[알루미늄 지식]알루미늄 합금의 종류와 특징, 용도에 대한 해설

[알루미늄 지식]알루미늄 합금의 종류와 특징, 용도에 대한 해설

알루미늄 호일이나 알루미늄 캔 등 우리의 생활에 가까이에서 빼놓을 수 없는 알루미늄.

그런 알루미늄 제품이지만, 사실 순수한 알루미늄만으로 만들어져 있는 것 뿐만 아니라,

다른 금속과 혼합 한 '알루미늄 합금 (알루미늄 합금) '도 만들어져 있다고 알고 계신가요?

이번에는 그런 알루미늄 합금에 대해 해설하겠습니다.

アルミ合金・銅合金の砂型鋳造 | 株式会社サトキン

알루미늄합금, 동합금사형 주조 동영상

2020/03/05 - [알루미늄 지식] 알루미늄 구조물, 표면처리에 대해 철저히 해설

알루미늄 합금이란?

먼저, 합금은 2종류 이상의 금속을 혼합한 재료와 

소량의 비금속이 더해진 금속적인 성질을 가진 재료를 나타냅니다.

왜 금속을 혼합하여 '합금'을 만들까요?

그것은 한 종류는 가공 시, 재료로서의 조건이 갖추어지지 않은 것도 

두 가지 이상의 금속을 혼합하는 것으로, 

강성 · 내열성 등의 조건이 갖추어진 금속으로 처리 할 수 있기 때문입니다.

알루미늄이라면 가볍고 열이 전해지기 쉬우므로 가공하기 쉬운 특징이 있습니다.

그러나 다른 한편으로, 부드러운 때문에 상처가 나기 쉬워 

강도도 철보다 뒤떨어지는 면도 가지고 있습니다.

그래서 구리와 마그네슘 등의 금속이나 실리콘 등과 합쳐서 

더 강하고, 더 가볍고, 더 열이 전해 쉬운 재질을 만들어 낼 수 있습니다.

2020/03/04 - [알루미늄 지식]태양광 알루미늄 구조물의 가공 특성과 장점

알루미늄 합금의 종류와 특징, 용도

일반적으로 알루미늄 합금은 국제 알루미늄 합금 이름이 사용되며, 

JIS (일본 산업 표준)에서도 4자리 숫자로 구성된 

국제 알루미늄 합금의 이름이 알루미늄 합금 이름의 일부로 받아들여지고 있습니다.

각각 No.1000 마다 혼합되어있는 물질이 다르고, 

그 번호에 어떤 물질의 합금인지 판단 할 수 있는 것입니다.

No.1000 ~ [순수 알루미늄]

공업용 순수 알루미늄, 성분의 99 %가 알루미늄 (Al)으로 구성되어 있습니다.

알루미늄의 순도가 높기 때문에 가공 내식성 (부식 어려운 산화하기 어렵다.)  

열 · 전기 전도성 등이 우수하지만 강도가 낮기 때문에 구조 재료로는 적합하지 않습니다.

강도가 그다지 필요하지않은 부재나 부품에 사용되는 경우가 많으며, 알

루미늄 중에서도 열처리를 하지 않고 사용하는 경우가 많은 비열 처리형의 재료입니다.

【용도】

가정 용품, 기구, 송/배전 용 재료, 방열 재료, 화학 공업 탱크 등

No.2000 ~ [Al-Cu 계] 알루미늄 + 구리

구리 (Cu)를 첨가한 합금. 

철강 재료에 필적하는 강도를 가져, 열처리 형으로 조질하여 더욱 강도가 향상됩니다. 

고강도 알루미늄 합금으로 항공기 부재로 유명한 두랄루민과 초 듀랄루민이 있습니다.

구리를 포함하면 강도가 높아지지만 많이 포함하면 내식성이 저하됩니다. 

또한 절삭성은 우수하지만 용접성에 어려움이 있어, 

조립을 하는 경우에는 많은 기계적 방법을 취하거나 저항 스폿 용접이 사용됩니다.

