알루미늄은 세계에서 가장 풍부한 금속이며 지각의 8%를 차지하는 세 번째로 흔한 원소입니다. 알루미늄은 다재다능하여 강철 다음으로 가장 널리 사용되는 금속입니다.

알루미늄 생산

알루미늄은 광물 보크사이트에서 추출됩니다. 보크사이트는 바이엘 공정을 통해 산화알루미나(알루미나)로 변환됩니다. 그런 다음 알루미나는 전해 전지와 Hall-Heroult 공정을 사용하여 알루미늄 금속으로 변환됩니다.

알루미늄의 연간 수요

전 세계 알루미늄 수요는 연간 약 2,900만 톤입니다. 약 2,200만 톤이 새로운 알루미늄이고, 700만 톤이 재활용 알루미늄 스크랩입니다. 재활용 알루미늄의 사용은 경제적, 환경적으로 매력적입니다. 새로운 알루미늄 1톤을 생산하려면 14,000kWh가 필요합니다. 반대로 알루미늄 1톤을 재용해하고 재활용하는 데는 이 중 5%만 필요합니다. 순수 알루미늄 합금과 재활용 알루미늄 합금 사이에는 품질 차이가 없습니다.

알루미늄의 응용

순수한알류미늄부드럽고 연성이며 부식에 강하고 전기 전도성이 높습니다. 이는 호일 및 도체 케이블에 널리 사용되지만 다른 응용 분야에 필요한 더 높은 강도를 제공하려면 다른 요소와의 합금이 필요합니다. 알루미늄은 가장 가벼운 엔지니어링 금속 중 하나이며 강철보다 무게 대비 강도가 우수합니다.

강도, 가벼움, 내부식성, 재활용성, 성형성 등의 유리한 특성을 다양하게 조합하여 알루미늄의 응용 분야가 점점 늘어나고 있습니다. 이 제품군은 구조재부터 얇은 포장 포일까지 다양합니다.

합금 명칭

알루미늄은 가장 일반적으로 구리, 아연, 마그네슘, 실리콘, 망간 및 리튬과 합금됩니다. 크롬, 티타늄, 지르코늄, 납, 비스무트 및 니켈도 소량 첨가되며 철은 항상 소량으로 존재합니다.

300개가 넘는 단조 합금이 있으며 그 중 50개가 일반적으로 사용됩니다. 이는 일반적으로 미국에서 시작되어 현재 보편적으로 인정되는 4자리 숫자 시스템으로 식별됩니다. 표 1은 단조 합금 시스템을 설명합니다. 주조 합금은 유사한 명칭을 가지며 5자리 시스템을 사용합니다.

표 1.단조 알루미늄 합금에 대한 명칭입니다.

1XXX로 지정된 비합금 단조 알루미늄 합금의 경우 마지막 두 자리는 금속의 순도를 나타냅니다. 알루미늄 순도를 0.01%까지 표시할 때 소수점 이하 마지막 두 자리에 해당합니다. 두 번째 숫자는 불순물 한도의 수정을 나타냅니다. 두 번째 숫자가 0이면 자연 불순물 한계가 있는 비합금 알루미늄을 나타내고 1~9는 개별 불순물 또는 합금 원소를 나타냅니다.

2XXX ~ 8XXX 그룹의 경우 마지막 두 자리는 그룹의 다른 알루미늄 합금을 식별합니다. 두 번째 숫자는 합금 수정을 나타냅니다. 두 번째 숫자 0은 원래 합금을 나타내고 정수 1~9는 연속적인 합금 수정을 나타냅니다.

알루미늄의 물리적 특성

알루미늄 밀도

알루미늄은 밀도가 강철이나 구리의 약 1/3이므로 상업적으로 이용 가능한 가장 가벼운 금속 중 하나입니다. 결과적으로 중량 대비 강도가 높기 때문에 특히 운송 산업에서 탑재량을 늘리거나 연료를 절약할 수 있는 중요한 구조 재료가 됩니다.

알루미늄의 강도

순수 알루미늄은 인장 강도가 높지 않습니다. 그러나 망간, 실리콘, 구리, 마그네슘과 같은 합금 원소를 추가하면 알루미늄의 강도 특성이 증가하고 특정 용도에 맞는 특성을 지닌 합금을 생산할 수 있습니다.

알류미늄추운 환경에 매우 적합합니다. 인성을 유지하면서 온도가 낮아짐에 따라 인장 강도가 증가한다는 점에서 강철에 비해 장점이 있습니다. 반면에 강철은 저온에서 부서지기 쉽습니다.

