[알루미늄 지식]태양광 알루미늄 구조물의 가공 특성과 장점

[알루미늄 지식]태양광 알루미늄 구조물의 가공 특성과 장점 

알루미늄이라고 하면 여러분들은 무엇을 떠올리시나요?

주스 캔, 건물의 지붕, 기차나 비행기의 바디, 혹은 동전 등등 매우 폭 넓게 사용되고 있는 소재가

바로 알루미늄 입니다.

이번에는 그런, 일상의 여기저기에서 사용되고 있는 알루미늄에 대한 소개를 하고자 합니다.

알루미늄의 기초 지식과 역사, 가공상의 특성, 각종 알루미늄 재료에 대해서 설명하고

알루미늄을 사용하는 장/단점까지 알기 쉽게 해설토록 하겠습니다.

2020/02/25 - 알루미늄 구조물의 특징, 종류에 대해서 알아봅니다.

알루미늄의 기초 지식

알루미늄이라하면, 이미지로서 가볍고 매끄럽고 휘어지기 쉬운 이미지가 있습니다.

그 이미지대로 알루미늄은 철과 같은 금속이면서도 가볍고 부드러운 성질을 가지고 있습니다.

가벼움

알루미늄의 무게는 철에 비해서 약 1/3 밖에 되지 않습니다.

그래서 철과 구리가 무거워서 사용될 수 없는 경우에는 대체로 알루미늄이 그 자리를 차지하게 되지요

비행기의 바디와 같은 경량화가 요구되는 곳이나 스마트폰의 소재 등이 바로 좋은 예가 됩니다.

그 밖에 화장품 케이스나 지붕 등 여러 분야에서 활용되고 있습니다.

용해

열에 의한 용해도 마찬가지로 철의 약 1/3의 온도에서 녹습니다.

철이 약 1,530도, 구리는 약 1,080도, 알루미늄은 약 660도에서 녹음으로 

녹는점이 낮다고 여겨지는 구리에 비해서 절반의 온도에서 녹는 것이지요

철은 뜨거울 때 때려라! 라고 하는 말이 있는데 

알루미늄은 철의 녹는점에 닿기도 전에 녹아버릴 것 같네요

2020/02/20 - 알루미늄 구조물, 알루미늄 합금의 종류와 그 특징

통전성

알루미늄은 전도성이 높기 때문에 전선이나 콘덴서에 사용되고 있습니다.

전도체로서 비용이 저렴한 금속으로 에너지 및 전자의 분야에서 매우 편리하다고 할 수 있습니다.

또한 선박의 계측 및 의료기기의 부품으로 사용되고 있습니다.

알루미늄은 자기를 따지 않기 때문에,

자기장에 영향을 받지 않고 수치의 오작동 없이 작동이 가능합니다.

만약 중요한 수술 중에 계측기가 미쳐 날뛰게 되면 재앙이 일어 날 수 있겠지요

그런 일이 없도록 알루미늄은 생명을 책임지는 중요한 곳에서 막중한 임무를 지고 있습니다.

열전도

알루미늄의 열전도율은 철의 약 3배입니다.

열이 전해지기 쉽다는 점은 동시에 차가워지기 쉬운 성질이라는 말도 되므로,

쉽게 달구어지고 쉽게 차가워지는 특성을 살려 자동차 엔진 및 냉난방 장치에 효과적으로 사용되고 있습니다.

운전 후의 엔진은 매우 뜨겁지만, 20 ~30분 뒤에는 식는 것이 바로 알루미늄 때문입니다.

알루미늄은 다방면에 걸친 분야에서 매우 보탬이 됩니다.

반사성

순도가 높고 잘 닦인 알루미늄은 반사성이 매우 우수합니다.

자외선이나 적외선, 전자파 등 뛰어난 알루미늄은 약 90%의 반사성을 가집니다.

따라서 레이저 프린터와 자와선을 차단 기능이 필요한 우주복에서도 보이지 않는 곳을 담당하고 있습니다.

알루미늄을 대체할 수 있는 소재가 없기 때문에 다양한 분야에서 맹활약하고 있습니다.

이렇게 매일 여러곳에서 볼 수 있는 알루미늄 제품이지만 금속의 역사에서 보면 소재로 널리 사용되기 

시작한 것은 의외로 최근입니다.

알루미늄의 역사

알루미늄은 철이나 구리보다 훨씬 새롭고 젊은 금속입니다.