【용도】

항공기 용 부재, 나사 기어 부품 성형 용 금형, 유압 부품 등

No.3000 ~ [Al-Mn 계] 알루미늄 + 망간

망간 (Mn)을 첨가한 합금. 

순수 알루미늄 가공 내식성을 저하시키지 않고 강도를 조금 올린 것입니다.

기물, 건축 자재, 용기 등 넓은 용도가 있습니다. 

또한 마그네슘을 추가하면 더 강도를 증가시킬 수 있습니다.

【용도】

건축용 부재, 지붕 재료, 알루미늄 캔 전구 소켓 등

No.4000 ~ [Al-Si 계] 알루미늄 + 실리콘

실리콘 (Si) 실리콘을 첨가한 합금. 

실리콘을 추가함으로써 열팽창률이 억제되어 내마모성도 높아집니다.

내열성도 우수하기 때문에 단조 피스톤 등으로 사용되거나 

다른 알루미늄 합금보다 융점이 낮기 때문에 용접 필러 금속 등에서도 사용되고 있습니다.

【용도】

피스톤, 실린더 헤드, 용접 와이어 등

No.5000 ~ [Al-Mg 계] 알루미늄 + 마그네슘

마그네슘 (Mg)을 첨가한 합금. 

강도와 내식성, 용접성이 향상됩니다. 

마그네슘이 적은 것은 장식이나 기물에 대해 많은 것은 

선박, 차량, 화학 플랜트 등의 구조재로 사용됩니다.

추가 마그네슘량의 폭이 넓기 때문에 비교적 종류가 많은 용도가 넓은 것이 특징입니다.

【용도】

조리기구, 연료 탱크, 건축 내 외장, 반사판 등

No.6000 ~ [Al-Mg-Si 계] 알루미늄 + 마그네슘 + 실리콘

마그네슘과 실리콘을 첨가한 합금. 

강도 · 내식성이 우수하여 구조 재료로 사용되고 있습니다.

용접에 약한 알루미늄의 장점입니다.

열전도율의 관계에서 용접 부분과 주변 부위까지 열에 의한 강도 저하가 일어나므로 

볼트나 너트 등의 기계적인 접합을 사용하는 경우가 많습니다.

또한 경년 손상에 강하고, 압출성이 우수합니다.

이 때문에 건축용 샷시 등에 사용됩니다. 

소량의 구리를 추가하여 강도를 향상시킨 종류도 있습니다.

【용도】

차량 · 선박 등 수송 구조 부재 건축용 샷시 문 등

No.7000 ~ [Al-Zn-Mg 계] 알루미늄 + 아연 + 마그네슘

아연 (Zn)과 마그네슘 (Mg)을 첨가한 합금.

열처리에 의해 현존하는 알루미늄 합금 중 가장 높은 강도를 자랑합니다.

일본에서 개발 된 초경량 두랄루민의 이름으로 알려진 

7075 합금은 항공기와 스포츠 용품 등에 사용되고 있습니다.

또한 크게 나누면 Al-Zn-Mg-Cn 계 합금과 Al-Zn-Mg 계 합금이 있습니다.

용접도 우수하지만, 열처리가 불충분한 경우에는 

경년 손상을 일으키는 경우가 있으므로 주의가 필요합니다.

【용도】

스포츠 용품 금형 부재, 차축 등

No.8000 ~ [기타 Li 첨가 계 등] 알루미늄 + 리튬 등　

No.1000 ~ 7000  합금계에도 속하지 않는 기타 재료로 

주로 합금은 저밀도 재료 · 고 강성으로 개발 된 Al-Li 계 합금 등이 있습니다.

고 강성 알루미늄 합금으로 항공기의 재료로 사용되고 있습니다.

그 외에도 철 (Fe)을 첨가하여 강도 및 압연 가공성을 부여한

알루미늄 포일 합금 전기 통신 및 포장용으로 사용되고 있습니다.

