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

알루미늄 생산

알루미늄은 보크사이트 광물에서 추출됩니다. 보크사이트는 바이어 공정을 통해 산화알루미늄(알루미나)으로 전환됩니다. 이후 알루미나는 전해조와 홀-에루 공정을 통해 알루미늄 금속으로 전환됩니다.

알루미늄 연간 수요

전 세계 알루미늄 수요는 연간 약 2,900만 톤입니다. 이 중 약 2,200만 톤은 새 알루미늄이고 700만 톤은 재활용 알루미늄 스크랩입니다. 재활용 알루미늄의 사용은 경제적, 환경적으로 매우 중요합니다. 새 알루미늄 1톤을 생산하는 데는 14,000kWh의 전력이 필요합니다. 반대로 알루미늄 1톤을 재용해하여 재활용하는 데는 이 중 5%만 필요합니다. 신품 알루미늄 합금과 재활용 알루미늄 합금의 품질에는 차이가 없습니다.

알루미늄의 응용 분야

순수한알류미늄부드럽고 연성이 있으며 내식성이 뛰어나고 전기 전도성이 높습니다. 포일 및 도체 케이블에 널리 사용되지만, 다른 용도에 필요한 더 높은 강도를 제공하기 위해서는 다른 원소와의 합금화가 필수적입니다. 알루미늄은 가장 가벼운 엔지니어링 금속 중 하나로, 강철보다 강도 대 중량비가 우수합니다.

알루미늄은 강도, 경량성, 내식성, 재활용성, 성형성 등 다양한 장점을 결합하여 점점 더 다양한 분야에 활용되고 있습니다. 구조재부터 얇은 포장재까지 다양한 제품군을 갖추고 있습니다.

합금 명칭

알루미늄은 구리, 아연, 마그네슘, 실리콘, 망간, 리튬과 합금되는 경우가 가장 흔합니다. 크롬, 티타늄, 지르코늄, 납, 비스무트, 니켈을 소량 첨가하기도 하며, 철은 항상 소량 존재합니다.

300개가 넘는 단조 합금이 있으며, 그중 50개가 일반적으로 사용됩니다. 일반적으로 미국에서 유래되어 현재 전 세계적으로 통용되는 4자리 숫자 체계로 구분합니다. 표 1은 단조 합금의 분류 체계를 설명합니다. 주조 합금도 유사한 명칭을 사용하며 5자리 숫자를 사용합니다.

표 1.단조 알루미늄 합금의 명칭.

1XXX로 지정된 비합금 단조 알루미늄 합금의 경우, 마지막 두 자리는 금속의 순도를 나타냅니다. 이는 알루미늄 순도를 0.01%까지 표시할 때 소수점 이하 두 자리와 동일합니다. 두 번째 자리는 불순물 한계의 변화를 나타냅니다. 두 번째 자리가 0이면 자연 불순물 한계를 갖는 비합금 알루미늄을 나타내고, 1부터 9까지는 개별 불순물 또는 합금 원소를 나타냅니다.

2XXX부터 8XXX까지의 그룹에서 마지막 두 자리는 그룹 내 다양한 ​​알루미늄 합금을 나타냅니다. 두 번째 자리는 합금의 변형을 나타냅니다. 두 번째 자리 0은 원래 합금을 나타내고, 1부터 9까지의 정수는 연속적인 합금 변형을 나타냅니다.

알루미늄의 물리적 특성

알루미늄의 밀도

알루미늄은 강철이나 구리의 약 3분의 1 정도의 밀도를 가지고 있어 상업적으로 이용 가능한 가장 가벼운 금속 중 하나입니다. 그 결과, 높은 강도 대 중량비는 알루미늄을 중요한 구조재로 만들어 특히 운송 산업에서 적재량 증가나 연료 절감을 가능하게 합니다.

알루미늄의 강도

순수 알루미늄은 인장 강도가 높지 않습니다. 그러나 망간, 실리콘, 구리, 마그네슘과 같은 합금 원소를 첨가하면 알루미늄의 강도 특성을 향상시키고 특정 용도에 적합한 특성을 가진 합금을 생산할 수 있습니다.

알류미늄저온 환경에 적합합니다. 인성은 그대로 유지하면서 온도가 낮아질수록 인장 강도가 증가한다는 점에서 강철보다 유리합니다. 반면 강철은 저온에서 취성을 띱니다.