철이나 구리 등은 먼 옛날 석기시대 때 부터 사용되고 있었습니다.

철기 시대, 청동기 시대 등 국사에서 본 적이 있는 도구들을 시작으로

철은 예부터 인간의 손에 의해 가공 / 제철 된 후 도공과 골풀무 제조법 기술로 정밀 금속으로 거듭납니다.

골풀무 공법의 기술 자체는 6세기 무렵에는 이미 있었습니다.

그런 옛날부터 일반적으로 철을 가공하였다는건 조금 놀랍네요.

이야기를 되돌려서, 알루미늄의 발견은 1782년, 프랑스의 과학자 

앙투안 라부아지에A.L.Lavoisier(1743-94)가 알루미늄의 바탕이 되는 원석을 발견하게 되고

1807년에 영국의 전기화학자 험프리 데이비(Sir Humphry Davy)가 알루미늄의 존재를 확인하며

'알루미늄'이라 명명한데서부터 시작되었습니다.

그 후, 효율적으로 정련/생산하기 위해 점점 알루미늄의 개발이 진행되었고,

19세기 후반이 되어 대량으로 생산 할 수 있는 방법이 확립되어 이후 산업에서 활발히 사용되게 되었습니다.

이것만 봐도 철이나 구리와는 상당히 역사가 다른 것을 알 수 있지요.

2000년 이상이나 옛날부터 사용되고 있는 철이나 구리에 비해,

알루미늄이 폭넓게 사용되게 된 것은 100년 정도 밖에 되지 않았다는 거지요.

2020/02/27 - 알루미늄 구조물, 녹의 원인과 부식의 이유에는 어떤것이 있을까

알루미늄의 약진

일본의 경우, 처음으로 알루미늄이 생산된 해는 1894년, 군용으로 만들어진 것이 최초입니다.

군복의 벨트와 칼집 등을 만드는 데에 사용되었다고 하네요 

그 후, 민간에서도 생산하게되어, 1917년 다이캐스팅 생산이 실시되게 됩니다.

캐스팅이란, 쉽게 설명하자면 금속을 가공/생산하는데에 효율이 좋은 주조 방법입니다.

위의 이미지 같은 틀에 녹인 금속을 넣고, 다이라는 기술을 사용하여

고품질의 정밀한 제품을 대량으로 생산 할 수 있습니다.

대량 생산이 가능하게 된 것으로, 산업계에는 본격적인 알루미늄의 보급이 이루어졌습니다.

주물 생산이 가능하게 되어, 항공기의 생산, 전선의 보급 등 산업의 발전 시대를 이룩하게 되지요

전신주 사이를 통과하는 전선도 지금은 알루미늄이 사용되고 있지만, 알루미늄 다이캐스팅이 

발명되기 이전에는 전선은 구리가 사용되고 있었습니다.

그러나 알루미늄이 더 가볍고 비용도 저렴하기에 알루미늄 다이캐스트가 가능하게된 후,

불과 15년 만에 약 90%, 지금에 와서는 거의 100% 알루미늄 전선을 사용하고 있습니다.

그리고 1929년에는 알루미늄의 아노다이징 처리방법이 발명됩니다.

아노다이징 처리는 알루미늄이 부식되지 않도록 표면 처리를 하는 것입니다.

알루미늄은 원래 녹이 슬기 어려운 금속입닌다만, 사용환경에 따라 즉시 녹슬어 버리기 때문에 

신경을 써 줄 필요가 있거든요 

또한 알루마이트 처리는 다양한 색상을 낼 수 있으며, 상처가 쉽게 나지 않게 하는 효과도 겸비합니다.

알루마이트 처리가 가능해지고, 알루미늄의 발전과 보급에는 더욱 박차가 가해지게됩니다.

1996년에는 알루미늄의 총 수요가 400만톤을 돌파하고 현대까지 계속해서 성장 수요와 공급에 의해

알루미늄이 없다면 생활이 되지 않을 정도로 중요한 금속으로 

알루미늄은 매일매일 활용되고 있습니다.

알루미늄의 가공상의 특성

약 100년이라는 짧은 기간에 우리의 생활에 없어서는 안 될 소재가 된 알루미늄.

이와같이 다양한 용도로 많이 사용되게 된 이유에는 알루미늄의 뛰어난 특성과 관련이 있습니다.