【용도】

식품 포장재, 의료 포장, 알루미늄 캡 등

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

각각의 알루미늄 합금의 비중과 융점에 대해

알루미늄 합금의 종류와 특징, 용도를 알았으니 

다음은 알루미늄 합금의 비중 (밀도)과 융점에 대해 소개 합니다. 

설계 및 프로토 타입 단계에서 알루미늄 합금 소재를 선택할 때 

용도와 성능 향상을 위해서도 비중과 융점을 알아두면 도움이 될 것입니다.

알루미늄의 비중

알루미늄의 비중 (밀도)은 2.7mg / cm3 (20 ℃) 입니다. 

철의 비중은 7.8mg / cm3 (20 ℃),

구리는 8.9mg / cm3 (20 ℃) 이므로, 

같은 부피에서 알루미늄이 1/3 정도로 가볍기 때문에 

부품이나 하우징 바디를 알루미늄으로 경량화를 통해 제품의 성능을 향상시킬 수 있습니다.

예를 들어, 기계의 고속 회전 및 슬라이딩 부품을 알루미늄으로 경량화하면 

작업 효율을 향상시킬 수 있습니다. 

또한 수송 분야에서도 자동차나 선박, 철도 차량, 항공기 등의 바디와 부품을 

알루미늄으로 경량화하면 에너지 효율이 향상 됩니다.

알루미늄의 융점

알루미늄은 다른 금속을 첨가하여 합금함으로써 높은 강도를 얻을 있다는 장점이 있지만, 

철강 등과 비교하면 용접 및 용단이 어려워진다는 단점도 있습니다.

순수 알루미늄의 융점은 약 660 ℃, 끓는점은 2470 ℃ 입니다.

금속 재료 중 알루미늄 꽤 융점이 낮고,

Al2O3 (비정질 알루미나)의 막이되어 주위의 가스 흡수를 차단하여 

흐르기 쉬우므로 주조성은 좋다고 할 수 있습니다.

주조 가공하는 경우는 융점 660 ℃로 충분합니다.

하지만, 진공 증착 등의 가공을 하는 경우 끓는점 2470 ℃ 정도까지 온도를 올릴 필요가 있습니다.

* 인장 강도 · 내력 : N / mm2 경도 : 비커스 경도 (Hv) 비중 : g / cm3 용해 온도 : ℃

No.1000 ~

공업용 순 알루미늄으로, 

No.1000 시리즈는 알루미늄 성분이 99 %에서 얼마나 많은지에 따라 다르지만 

1000 계열 알루미늄 합금의 융점은 약 643 ~ 657 ℃ 정도입니다.

No.1000 번대의 비중은 2.7 ~ 2.71mg / cm3 (20 ℃)입니다.

No.2000 ~

두랄루민과 초 듀랄루민 등으로 대표되는 No.2000 시리즈의 

알루미늄 합금은 알루미늄에 구리 (Cu)과 마그네슘 (Mg)을 첨가 한 합금입니다.

이 2000 계 알루미늄 합금의 융점은 약 502 ~ 640 ℃ 정도, 비중은 2.58 ~ 2.84mg / cm3 (20 ℃)입니다.

No.3000 ~

알루미늄 망간 (Mn)을 첨가한 No.3000 시리즈 알루미늄 합금의 융점은 약 629 ~ 654 ℃ 정도가됩니다.

3000 계열 알루미늄 합금의 비중은 2.72 ~ 2.73mg / cm3 (20 ℃)입니다.

No.4000 ~

알루미늄에 규소 (Si) 실리콘을 첨가하여 만든 No.4000 시리즈 알루미늄 합금의 융점은 532 ~ 571 ℃입니다.

4000 계 알루미늄 합금의 비중은 A4032 약 2.68mg / cm3 (20 ℃)입니다.

No.5000 ~

알루미늄에 마그네슘 (Mg)을 첨가되어 만들어진 5000 계열 알루미늄 합금의 융점은 약 568 ~ 652 ℃ 정도입니다.

