Ultimate inNOvation, 디자인경영 | Oct, 2020
가벼운 금속의 기적 | 알루미늄
출처_lg케미토피아
우리의 일상에서 흔히 볼 수 있는 포일과 캔 등의 소재가 바로 알루미늄(aluminium)인데요. 예전에는 알루미늄이 금보다 더 귀했다는 사실! 알고 계셨나요? 1800년대 말 정제 기술이 개발되기 전까지 알루미늄은 ‘찰흙 속의 은’이라고 불리며 귀금속으로 여겨졌습니다. 나폴레옹 3세는 알루미늄으로 만든 왕관을 썼고, 가장 귀한 손님은 알루미늄 식기로, 그 외의 손님은 금 식기로 대접했을 정도입니다.
알루미늄이 지각에 세 번째로 많이 분포해 있는 원소인 만큼 값이 저렴하기는 하지만, 여전히 철, 구리보다는 값이 비싼 편입니다. 그 이유는 보크사이트 광석으로부터 알루미늄을 정제하는 데 엄청난 에너지를 필요로 하기 때문인데요. 우리나라에도 알루미늄 정제소가 있었으나, 혜택을 받아도 감당할 수 없을 만큼 전기료가 많이 나와 지금은 운영되지 않고 있다고 합니다.
그럼 알루미늄을 주 생산품으로 하는 국가는 어디일까요? 그곳은 바로 중앙아시아 타지키스탄인데요. 국가 전력의 40%를 알루미늄 정제 공장에서 사용하고 있습니다. 그러다 보니 세계적으로 수요가 많은 알루미늄을 생산하고 있음에도 불구하고 최빈국에 머물러 있습니다. 그래서 오늘날 세계 각국은 알루미늄을 새롭게 생산하기보다 재활용하는 데 초점을 맞추고 있습니다.
덴마크의 물리학자이자 화학자였던 한스 크리스티안 외르스테드(Hans Christian Oersted)는 약제사로 근무하면서 화학실험을 하던 중 1825년, 세계 최초로 분말 상태의 알루미늄을 발견했습니다.
뒤이어 독일 화학자 프리드리히 뵐러(Friedrich Wohler)는 1827년에 상당히 순수한 알루미늄 샘플을 만들었는데요. 앞서 살짝 소개해드린 것처럼 금속화학자들은 알루미늄의 응용 가능성을 이미 알고 있었습니다. 하지만 오랫동안 적은 비용으로 알루미늄을 추출하는 방법이 없어 금이나 은보다도 값이 비쌌습니다. 그후 1886년에 프랑스의 발명가 폴 에루(Paul Heroult)와 미국 화학자 찰스마틴 홀(Charles Martin Hall)이 독립적으로 전기를 이용하여 산화알루미늄으로부터 알루미늄을 추출하는 방법을 알아냈습니다. 이로 인해 알루미늄 가격이 급격히 하락하게 되었고, 지금처럼 널리 사용될 수 있게 되었습니다.
그럼 ‘알루미늄’이라는 원소명은 어떻게 유래되었을까요? ‘알루미늄’이라는 원소명은 황산알루미늄칼륨을 함유한 광물인 알룸(alum)의 이름에서 따왔습니다. 1787년에 프랑스 화학자 앙투안 라부아지에(Antoine Lavoisier)는 알룸의 한 성분이 어떤 알려지지 않은 금속을 포함하고 있다는 것을 알아냈습니다. 1808년 험프리 데이비(Humphry Davy)가 이 새로운 원소를 ‘알미움’이라 부르자고 제안했지만 그것은 곧 ‘알루미눔’으로 바뀌었다가 다시 ‘알루미늄’으로 바꼈습니다. 그리고 현재는 ‘-눔’과 ‘-늄’ 모두 사용하고 있습니다.
[ 알루미늄의 발견 - 미국의 찰스 마틴 홀 | 프랑스의 폴 에루 ]
알루미늄의 특징
순도 100의 알루미늄은 가볍고 녹이 슬기 어려운 성질을 가지고 있는 반면, 부드럽고 구부러지기 쉬운 금속으로 다른 금속류의 특성을 부여해야만 충분한 강도가 나옴. 알루미늄에 붙은 번호는 알루미늄에 다른 성질을 부여한 것을 종류별로 표시 알루미늄 이니셜인 A 이후 4자리 숫자로 표현.