그런 알루미늄 가공의 특성을 아래에 정리했습니다.

소성 가공이 용이

알루미늄은 우수한 가공성을 가지며, 소성 가공이 용이 하기 때문에 다양한 형상으로 성형 할 수 있습니다.

예를들면, 우리의 일상생활에 필수적인 알루미늄 호일과 같은 얇은 호일 형상에서부터

건축 자재 및 가전, 산업 기계 등 빠뜨릴 수 없는 복잡한 영상을 갖는 압출재 까지 쉽게 제조할 수 있습니다.

열을 잘 전달한다.

서두에서도  설명했지만, 알루미늄은 열전도성이 뛰어나 철의 약 3배의 열전도율을 자랑합니다.

예를들어 절삭/연삭 가공 시 공구와 작업간에 가공열이 발생하지만, 열전도성이 높아

국부적인 온도상승이 적고, 작업의 왜곡이나 연삭 탄의 발생을 억제합니다.

또한 가공 열에 의한 공구의 마모 또한 막아주므로 공구의 수명이 길어지는 역할도 합니다.

접합이 쉬움

알루미늄은 용접, 납땜, 전기저항 용접, 리벳 접합, 접착 등 다양한 방법으로 쉽게 접합 할 수 있습니다.

따라서 넓은 분야에서 알루미늄 설계, 시공이 가능합니다.

위와 같이 뛰어난 특성을 보면, 어째서 알루미늄이 다양한 분야에서 사용되는지 납득이 갑니다.

알루미늄 가공 방법에 대한 동영상

금속 가공에서 일반적으로 사용되는 알루미늄 소재에 대해서 

가공성이 뒤어난 알루미늄이지만, 금속 가공에 일반적으로 사용되는 알루미늄 재료는 

여러종류가 있습니다. 각각에 대해서 살펴봅니다.

알루미늄 판재

첫째, 가장 일반적인 알루미늄 재료인 판재는 주로, 정밀 판금 및 프레스 가공에 사용됩니다.

규격에서 정해진 치수를 가지는 '정판'과 필요한 치수만큼 잘라 판매되는 판

이외에도 줄무늬 판 등 무늬가 들어간 판재가 존재합니다.

[무늬가 있는 알루미늄 판재의 예]

2020/01/10 - 태양광발전의 새로운 과제, 2019년 태양광시장을 되돌아본다. (1/2)

알루미늄 각 파이프

건축 및 기계 부품의 재료, 또는 집에서 직접 DIY를 하는 사람들의 재료로 널리 사용되고 있는 것이 

알루미늄 각 파이프입니다. 일반적으로 단면이 사각형 형상을 한 '사각 파이프'와 

직사각형 모양을 한 '평각 파이프'가 있어 용도에 따라 형상을 선택하게 됩니다.

알루미늄 원형 파이프

알루미늄 원형 파이프는 크게 3종류가 있습니다. 

'압출 튜브'는 가장 일반적인 둥근 파이프이며,

기계를 통해 제작되는 '인발 튜브'는 압출 튜브보다 정밀하게 만들어진 원형 파이프로 가격이 비쌉니다.

또한 인발 튜브의 친척이며, 가스관이나 수도관 등 내부 압력에 견딜 수 있는 일정한 기준을 충족하는 

원형파이프를 '심리스 파이프'라고 합니다.

배관 용도로 파이프 내부에 압력이 가해질 경우에 사용합니다.

알루미늄 환봉

알루미늄 환봉은 알루미늄 소재 가공품의 모재로서 대표적인 소재 중 하나입니다.

알루미늄 합금 재질에 따라 특색도 다르므로 다양한 용도에 맞추어 사용됩니다.

예를 들어, A5056 재질은 강도가 높고, 마무리면이 깨끗하기 때문에 절삭 선반 가공 모재로 사용됩니다.

또한, A5052는 내해수성, 용접성이 우수하여 선박용으로 활용되고 있습니다.

알루미늄 앵글

규격품 알루미늄 앵글의 단면은 위 그림과 같이 알파벳 'L'과 같은 모양을 하고 있으며,

주로 기계부품 및 건축 자재, 구조물의 보강 등 다양한 용도로 사용됩니다.

또한 L모양 안쪽의 모서리와 90도 곡선의 안쪽 부분에 둥글게 R을 주는 앵글과 R이 없는 앵글로 나뉠 수 있습니다.

