알루미늄은 세계에서 가장 풍부한 금속이며, 지구 지각의 8%를 차지하는 세 번째로 흔한 원소입니다. 알루미늄의 다재다능함 덕분에 강철 다음으로 가장 널리 사용되는 금속입니다.

알루미늄 생산

알루미늄은 보크사이트라는 광물에서 추출됩니다. 보크사이트는 바이어 공정을 통해 산화알루미늄(알루미나)으로 변환됩니다. 그런 다음 알루미나는 전해조와 홀-헤룰트 공정을 사용하여 알루미늄 금속으로 변환됩니다.

알루미늄 연간 수요

전 세계 알루미늄 수요는 연간 약 2,900만 톤입니다. 이 중 약 2,200만 톤은 신규 알루미늄이고 700만 톤은 재활용 알루미늄 스크랩입니다. 재활용 알루미늄의 사용은 경제성과 환경적 측면 모두에서 매우 중요합니다. 신규 알루미늄 1톤을 생산하는 데 14,000kWh의 에너지가 소모되는 반면, 알루미늄 1톤을 재용융하여 재활용하는 데에는 이의 5%밖에 소모되지 않습니다. 신규 알루미늄 합금과 재활용 알루미늄 합금의 품질에는 차이가 없습니다.

알루미늄의 응용 분야

순수한알류미늄알루미늄은 부드럽고 연성이 뛰어나며 내식성이 우수하고 전기 전도성이 높습니다. 포일 및 도체 케이블에 널리 사용되지만, 다른 용도에 필요한 높은 강도를 얻기 위해서는 다른 원소와의 합금이 필요합니다. 알루미늄은 가장 가벼운 엔지니어링 금속 중 하나이며, 강도 대 무게 비율은 강철보다 우수합니다.

알루미늄은 강도, 경량성, 내식성, 재활용성, 성형성 등 다양한 장점을 조합하여 활용함으로써 점점 더 많은 분야에 사용되고 있습니다. 이러한 제품군은 구조재부터 얇은 포장재에 이르기까지 폭넓습니다.

합금 명칭

알루미늄은 일반적으로 구리, 아연, 마그네슘, 규소, 망간, 리튬과 합금됩니다. 크롬, 티타늄, 지르코늄, 납, 비스무트, 니켈을 소량 첨가하기도 하며, 철은 항상 소량으로 존재합니다.

단조 합금은 300종이 넘으며, 그중 50종이 일반적으로 사용됩니다. 이 합금들은 보통 미국에서 유래하여 현재 전 세계적으로 통용되는 네 자리 숫자 체계로 식별됩니다. 표 1은 단조 합금의 분류 체계를 설명합니다. 주조 합금도 유사한 명칭을 사용하며 다섯 자리 숫자 체계를 사용합니다.

표 1.가공 알루미늄 합금의 명칭.

1XXX로 표기되는 순수 가공 알루미늄 합금의 경우, 마지막 두 자리는 금속의 순도를 나타냅니다. 이는 알루미늄 순도를 소수점 둘째 자리(0.01%)까지 나타낼 때 소수점 이하 마지막 두 자리와 같습니다. 두 번째 자리는 불순물 허용 한도의 변화를 나타냅니다. 두 번째 자리가 0이면 불순물 허용 한도가 자연적인 순수 알루미늄을 의미하고, 1부터 9까지는 개별 불순물 또는 합금 원소를 나타냅니다.

2XXX부터 8XXX까지의 그룹에서 마지막 두 자리는 해당 그룹 내의 서로 다른 알루미늄 합금을 나타냅니다. 두 번째 자리는 합금 변형을 의미하며, 두 번째 자리가 0이면 원래 합금을, 1부터 9까지의 정수이면 연속적인 합금 변형을 나타냅니다.

알루미늄의 물리적 특성

알루미늄의 밀도

알루미늄은 강철이나 구리의 약 3분의 1에 불과한 밀도를 가지고 있어 시중에서 구할 수 있는 금속 중 가장 가벼운 축에 속합니다. 이러한 높은 강도 대비 무게 덕분에 알루미늄은 중요한 구조 재료로 사용되며, 특히 운송 산업에서 적재량 증가나 연료 절감에 기여합니다.

알루미늄의 강도

순수 알루미늄은 인장 강도가 높지 않습니다. 그러나 망간, 실리콘, 구리, 마그네슘과 같은 합금 원소를 첨가하면 알루미늄의 강도를 높이고 특정 용도에 맞는 특성을 가진 합금을 만들 수 있습니다.

알류미늄이 소재는 추운 환경에 매우 적합합니다. 강철에 비해 인장 강도가 온도가 낮아질수록 증가하면서도 인성은 유지된다는 장점이 있습니다. 강철은 저온에서 취성이 증가합니다.