알루미늄의 합금의 종류
A1000
1000번 대 알루미늄| 순도 99이상의 순수 알루미늄, 내식성 및 열전도, 전기 전도성이 우수하지만 강도가 낮은 단점 가정 용품 및 가전 제품 등에 사용.
A1060, A1070 구리의 대체 재료로써 도전재로 널리 사용.
A1N30은 뛰어난 전연성과 내식성으로 얇은 알루미늄 호일에 사용. - N은 일본 고유의 합금임을 표기.
알루미늄의 합금의 종류
A2000
2000번 대 알루미늄은 흔히들 알고 있는 두랄루민으로 알루미늄에 구리를 많이 함유하여 높은 강도를 보유, 일반 알루미늄보다 내식성이 낮아 알루마이트 처리 등의 표면처리가 필요, 또한 일반 알루미늄보다 용접이 어려워 용접 가공에 적합하지 않은 소재, 기계 부품, 케이스 등 내충격용 제품에 사용.
A2017(듀랄루민) 항공기와 자동차의 구조 부재, 기계 부품 등에 사용됨. 독일의 듀레너 금속공업이 제조권 독점, 듀레너와 알루미늄을 섞은것이 두랄루민 .
알루미늄의 합금의 종류
A3000
3000번 대 알루미늄 | 순수 알루미늄에 망간을 함유하여 강도를 올리고 내식성을 향상 시킨 알루미늄으로 주로 알루미늄 캔, 지붕 패널 등 건축자재, 전구 소캣 등으로 활용.
A3003, A3004 내식성이 높고 프레스 가공이 뛰어난 점에서 알루미늄 캔의 재료로 사용.
알루미늄의 합금의 종류
A4000
4000번 대 알루미늄 | 실리콘이 함유된 알루미늄으로 내열성, 내마모성이 강함. 다른 알루미늄과 비교하면 융점이 낮기 때문에 납땜 재료 및 용접 필러의 재료로 사용. 절삭 가공에는 적합하지 않으며 열팽창이 적기 때문에 단조 피스톤 등에 사용.
A4032 내열성, 내마모성이 강하여 엔진 피스톤에 사용.
알루미늄의 합금의 종류
A5000
5000번 대 알루미늄 | 마그네슘이 합유된 알루미늄으로 내식성과 강도가 높다. 또한 가공하기 쉽기 때문에 절삭 가공에 적합하여 선박이나 차량 등의 강도를 필요로 하는 물건에 사용.
A5052 판재 금속 가공의 재료로 가장 많이 사용되기 있는 알루미늄으로 유통량이 제일 많다. A5185 는 5000번 대 중에서도 높은 강도를 가진 재료로 알루미늄 캔의 뚜껑 재료로 유명한 합금.
알루미늄의 합금의 종류
A6000
6000번 대 알루미늄 | 실리콘과 마그네슘을 첨가한 합금으로 5000번 대의 알루미늄에 비해 내식성 및 강도가 우수함 용접에 약하여 볼트와 너트, 리벳 등의 기계적 접합이 주로 사용되고 압출 성형에 적합한 재료.
A6061과 A6063이 대표적이며 A6063은 A6061보다 강도는 낮지만 압출성이 뛰어나 복잡한 형상으로 성형 가능. 주로 건축용 샷시, 태양광 발전소의 알루미늄 구조물 등의 구조재로 사용.
- 아이폰6의 소재.
알루미늄의 합금의 종류
A7000
7000번 대 알루미늄 | 아연과 마그네슘이 첨가된 알루미늄으로 열처리를 하여 강도가 높아 알루미늄 중 가장 높은 경도를 보유. 구부러짐에 강하고 알루마이트 처리로 다양한 성질을 부여할 수 있다.
A7075가 대표적인 소재로 초 경량 두랄루민으로 알려져 있다. 2000번 대의 알루미늄을 훨씬 능가하는 경도를 가지고 있어서 내구성을 필요로 하는 자동차, 비행기의 부품이나 스포츠용품, 케이스 등으로 가공되어 사용된다.