알루미늄 사용 메리트

알루미늄을 사용하는 메리트는 우선 가볍다는 점을 들 수 있지만, 다른 장점들도 많습니다.

가공이 다채롭고 깔끔하게 완성이 된다.

무해 / 무취

내부식성

재활용의 용이

저온에 강함

가벼운 것 뿐만이 아니라 이만큼의 장점 또한 알루미늄에 있습니다.

가공이 다채롭고 깔끔한 완성

알루미늄은 가공이 쉽고 판 / 봉 / 선 등 다양한 형태로 만들거나 깎을 수 있습니다.

금속이면서, 복잡한 형태나 얇게 펴는 형태를 취하는 것도 가능하지요

절상성이 좋기 때문에 가공 시간이 철보다 짧은 것 또한 장점입니다.

또한 가공 후 착색도 다양히 할 수 있습니다.

깡통이나 물병처럼 아름다운 색채를 띄기도 하기에 다양한 활용도 가능합니다.

부드러우면서 비교적 튼튼하여 미세한 가공과 착색이 가능하여 공구가 파손되지 않는 것도 장점 중 하나지요.

내부식성

녹슬기 어려운 점도 알루미늄의 장점입니다.

알루미늄은 인간의 손으로 가공되지 않고 자연에서 만들어지는 산화 피막을 가지고 있으므로 

원래 성분으로 녹을 방지하는 효과를 가집니다.

하지만, 산화 피막은 아주 얇은 피막으로 환경에 따라, 화학 반응에 의해 부식이 일어날 수 있습니다.

그것을 보충하기 위해 아노다이징 처리를 하여 알루미늄은 보다 녹슬지 않는 금속으로 만들 수 있습니다.

무해 / 무취

알루미늄은 인체에 영향이 없으며 토양 친화적입니다.

무해 무취로 위생적이므로, 초콜릿이나 캔 주스, 의약품의 포장이나 의료 기기 등 직접 사람이 

접촉하는 제품, 도구에도 안심하고 사용 할 수 있습니다.

토양을 오염시키지 않는다는 점에서도 그렇고 일회용품으로서 사용하는 경우에도 매우 유용한 금속이지요

저온에 강하다

여기에서 말하는 저온은 일상에서 추위를 느끼는 정도의 온도나 물이 어는 0도 즈음이 아닙니다.

-162도의 액화 가스나 -196도의 액체 질소의 탱크에서도 견딜 수 있습니다.

저온에 강하다는 특성으로 우주복이나 생명 공학 등에서도 사용하고 있습니다.

재활용이 용이

알루미늄은 재활용이 가능합니다.

열에 녹아 쉽게 산화하기 어려운 점에서 재사용이 쉽고, 

재활용품이라도 신품의 소재와 거의 변함 없는 품질로 재 생산이 가능합니다.

스틸 캔 보다 알루미늄 캔이 더욱 가치가 있는 것은 바로 그 때문이죠.

폭 넓게 사용할 수 있고, 깔끔한 착색, 산화와 저온에 강한 것은 물론 재활용이 쉬운 참 다재다능한 금속이네요.

알루미늄의 단점

그렇게 말하는 것도 잠시, 만능으로 보이는 알루미늄에도 단점은 있습닌다.

그리 많지는 않습니다만, 이쪽도 한 번 살펴보도록 합시다.

철에 비해 강도가 낮다

강도가 낮다. 

과연 확실히 부드럽고 자유로운 반면에 경도 및 내구성이 떨어지는 것 같습니다.

건물이나 다리를 만드는 재료로 철 기둥은 사용하지만, 알루미늄 기둥은 없지요

허나, 알루미늄에 마그네슘, 실리콘 등을 첨가하여 합금을 만드는 것으로 

상당부분 이 단점은 개선이 충분히 가능합니다.

재료비가 철에 비해 높다

어디까지나 철과 비교했을 때로, 철이 너무 싸서 비교적 비싼 면도 있습니다.

알루미늄에 대한 정리

알루미늄은 일상생활에서 빼놓을 수 없는 존재입니다.

일상생활에서도 평소 보이지 않는 장소에서도 매우 광범위하게 활용되고 있는 소재입니다.

앞으로도 알루미늄은 일회용품이나 기계의 부품이 되어 우리의 삶의 기둥이 되어 줄 것입니다.

-