른 원소도 소량 첨가될 수 있습니다. 가장 널리 알려진 합금은 7050과 7075로, 항공기 산업에서 널리 사용됩니다.
열처리가 불가능한 합금
열처리되지 않은 합금은 냉간 가공을 통해 강화됩니다. 냉간 가공은 압연 또는 단조 공정에서 발생하며, 금속을 "가공"하여 강도를 높이는 과정입니다. 예를 들어, 알루미늄을 더 얇은 두께로 압연하면 강도가 증가합니다. 이는 냉간 가공이 구조에 전위와 공극을 형성하여 원자의 상대적인 이동을 방해하기 때문입니다. 이는 금속의 강도를 증가시킵니다. 마그네슘과 같은 합금 원소는 이러한 효과를 강화하여 강도를 더욱 높입니다.
3xxx 시리즈
이 계열의 주요 합금 원소는 망간이며, 소량의 마그네슘이 첨가되는 경우가 많습니다. 그러나 알루미늄에 효과적으로 첨가할 수 있는 망간의 양은 제한적입니다. 3003은 적당한 강도와 우수한 가공성을 갖추고 있어 일반적인 용도로 널리 사용되는 합금으로, 열교환기나 조리기구와 같은 용도에 사용될 수 있습니다. 3004 합금과 그 변형 합금은 알루미늄 음료 캔 본체에 사용됩니다.
4xxx 시리즈
4xxx 계열 합금은 알루미늄의 융점을 낮추면서도 취성을 유발하지 않는 충분한 양의 실리콘을 첨가하여 결합합니다. 따라서 4xxx 계열은 낮은 융점이 요구되는 용접 와이어 및 브레이징 합금에 탁월한 성능을 발휘합니다. 합금 4043은 구조용 및 자동차용 6xxx 계열 합금 용접에 가장 널리 사용되는 필러 합금 중 하나입니다.
5xxx 시리즈
마그네슘은 5xxx 계열의 주요 합금 원소이며, 알루미늄에 가장 효과적이고 널리 사용되는 합금 원소 중 하나입니다. 이 계열의 합금은 중간에서 높은 강도 특성을 지닐 뿐만 아니라, 해양 환경에서 우수한 용접성과 내부식성을 가지고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 알루미늄-마그네슘 합금은 건축 및 건설, 저장 탱크, 압력 용기, 해양 분야에 널리 사용됩니다. 일반적인 합금 적용 분야로는 전자 분야의 5052, 해양 분야의 5083, 건축 분야의 양극산화 처리된 5005 시트, 그리고 알루미늄 음료 캔 뚜껑을 만드는 5182 등이 있습니다.
