알루미늄의 특성과 종류 및 알루미늄 가공의 특징

알루미늄의 특성과 종류 및 알루미늄 가공의 특징

1. 알루미늄의 특성

알루미늄은 일반적으로 가공이 쉽다고 알려져 있는데 금속 재료로서도 아주 뛰어난 특성을 가지고 있기 때문에, 우리의 실생활 속에서도 늘 접하게 되는 많은 알루미늄 제품이 존재하고 있다. 먼저 알루미늄이 어떤 특성을 가진 금속인지를 이해해보도록 하자.

 

1) 매우 가볍다
알루미늄은 비중이 2.7로 매우 가벼운 금속이다. 철의 비중은 7.8, 구리의 비중은 8.9인데 철이나 구리에 비해 알루미늄은 약 1/3의 무게 이다. 알루미늄의 가벼움을 최대한 살린 제품으로 대표적인 것이 바로 스마트 폰을 들 수 있다. 스마트폰의 바디는 알루미늄으로 만들어진 것이 많아, 가볍기 때문에 쉽게 들고 다닐 수 있는 일이 가능하게 되었다. 그 밖에도 자동차나 비행기의 부품 등으로서 활용되어 무게를 줄여 연비 향상에 도움이 되고 있다.

 

2) 통전성이 높다
알루미늄은 전기 전도율이 높고, 에너지나 일렉트로닉스 분야에서 자주 사용되고 있다. 알루미늄과 마찬가지로 전기 전도율이 높은 금속으로는 구리(Cu)가 있지만 같은 무게로 비교하면 알루미늄 쪽이 전기를 잘 통과한다.

 

3) 열전도율이 높다
알루미늄의 열전도율은 철의 약 3배이며, 열을 잘 전달하기 때문에 가열하기 쉽고 식히기도 쉬운 특징이 있다. 부엌겡서 매일 사용하는 냄비 등의 조리 기구에서도 알루미늄이 자주 사용되고 있으며 그 밖에도 엔진 부품이나 냉난방 기기, 히트 싱크라고 불리는 방열기 부품 등으로 알루미늄은 폭넓게 활용되고 있다.

 

4) 내식성이 높다
금속은 일반적으로 부식에 약한 것으로 알려져 있는데 특히 철 등은 시간이 지나면 보기 흉한 갈색이 되어 외관도 보기 좋지 않게 되고 강도와 내구성 측면에도 큰 영향을 준다. 그러나 알루미늄은 산화피막이라 불리는 막을 스스로 생성함으로써 녹의 발생이나 부식을 자연스럽게 막을 수 있는 금속이다. 이 내식성을 살려, 건축물이나 배 등에서 활용되고 있고 또한 알루마이트 가공이라고 하는 표면 처리를 부품에 실시함으로써 내식성을 더욱 강화하는 것도 가능해지고 있다.

 

5) 비자성
알루미늄은 비자성체로 자기를 띠지 않기 때문에 전자 의료 기기나 메카트로닉스 기기, 리니어 모터카 등의 자기가 좋지 않은 영향을 미치는 제품에 자주 사용된다. 다른 비자성체로는 금이나 은, 구리가 있지만 알루미늄은 이러한 금속에 비해 유통량도 많고 저렴하기 때문에 알루미늄의 사용률이 높아지고 있다.

 

6) 용해하기 쉽다
알루미늄은 융점이 약 660℃로 금속 중에서는 상당히 낮고 , 철(약 1,530℃)이나 구리(약 1,080℃)에 비하면 용해하기 쉬운 재료이다. 알루미늄의 특징을 살려 녹은 금속을 금형에 흘려 넣어 임의의 형태로 굳히는 주조 가공에서는 융점이 낮을수록 금속을 녹이기 위한 에너지가 억제되기 때문에 알루미늄이 자주 사용되고 있다.

 

7) 재활용성이 높다
알루미늄은 내식성이 높고 품질이 떨어지기 어려우며 용해가 쉽기 때문에 사용 후 알루미늄 제품을 녹여 재사용할 수 있다. 재활용에 필요한 에너지는 새롭게 금속 재료를 만들기 위한 에너지에 비해 불과 3%로 끝나기 때문에 경제적이고 친환경 금속이라고 할 수 있다.