알루미늄의 내식성

공기에 노출되면 알루미늄 표면에 거의 즉시 산화알루미늄 층이 형성됩니다. 이 층은 내식성이 매우 우수합니다. 대부분의 산에는 상당히 강하지만 알칼리에는 상대적으로 약합니다.

알루미늄의 열전도도

알루미늄의 열전도율은 강철보다 약 3배 높습니다. 따라서 알루미늄은 열교환기와 같은 냉난방 응용 분야에서 중요한 소재입니다. 무독성이라는 특성 덕분에 알루미늄은 조리 도구와 주방용품에 널리 사용됩니다.

알루미늄의 전기 전도도

알루미늄은 구리와 마찬가지로 전기 전도도가 높아 전기 도체로 사용하기에 적합합니다. 일반적으로 사용되는 전도성 합금(1350)의 전도도는 열처리 구리의 약 62%에 불과하지만, 무게는 3분의 1에 불과하여 같은 무게의 구리에 비해 두 배 더 많은 전기를 전도할 수 있습니다.

알루미늄의 반사율

자외선에서 적외선까지, 알루미늄은 복사 에너지의 탁월한 반사체입니다. 가시광선 반사율이 약 80%에 달하여 조명 기구에 널리 사용됩니다. 이러한 반사율 특성은알류미늄여름에는 햇빛을 차단하는 단열재로 이상적이며, 겨울에는 열 손실을 차단하는 단열재로 이상적입니다.

표 2.알루미늄의 특성

알루미늄의 기계적 특성

알루미늄은 파손 없이 심하게 변형될 수 있습니다. 따라서 압연, 압출, 인발, 기계 가공 및 기타 기계적 공정을 통해 알루미늄을 성형할 수 있습니다. 또한 높은 공차로 주조할 수도 있습니다.

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

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

알루미늄 표준

기존 BS1470 표준은 9개의 EN 표준으로 대체되었습니다. EN 표준은 표 4에 제시되어 있습니다.

표 4.알루미늄에 대한 EN 표준

EN 표준은 다음 측면에서 기존 표준인 BS1470과 다릅니다.

• 화학적 구성 - 변화 없음.
• 합금 번호 체계 – 변경 없음.
• 열처리 합금의 템퍼링 명칭은 이제 더욱 광범위한 특수 템퍼링을 포함합니다. 비표준 용도(예: T6151)의 경우 T 뒤에 최대 네 자리까지 템퍼링이 추가되었습니다.
• 열처리 불가 합금의 템퍼 명칭 - 기존 템퍼는 변경되지 않지만, 템퍼는 이제 생성 방식에 따라 더욱 포괄적으로 정의됩니다. 연질(O) 템퍼는 이제 H111이며, 중간 템퍼인 H112가 도입되었습니다. 합금 5251의 템퍼는 이제 H32/H34/H36/H38(H22/H24 등과 동일)로 표시됩니다. H19/H22와 H24는 이제 별도로 표시됩니다.
• 기계적 특성은 이전 수치와 유사합니다. 이제 시험 인증서에는 0.2%의 보증 응력을 명시해야 합니다.
• 허용 범위는 다양한 정도로 강화되었습니다.
  

  알루미늄 열처리

  알루미늄 합금에는 다양한 열처리가 적용될 수 있습니다.

  • 균질화 – 주조 후 가열을 통해 분리 물질을 제거하는 것.
  • 어닐링 – 냉간 가공 후 가공 경화 합금(1XXX, 3XXX 및 5XXX)을 부드럽게 하는 데 사용됩니다.
  • 침전 경화 또는 시효 경화(합금 2XXX, 6XXX 및 7XXX).
  • 침전 경화 합금의 시효 전 용액 열처리.
  • 코팅 경화를 위한 스토빙
  • 열처리 후 명칭 번호에 접미사가 추가됩니다.
  • 접미사 F는 "제작된 대로"를 의미합니다.
  • O는 "소둔된 단조 제품"을 의미합니다.
  • T는 "열처리"되었다는 것을 의미합니다.
  • W는 재료가 용액 열처리되었다는 것을 의미합니다.
  • H는 "냉간 가공" 또는 "변형 경화"된 열처리가 불가능한 합금을 의미합니다.
  • 열처리가 불가능한 합금은 3XXX, 4XXX 및 5XXX 그룹에 속하는 합금입니다.