알루미늄의 내식성

알루미늄은 공기에 노출되면 표면에 거의 즉시 산화알루미늄 층이 형성됩니다. 이 층은 부식에 대한 저항성이 매우 뛰어납니다. 대부분의 산에는 상당히 강하지만 알칼리에는 상대적으로 약합니다.

알루미늄의 열전도율

알루미늄의 열전도율은 강철보다 약 3배 높습니다. 이러한 특성 덕분에 알루미늄은 열교환기와 같은 냉방 및 난방 용도에 중요한 소재로 사용됩니다. 또한 무독성이라는 장점 때문에 조리 기구 및 주방용품에도 널리 사용됩니다.

알루미늄의 전기 전도도

구리와 마찬가지로 알루미늄은 전기 전도체로 사용하기에 충분히 높은 전기 전도도를 가지고 있습니다. 일반적으로 사용되는 전도성 합금(1350)의 전도도는 어닐링된 구리의 약 62%에 불과하지만 무게는 3분의 1에 불과하므로 동일한 무게의 구리에 비해 두 배 더 많은 전기를 전도할 수 있습니다.

알루미늄의 반사율

자외선부터 적외선까지, 알루미늄은 복사 에너지를 탁월하게 반사합니다. 가시광선 반사율이 약 80%에 달하기 때문에 조명기구에 널리 사용됩니다. 이러한 반사 특성 덕분에 알루미늄은 다양한 영역에서 활용될 수 있습니다.알류미늄여름에는 햇빛을 차단하는 단열재로 이상적이며, 겨울에는 열 손실을 막아줍니다.

표 2.알루미늄의 특성.

알루미늄의 기계적 특성

알루미늄은 파손 없이 심하게 변형될 수 있습니다. 이러한 특성 덕분에 알루미늄은 압연, 압출, 인발, 기계 가공 및 기타 기계적 공정을 통해 성형할 수 있습니다. 또한 높은 정밀도로 주조할 수도 있습니다.

합금, 냉간 가공 및 열처리 모두 알루미늄의 특성을 맞춤화하는 데 활용될 수 있습니다.

순수 알루미늄의 인장 강도는 약 90MPa이지만, 열처리 가능한 일부 합금의 경우 690MPa 이상으로 증가시킬 수 있습니다.

알루미늄 표준

기존의 BS1470 표준은 9개의 EN 표준으로 대체되었습니다. EN 표준은 표 4에 나와 있습니다.

표 4.알루미늄에 대한 EN 표준

EN 표준은 기존 표준인 BS1470과 다음과 같은 점에서 차이가 있습니다.

• 화학적 조성은 변하지 않았습니다.
• 합금 번호 체계는 변경되지 않았습니다.
• 열처리 가능한 합금의 템퍼 표기법은 이제 더 넓은 범위의 특수 템퍼를 포함합니다. 비표준 용도의 경우 T 뒤에 최대 네 자리 숫자가 도입되었습니다(예: T6151).
• 열처리 불가능한 합금의 템퍼 표기법 – 기존 템퍼는 변경되지 않았지만, 템퍼 생성 방식에 대한 더욱 포괄적인 정의가 추가되었습니다. 연질(O) 템퍼는 이제 H111이며, 중간 템퍼인 H112가 새로 도입되었습니다. 합금 5251의 경우, 템퍼는 이제 H32/H34/H36/H38(H22/H24 등과 동일)로 표시됩니다. H19/H22 및 H24는 이제 별도로 표시됩니다.
• 기계적 특성은 이전 수치와 유사합니다. 이제 시험 성적서에 0.2% 항복강도를 명시해야 합니다.
• 허용 오차가 다양한 수준으로 강화되었습니다.
  

  알루미늄의 열처리

  알루미늄 합금에는 다양한 열처리 방법을 적용할 수 있습니다.

  • 균질화 – 주조 후 가열을 통해 편석을 제거하는 과정.
  • 어닐링 – 냉간 가공 후 가공 경화된 합금(1XXX, 3XXX 및 5XXX)을 연화시키기 위해 사용됩니다.
  • 석출 경화 또는 시효 경화(합금 2XXX, 6XXX 및 7XXX).
  • 석출경화합금의 시효처리 전 용체화열처리.
  • 코팅 경화를 위한 소성
  • 열처리 후 명칭 번호에 접미사가 추가됩니다.
  • 접미사 F는 "제조된 대로"를 의미합니다.
  • O는 "열처리된 단조 제품"을 의미합니다.
  • T는 "열처리"되었다는 것을 의미합니다.
  • W는 해당 재료가 용체화 열처리되었음을 의미합니다.
  • H는 열처리가 불가능한 합금으로, "냉간 가공" 또는 "변형 경화" 처리된 것을 의미합니다.
  • 열처리 불가능한 합금은 3XXX, 4XXX 및 5XXX 그룹에 속하는 합금입니다.