 

8) 반사성이 뛰어나다
표면을 닦은 알루미늄은 적외선이나 자외선, 전자파와 같은 빛과 열을 잘 반사한다. 경면(거울면)가공을 하여 그 특성을 한층 높임으로써 난방기구나 조명기구의 반사판, 일렉트로닉스 제품에 많이 사용되고 있다.

 

알루미늄합금의 종류와 특징

알루미늄은 우수한 특성이 있지만 순도가 높은 알루미늄은 강도가 매우 약하기 때문에 가공 후의 제품에 요구되는 내구성을 충족하지 못할 가능성이 있다. 그래서 알루미늄의 단점을 보완하기 위해 다양한 합금 성분을 더한 알루미늄 합금이 만들어져 용도에 맞게 구분하여 사용할 수 있게 되었다. 알루미늄 합금은 알루미늄의 머리글자 A 뒤에 4자리 숫자를 붙인 「번호」로 호칭하고 있으며 아래 표에 주요번호와 그 특징을 나탄낸다.

번호	화합물	특징	주요 용도
1000번대(A1100・A1050 등)	없음	순도 99% 이상의 알루미늄으로 순 알루미늄이라고 한다.  가공성·도전성·열전도성·내식성이 뛰어난 한편 강도가 낮다.	동전, 반사판, 조명기구, 방열 부품 등
2000번대(A2017·A2024 등)	구리(Cu)	강도를 향상시키기 위해 구리(Cu)를 많이 포함하고 있다. 강도가 높고 절삭가공에 최적인 한편, 구리가 많이 포함됨으로써 내식성이 떨어진다. 두랄루민 이라고 불리는 강도가 높은 알루미늄 합금은 2000번대이다.	항공기 부품, 수송 기기, 나사, 기어 부품 등
3000번대(A3003 등)	망간(Mn)	망간(Mn)을 첨가함으로써 순알루미늄의 내식성을 유지하면서 강도가 높다.	일반기기, 건축재료, 알루미늄캔 등
4000번대(A4032 등)	실리콘(Si)	실리콘(Si)을 첨가하여 내마모성과 내열성을 향상시킨 번호이다.	피스톤, 실린더 헤드 등
5000번대(A5052·A5056 등)	마그네슘(Mg)	마그네슘(Mg)을 첨가하여 강도·내식성·용접성·가공성을 높이고 있다.  절삭가공의 재료로서 이 번호대가 주류가 되고 있다.	조리기구, 선박 부품, 건축 자재 등
6000번대(A6061·A6063 등)	마그네슘(Mg)·실리콘(Si)	마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)을 첨가하여 강도를 높이면서 내식성도 향상시킨 번호이다. 구조 재료로서의 활용이 많아지고 있다. 또한 압출 성형 재료로 자주 사용된다.	건재, 수송 차량이나 선박의 구조재 등
7000번대(A7075 등)	아연(Zn)·마그네슘(Mg)	아연(Zn)과 마그네슘(Mg)을 더한 합금으로, 열처리를 함으로써 알루미늄 합금 중에서는 최고의 강도를 가지게 된다. A7075는 초고속 두랄루민 이라고 불리며, 현존하는 알루미늄 합금 중에서 가장 강도가 높은 것이다.	항공기 부품, 자동차 부품, 스포츠 공구 등

2. 알루미늄 가공상의 특징

 

1) 소성가공이 용이하다
알루미늄은 쉽게 구부린다거나 둥글게 한다거나 원통 모양으로 늘이거나 얇게 하거나 할 수 있다. 이와 같이, 소성가공이 용이하고 다양한 형상으로 성형할 수 있는 것이 알루미늄의 특징이다. 우리 주위에도 종이처럼 얇은 알루미늄 호일과 복잡한 모양을 가진 알루미늄 새시 등의 다양한 형태로 성형된 알루미늄 제품을 흔히 볼 수 있다.

 

2) 절삭가공이 용이하다
알루미늄은 피삭성이 좋은 금속이며, 절삭가공에도 적합하다. 판재를 잘라내거나 구부려서 형태를 만드는 프레스 가공이나 판금 가공에 비하면 절삭 가공은 판재나 환봉을 깎아 형태를 만들기 때문에 형상의 자유도가 높고 복잡한 제품을 제작하는 것이 가능하다. 또, 금속을 절삭 가공하면 가공시 열이 발생함으로써 왜곡이 발생하기 쉬워지거나 공구가 마모되거나 하는 단점이 있지만, 알루미늄은 열전도율이 높기 때문에 열이 날아가 위와 같은 절삭 가공의 단점을 억제할 수 있다.