- 아이폰6S의 소재
- 아이폰10부터는 세라믹쉴드+스텐이리스 스틸로 강도가 4배 증가
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가벼운 금속의 기적 | 알루미늄
출처_lg케미토피아
우리의 일상에서 흔히 볼 수 있는 포일과 캔 등의 소재가 바로 알루미늄(aluminium)인데요. 예전에는 알루미늄이 금보다 더 귀했다는 사실! 알고 계셨나요? 1800년대 말 정제 기술이 개발되기 전까지 알루미늄은 ‘찰흙 속의 은’이라고 불리며 귀금속으로 여겨졌습니다. 나폴레옹 3세는 알루미늄으로 만든 왕관을 썼고, 가장 귀한 손님은 알루미늄 식기로, 그 외의 손님은 금 식기로 대접했을 정도입니다.
알루미늄이 지각에 세 번째로 많이 분포해 있는 원소인 만큼 값이 저렴하기는 하지만, 여전히 철, 구리보다는 값이 비싼 편입니다. 그 이유는 보크사이트 광석으로부터 알루미늄을 정제하는 데 엄청난 에너지를 필요로 하기 때문인데요. 우리나라에도 알루미늄 정제소가 있었으나, 혜택을 받아도 감당할 수 없을 만큼 전기료가 많이 나와 지금은 운영되지 않고 있다고 합니다.
그럼 알루미늄을 주 생산품으로 하는 국가는 어디일까요? 그곳은 바로 중앙아시아 타지키스탄인데요. 국가 전력의 40%를 알루미늄 정제 공장에서 사용하고 있습니다. 그러다 보니 세계적으로 수요가 많은 알루미늄을 생산하고 있음에도 불구하고 최빈국에 머물러 있습니다. 그래서 오늘날 세계 각국은 알루미늄을 새롭게 생산하기보다 재활용하는 데 초점을 맞추고 있습니다.
덴마크의 물리학자이자 화학자였던 한스 크리스티안 외르스테드(Hans Christian Oersted)는 약제사로 근무하면서 화학실험을 하던 중 1825년, 세계 최초로 분말 상태의 알루미늄을 발견했습니다.
뒤이어 독일 화학자 프리드리히 뵐러(Friedrich Wohler)는 1827년에 상당히 순수한 알루미늄 샘플을 만들었는데요. 앞서 살짝 소개해드린 것처럼 금속화학자들은 알루미늄의 응용 가능성을 이미 알고 있었습니다. 하지만 오랫동안 적은 비용으로 알루미늄을 추출하는 방법이 없어 금이나 은보다도 값이 비쌌습니다. 그후 1886년에 프랑스의 발명가 폴 에루(Paul Heroult)와 미국 화학자 찰스마틴 홀(Charles Martin Hall)이 독립적으로 전기를 이용하여 산화알루미늄으로부터 알루미늄을 추출하는 방법을 알아냈습니다. 이로 인해 알루미늄 가격이 급격히 하락하게 되었고, 지금처럼 널리 사용될 수 있게 되었습니다.
그럼 ‘알루미늄’이라는 원소명은 어떻게 유래되었을까요? ‘알루미늄’이라는 원소명은 황산알루미늄칼륨을 함유한 광물인 알룸(alum)의 이름에서 따왔습니다. 1787년에 프랑스 화학자 앙투안 라부아지에(Antoine Lavoisier)는 알룸의 한 성분이 어떤 알려지지 않은 금속을 포함하고 있다는 것을 알아냈습니다. 1808년 험프리 데이비(Humphry Davy)가 이 새로운 원소를 ‘알미움’이라 부르자고 제안했지만 그것은 곧 ‘알루미눔’으로 바뀌었다가 다시 ‘알루미늄’으로 바꼈습니다. 그리고 현재는 ‘-눔’과 ‘-늄’ 모두 사용하고 있습니다.
[ 알루미늄의 발견 - 미국의 찰스 마틴 홀 | 프랑스의 폴 에루 ]
알루미늄의 특징
순도 100의 알루미늄은 가볍고 녹이 슬기 어려운 성질을 가지고 있는 반면, 부드럽고 구부러지기 쉬운 금속으로 다른 금속류의 특성을 부여해야만 충분한 강도가 나옴. 알루미늄에 붙은 번호는 알루미늄에 다른 성질을 부여한 것을 종류별로 표시 알루미늄 이니셜인 A 이후 4자리 숫자로 표현.