알루미늄의 내식성

공기에 노출되면 알루미늄 표면에 산화알루미늄 층이 거의 순간적으로 형성됩니다. 이 층은 부식에 대한 저항력이 뛰어납니다. 대부분의 산에는 상당히 저항력이 있지만 알칼리에는 덜 저항력이 있습니다.

알루미늄의 열전도율

알루미늄의 열전도율은 강철의 열전도율보다 약 3배 더 높습니다. 이로 인해 알루미늄은 열 교환기와 같은 냉각 및 가열 응용 분야 모두에 중요한 재료가 됩니다. 무독성이라는 점과 더불어 이 특성은 알루미늄이 조리기구와 주방용품에 광범위하게 사용된다는 것을 의미합니다.

알루미늄의 전기 전도도

알루미늄은 구리와 함께 전기 전도체로 사용할 수 있을 만큼 높은 전기 전도성을 가지고 있습니다. 일반적으로 사용되는 전도성 합금(1350)의 전도성은 단련된 구리의 약 62%에 불과하지만 무게는 1/3에 불과하므로 같은 무게의 구리에 비해 2배 더 많은 전기를 전도할 수 있습니다.

알루미늄의 반사율

UV에서 적외선에 이르기까지 알루미늄은 복사 에너지를 효과적으로 반사하는 물질입니다. 가시광선 반사율이 약 80%로 조명 기구에 널리 사용됩니다. 동일한 반사 특성으로 인해알류미늄여름에는 태양 광선으로부터 보호하고 겨울에는 열 손실을 차단하는 단열재로 이상적입니다.

표 2.알루미늄의 속성.

알루미늄의 기계적 성질

알루미늄은 파손 없이 심하게 변형될 수 있습니다. 이를 통해 압연, 압출, 드로잉, 기계 가공 및 기타 기계적 공정을 통해 알루미늄을 형성할 수 있습니다. 또한 높은 공차로 캐스팅할 수도 있습니다.

합금화, 냉간 가공 및 열처리는 모두 알루미늄의 특성을 조정하는 데 활용될 수 있습니다.

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

알루미늄 표준

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

표 4.알루미늄에 대한 EN 표준

EN 표준은 다음 영역에서 기존 표준인 BS1470과 다릅니다.

• 화학 성분 – 변경되지 않았습니다.
• 합금 번호 부여 시스템 – 변경되지 않았습니다.
• 열처리 가능한 합금에 대한 템퍼 명칭은 이제 더 넓은 범위의 특수 템퍼를 포괄합니다. 비표준 애플리케이션(예: T6151)의 경우 T 뒤에 최대 4자리 숫자가 도입되었습니다.
• 비열처리 합금에 대한 템퍼 지정 - 기존 템퍼는 변경되지 않지만 이제 템퍼는 생성 방법 측면에서 더욱 포괄적으로 정의됩니다. 연질(O) 템퍼는 현재 H111이고 중간 템퍼인 H112가 도입되었습니다. 합금 5251의 경우 템퍼는 이제 H32/H34/H36/H38(H22/H24 등과 동일)로 표시됩니다. 이제 H19/H22 및 H24가 별도로 표시됩니다.
• 기계적 특성 – 이전 수치와 유사하게 유지됩니다. 이제 테스트 인증서에 0.2% 증명 스트레스를 인용해야 합니다.
• 허용 오차가 다양한 수준으로 강화되었습니다.
  

  알루미늄 열처리

  알루미늄 합금에는 다양한 열처리가 적용될 수 있습니다.

  • 균질화 – 주조 후 가열하여 분리를 제거합니다.
  • 어닐링 – 냉간 가공 후에 가공 경화 합금(1XXX, 3XXX 및 5XXX)을 연화시키는 데 사용됩니다.
  • 석출 또는 시효 경화(합금 2XXX, 6XXX 및 7XXX).
  • 석출 경화 합금의 노화 전 용체화 열처리.
  • 코팅 경화용 스토브
  • 열처리 후에는 지정 번호에 접미사가 추가됩니다.
  • 접미사 F는 '조작된 대로'를 의미합니다.
  • O는 "단련된 가공 제품"을 의미합니다.
  • T는 "열처리"되었음을 의미합니다.
  • W는 재료가 용체화 열처리되었음을 의미합니다.
  • H는 "냉간 가공" 또는 "변형 경화"된 비열처리 합금을 나타냅니다.
  • 비열처리 합금은 3XXX, 4XXX 및 5XXX 그룹에 속합니다.