 

3) 다양한 방법으로 접합할 수 있다
알루미늄은 리벳 접합 등의 기계적 접합, 접착 접합, 용접 등의 다양한 방법을 사용하여 접합할 수 있다. 주류는 용접에 의한 접합이지만, 제품 형상이나 사양에 따라 접합 방법을 선택할 수 있다고 하는 것은 장점이라고 할 수 있겠다. 또, 접합하는 것을 전제로 한 비교적 자유로운 제품 설계가 가능하다는 것도 장점이 되고 있다.

알루미늄재는 판이나 막대 등의 다양한 형상으로 가공된 상태로 유통하고 있어 금속가공을 할 때에는 필요한 양만큼 주문한 후 가공을 하게 된다. 

 

3. 금속가공에 자주 사용되는 알루미늄재의 형상

 

1) 판재
판재는 프레스 가공이나 정밀 판금 가공에 사용되고 있어 번호의 선택사항이 가장 많은 형상의 하나이다. 400mm×1,200mm나 1,000mm×2,000mm의 규격 사이즈로 판매되는 것이 일반적이다. 그 밖에도 판을 롤 형상으로 둥글게 판매되는 「롤재(코일재)」나, 세밀한 구멍이 뚫린 「펀칭 메탈」, 모양이 들어간 「스트라이프판」이라고 하는 형상으로도 유통하고 있다 . 판의 두께는 0.3mm~6mm가 일반적이지만, 특수한 용도에서는 0.1mm 이하나 10mm 이상의 알루미늄판도 존재하고 있다.

 

2) 둥근봉(환봉)
둥근봉은 폭넓은 용도로 활용되는 형상이며, 알루미늄 판재와 같이 번호의 선택지가 많아지고 있다. 유통하고 있는 환봉은 판재와 같이 외경의 크기와 길이가 어느 정도 규격화되어 ​​있어 구하기가 쉬워지고 있습니다.

 

3) 사각 파이프
사각 파이프는 건축 자재 및 기계 부품, DIY 재료로 널리 사용된다. 단면이 정사각형의 형상을 한 「각 파이프」와, 직사각형의 형상을 한 「평각 파이프」가 있어 사용 용도에 맞추어 구분되어 있다. 표면 처리가 되어 윤기가 있는 것이나 흑착색된 것 등 아름다운 외관의 각 파이프도 유통하고 있다.

 

4) 원형 파이프
원형 파이프는 둥근 막대의 중심이 중공이 된 것이다. 크게 나누면 「압출재」와 「인발재」의 2종류가 있다. 압출재는 비교적 저렴하지만 치수 정밀도는 떨어진다. 인발재는 압출재를 모재로서 재료를 한층 더 늘려 성형하는 것으로 작업 공정 수가 증가하기 때문에 비싸지지만 치수 정밀도가 높고, 아름다운 표면으로 완성된다.

 

5) 앵글・형재
건축 자재나 기계나 장치의 프레임, 구조물의 보강, DIY의 재료로서 폭넓게 사용되는 L자형의 형상을 보통 앵글(angle)이라고 부른다. 압출재의 한 종류로 등변, 부등변의 타입이나, L자가 아닌 C나 E의 형태를 한 것도 있다.

 

알루미늄의 장점과 단점

장점

매우 가볍기 때문에 제품의 경량화 에 기여

가볍지만 강도가 높고 비용이나 성능이 좋다.

부식하기 어렵고 , 표면 처리에 의해 내식성을 보다 강화하는 것이 가능하다.

가공성이 좋고 다양한 가공 방법에 의해 임의의 형상으로 성형할 수 있다.

통전성이나 열전도성이 높고 구리 등의 고가의 금속 재료 대신에 사용할 수 있다.

재활용성이 높고 경제적이며 환경친화적인 소재이다.

단점

철이나 스테인리스에 비해 강도가 낮다

부드럽기 때문에 흠집발생이나 패이기 쉬우므로 취급에 주의가 필요하다.

융점이 낮기 때문에 용접시에 녹아 버리기 쉽고, 표면 정밀도가 높은 용접에는 기술력이 필요하다.