알루미늄의 합금의 종류
A1000
1000번 대 알루미늄| 순도 99이상의 순수 알루미늄, 내식성 및 열전도, 전기 전도성이 우수하지만 강도가 낮은 단점 가정 용품 및 가전 제품 등에 사용.
A1060, A1070 구리의 대체 재료로써 도전재로 널리 사용.
A1N30은 뛰어난 전연성과 내식성으로 얇은 알루미늄 호일에 사용. - N은 일본 고유의 합금임을 표기.
알루미늄의 합금의 종류
A2000
2000번 대 알루미늄은 흔히들 알고 있는 두랄루민으로 알루미늄에 구리를 많이 함유하여 높은 강도를 보유, 일반 알루미늄보다 내식성이 낮아 알루마이트 처리 등의 표면처리가 필요, 또한 일반 알루미늄보다 용접이 어려워 용접 가공에 적합하지 않은 소재, 기계 부품, 케이스 등 내충격용 제품에 사용.
A2017(듀랄루민) 항공기와 자동차의 구조 부재, 기계 부품 등에 사용됨. 독일의 듀레너 금속공업이 제조권 독점, 듀레너와 알루미늄을 섞은것이 두랄루민 .
알루미늄의 합금의 종류
A3000
3000번 대 알루미늄 | 순수 알루미늄에 망간을 함유하여 강도를 올리고 내식성을 향상 시킨 알루미늄으로 주로 알루미늄 캔, 지붕 패널 등 건축자재, 전구 소캣 등으로 활용.
A3003, A3004 내식성이 높고 프레스 가공이 뛰어난 점에서 알루미늄 캔의 재료로 사용.
알루미늄의 합금의 종류
A4000
4000번 대 알루미늄 | 실리콘이 함유된 알루미늄으로 내열성, 내마모성이 강함. 다른 알루미늄과 비교하면 융점이 낮기 때문에 납땜 재료 및 용접 필러의 재료로 사용. 절삭 가공에는 적합하지 않으며 열팽창이 적기 때문에 단조 피스톤 등에 사용.
A4032 내열성, 내마모성이 강하여 엔진 피스톤에 사용.
알루미늄의 합금의 종류
A5000
5000번 대 알루미늄 | 마그네슘이 합유된 알루미늄으로 내식성과 강도가 높다. 또한 가공하기 쉽기 때문에 절삭 가공에 적합하여 선박이나 차량 등의 강도를 필요로 하는 물건에 사용.
A5052 판재 금속 가공의 재료로 가장 많이 사용되기 있는 알루미늄으로 유통량이 제일 많다. A5185 는 5000번 대 중에서도 높은 강도를 가진 재료로 알루미늄 캔의 뚜껑 재료로 유명한 합금.
알루미늄의 합금의 종류
A6000
6000번 대 알루미늄 | 실리콘과 마그네슘을 첨가한 합금으로 5000번 대의 알루미늄에 비해 내식성 및 강도가 우수함 용접에 약하여 볼트와 너트, 리벳 등의 기계적 접합이 주로 사용되고 압출 성형에 적합한 재료.
A6061과 A6063이 대표적이며 A6063은 A6061보다 강도는 낮지만 압출성이 뛰어나 복잡한 형상으로 성형 가능. 주로 건축용 샷시, 태양광 발전소의 알루미늄 구조물 등의 구조재로 사용.
- 아이폰6의 소재.
알루미늄의 합금의 종류
A7000
7000번 대 알루미늄 | 아연과 마그네슘이 첨가된 알루미늄으로 열처리를 하여 강도가 높아 알루미늄 중 가장 높은 경도를 보유. 구부러짐에 강하고 알루마이트 처리로 다양한 성질을 부여할 수 있다.
A7075가 대표적인 소재로 초 경량 두랄루민으로 알려져 있다. 2000번 대의 알루미늄을 훨씬 능가하는 경도를 가지고 있어서 내구성을 필요로 하는 자동차, 비행기의 부품이나 스포츠용품, 케이스 등으로 가공되어 사용된다.
- 아이폰6S의 소재
- 아이폰10부터는 세라믹쉴드+스텐이리스 스틸로 강도가 4배 증가
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