구리합금[copper alloy]

구리합금[copper alloy]

 

구리는 도전율 및 열전도율이 높고 전연성에 풍부하며 내식성이 양호하는 등의 우수한 특성이 있지만, 강도적으로는 낮으므로 강도나 경도를 개선하기 위해, 또 내식성, 내마모성 등의 특성을 더욱 향상시키기 위해 구리에 1종류 이상의 다른 원소를 가한 것이 구리합금이다. 공업적으로 쓰이고 있는 구리합금을 성분별로 분류하면 표와 같다. 이들 합금을 이용하여 압연, 압출, 인발 등의 가공에 따라 판, 봉, 선 등의 형상으로 한 신동품(伸銅品)과 주조에 의해 최종 형상에 가까운 제품으로 하는 주물이 제조된다.

 

①고동합금

 

구리의 도전율의 저하를 억제하고 연화온도를 상승시키기 위해 Cr, Zr, Ag, Sn을 첨가한 고동합금(高銅合金)과, 도전율은 저하하지만 Be, Ni-Si, Ti, Fe-P를 구리에 소량 첨가하여 석출경화에 의해 강도와 경도 및 내열성을 현저하게 향상시킨 고동합금이 있다. 구리합금 중에는 가장 높은 강도를 가진다(구리의 인장강도는 강(强)가공한 상태에서 약400Nm2, 석출강화구리합금의 강도는 650～1000N/ mm2). 주로 일렉트로닉스기기, 스프링재로 쓰이기 때문에 강도와 도전율의 균형이 중요하다.

 

구리합금의 분류

구리	Cu	타프피치동, 탈산구리, 무산소구리
고동합금	Cu-Be-Co Cu-Ni-Si Cu-Ti Cu-Fe-P Cu-Cr Cu-Zr Cu-Ag Cu-Sn	베릴륨구리 (Be 0.4～2.2%) 코티손합금 (Ni 1～3%, Si 0.2～0.7%) 티탄구리 (Ti 1.0～4.0%) 철들이구리(Fe 0.1～ 2.6%, P 0.01～0.3%) 크롬구리 (Cr 0.4～1.2%) 지르코늄구리 (Zr 0.02～0.2%) 은들이구리 (Ag 0.08～0.25%) 주석들이구리 (Sn 0.05～0.2%)
황동	Cu-Zn Cu-Zn-Pb Cu-Zn-Sn Cu-Zn-Al Cu-Zn-Mn-Al-Fe	단동, 황동, 놋쇠 쾌삭황동 네이벌황동, 애드미럴티황동 알루미늄황동 고력황동
청동	Cu-Sn Cu-Sn-Zn, Cu-Sn-Zn- Pb Cu-Sn-P Cu-Sn-Pb	주석청동 청동, 포금 인청동 납청동
특수청동	Cu-Al-Fe- Ni-Mn Cu-Si-Zn	알루미늄청동 규소청동
구리-니켈합금	Cu-Ni Cu-Ni-Zn	백동, 큐프로니켈 양백
구리-납합금	Cu-Pb	켈멧

 

 

②황동

 

놋쇠라고도 하고 Cu-Zn합금계로 Zn을 1%에서 40% 함유하는 합금으로서 Zn의 고용에 따라 강화된다. Zn을 20～40% 함유하고 다시 Pb, Sn, Al, Mn, Fe 등의 원소를 첨가한 합금이 많이 쓰이고 있다. 가공성, 주조성이 좋고 또 염가이기 때문에 구리합금 중에서는 기계부품, 건축금구, 수도용구 등 가장 많이 쓰이고 있다. Pb는 피삭성의 개선, Sn, Al은 내식성의 개선, Mn․Al․Fe인 조합의 첨가는 강도의 향상을 목적으로 하고 있다.

 

③청동

 

Cu와 Sn 2～11%의 합금이 기본적인 청동(주석청동)으로 2원계에서는 별로 쓰이지 않는다. 주조성을 향상시키기 위해 Zn 1～12%이나 Pb 1～7%를 함유한 합금이 일반적으로 청동이라고 한다. 청동기시대부터 사용되었으므로 포금(砲金)이라고도 불리우고 있다. 주조성과 내식성이 우수하고 구리합금 주물 중에서 청동주물은 현재 가장 많이 제조되고 있다. Cu-Sn합금에 P를 0.03%～0.5% 가하고 강도, 내마모성, 내식성, 스프링특성을 향상시킨 합금이 인청동으로 주물 및 신동품의 제조에 쓰이고 있다. Pb를 20～35% 가한 Cu-Sn-Pb합금(켈멧)은 베어링재료로 쓰이고 있다.

 

Sn을 함유하지 않는 합금으로 청동이라고 불리우는 특수청동이 있다. 알루미늄청동은 Cu에 Al 6～11%를 가하고, 다시 Fe, Ni, Mn을 첨가하고 고용강화와 석출강화로 강도가 높고 내마모성, 내식성, 특히 내해수성이 우수하다. 규소청동은 고가인 Sn의 대체로서 Si가 쓰이고 가공성, 주조성 때문에 Zn이 들어간다. 내식성이 우수하다.

 

④Cu-Ni합금

 

Cu에 Ni을 가하면 백색을 띠고 10～30% Ni합금을 백동(白銅)이라고 부르고 있다. 내식성이 우수하다. Zn을 다시 15～30% 가한 양백(양은)은 은식기의 대용재료로 개발되고 내식성 및 강도와 스프링특성이 양호하다.