5000 계열 알루미늄 합금의 융점은 비중은 2.64 ~ 2.702mg / cm3 (20 ℃)입니다.

No.6000 ~

마그네슘과 실리콘을 알루미늄 이외에 만들어진 6000 계열 알루미늄 합금의 융점은 약 582 ~ 655 ℃입니다.

6000 계 알루미늄 합금의 융점은 비중이 2.69 ~ 2.70mg / cm3 (20 ℃)입니다.

No.7000 ~

알루미늄에 마그네슘 (Mg)과 아연 (Zn)을 첨가하여 만든 

No.7000 시리즈 알루미늄 합금의 융점은 약 477 ~ 635 ℃ 정도입니다.

7000 계 알루미늄 합금의 비중은 2.80mg / cm3 (20 ℃) ​​정도입니다.

No.8000 ~

Al-Li 계 합금 등으로 대표되는 8000 계 알루미늄 합금은 

No.1000 ~ No.7000 시리즈에 속하지 않는 다른 재료의 합금입니다. 

따라서 융점 비중도 일정한 범위에 들어 가지 않습니다. 

주요 8000 계열 알루미늄 합금의 비중을 참고로 적어 보겠습니다.

· A8021-2.73mg / cm3 (20 ℃)

· A8079-2.72mg / cm3 (20 ℃)

· A8090-2.54mg / cm3 (20 ℃)

알루마이트 처리에 대해

알루마이트 처리는 양극 산화 처리 라고도하며,

황산이나 질산 등의 강산성의 전해질에서 

알루미늄의 표면을 전기 분해 처리하여 인공적으로 얇은 산화 피막을 형성하는 표면 처리입니다. 

알루마이트 처리의 주성분은 비정질 알루미나 (Al2O3) 입니다.

원래 알루미늄은 산소와 결합하여 산화하기 쉽고,

자연스럽게 형성되는 산화 피막은 얇기 때문에 환경에 따라 녹이 슬어 버립니다.

그래서 인공적으로 산화막을 만들어 보호막을 두껍게하고 

알루미늄의 내식성을 높이기 위해, 알루마이트 처리가 활용 되는 것입니다.

알루마이트 처리에 의해 알루미늄의 내마모성도 높아지고 상처 내성 때문에 미관도 좋아집니다.

알루마이트 처리의 장점

알루마이트 처리의 주요 장점을 정리하면 다음과 같습니다.

내식성

내마모성

미관성

절연성

방열성

알루마이트 처리의 단점

알루마이트 처리의 단점은 내구성이 우수하지만, 

강한 산이나 알칼리에 약하고, 용해 · 부식하는 면이 있습니다. 

또한, 이온화되기 쉬우므로 해수 등 염분이 강한 수용액에 노출되거나 

습도가 높은 상태에서 철이나 구리 등에 접촉하면 부식하기 쉬워집니다.

또한 알루마이트는 융통성 때문에 알루마이트 처리 후에 벤딩하거나 

가공하는 경우와 소재가 열팽창하는 100 ℃를 초과하는 환경에서는 

알루마이트 피막에 균열이나 박리가 발생하기 쉽습니다.

알루마이트 처리의 용도

알루마이트 처리가 사용되고있는 제품은 도시락, 주전자, 냄비 등입니다. 

이외에도 건축 자재 · 광학 부품 · 기차 · 항공기 인테리어 제품

자동차 부품 · 광학 부품 · 반도체 부품 · 조명 기기 · 의료 기기

각종 명찰 장판 등 폭 넓은 용도가 있습니다.

알루미늄 합금의 종류와 특징, 용도에 대한 해설 정리

알루미늄 합금 1000 ~ 8000까지 간단하게 설명했지만,

그 안에도 수많은 종류가 있으며, 우리의 삶에서 활약하고 있습니다.

합금 원소의 조합과 비율을 바꾸는 것으로, 

무한한 가능성이 선천적이기 때문에 앞으로도 더욱 발전해 나갈 것입니다.