가스텅스텐아크용접기능사 알루미늄과 경금속 합금 — 라우탈·하이드로날륨과 납재

라우탈은 알루미늄에 구리와 규소를 함께 넣은 Al-Cu-Si계 주조 합금이다. 규소가 주조성을 좋게 하고 구리가 피삭성을 좋게 한다. 실루민은 구리 없이 규소만 넣은 Al-Si계, 알민은 Al-Mn계, 알크래드는 두랄루민 표면에 순수 알루미늄을 입힌 클래드재라 라우탈과 구분한다.

하이드로날륨은 알루미늄에 마그네슘을 넣은 Al-Mg계 합금이다. 다른 주물용 알루미늄 합금보다 내식성과 강도, 연신율이 우수하고 바닷물 같은 환경에 강해 선박용 부품에 쓰인다. 실루민은 Al-Si계 주물 합금, 두랄루민은 Al-Cu-Mg-Mn계 단조용 합금, Y합금은 Al-Cu-Ni-Mg계 내열 합금이라 성분과 용도가 각각 다르다.

납땜재는 주성분으로 이름이 붙는다. 황동은 구리와 아연의 합금이므로 구리와 아연을 주성분으로 한 납재는 황동납이고, 융점이 비교적 높아 철강이나 구리합금 같은 비철금속을 붙이는 경납땜에 쓰인다. 청동은 구리와 주석의 합금이라 황동과 구분한다. 인동납은 구리와 인, 은납은 은이 주성분인 고급 납재, 주석납은 주석과 납으로 낮은 온도에서 쓰는 연납이다.

은납은 은·구리·아연을 주성분으로 하는 경납이다. 인장강도와 전연성이 우수해 구리, 구리합금, 철강, 스테인리스강 등 폭넓은 모재의 납땜에 쓰인다. 양은납은 구리-아연-니켈계, 알루미늄납은 알루미늄 모재 전용, 내열납은 고온 환경용이라 성분과 용도가 다르다.

구리는 전기와 열을 잘 통하고 전연성이 좋아 가공이 쉬우며 철강보다 녹슬지 않아 내식성이 좋다. 다만 전기·열 전도율이 가장 높은 금속은 은이고 구리는 2위다. 전도율을 해롭게 하는 불순물로는 인, 티타늄, 철, 규소, 비소 등이 있어 조금만 섞여도 전도율이 크게 떨어진다. 상온에서 가공하기 쉽고 가공이 진행되면 가공경화로 강도가 올라간다.

Y합금은 알루미늄에 구리 4%, 니켈 2%, 마그네슘 1.5%를 넣은 내열 주물용 합금이다. 구리와 니켈 덕분에 고온에서도 강도가 잘 유지되어 피스톤이나 실린더 헤드 같은 내열 기관의 고온 부품에 쓰인다. 실루민은 규소가 들어가 주조성을 좋게 한 합금이고, 라우탈과 알민은 이 조성과 다르다.

내식성 알루미늄 합금은 힘이 걸린 상태에서 부식 환경에 놓이면 응력부식균열이 생길 위험이 있다. 크롬을 소량 첨가하면 표면에 얇고 단단한 보호 피막이 생겨 부식균열을 막는 효과가 있다. 구리와 철은 알루미늄의 내식성을 오히려 나쁘게 하는 원소이고 니켈도 이 목적의 대표 첨가 원소는 아니다.

청동과 황동은 들어간 원소로 구분한다. 황동은 구리와 아연, 청동의 좁은 뜻은 구리와 주석의 합금이다. 넓은 뜻의 청동은 황동을 제외한 구리 합금 전체를 가리키며, 청동은 바닷물 부식에 잘 견디고 마모에도 강해 밸브, 선박용 판, 동상 재료로 쓰인다. 구리와 아연의 합금을 청동이라고 하면 그것은 황동을 잘못 부른 것이다.

다이캐스팅은 녹인 금속을 금형에 높은 압력으로 밀어 넣어 부품을 만드는 주조법이다. 합금은 용탕이 금형 구석까지 잘 흐르는 유동성, 고온에서 갈라지지 않는 성질, 굳을 때 수축하는 만큼 액체가 보충되는 성질을 갖춰야 한다. 금형에 달라붙는 점착성은 적어야 제품이 잘 떨어지고 금형 수명도 길어지므로, 점착성이 좋아야 한다는 것은 요구 성질이 아니다.

두랄루민은 알루미늄에 구리를 약 4% 넣고 마그네슘과 망간을 더한 Al-Cu-Mg-Mn계 합금이다. 열처리 후 시간이 지나면서 서서히 강해지는 시효경화를 일으켜 항공기 재료로 쓰이는 고강도 알루미늄 합금의 대표다. 양은은 구리-니켈-아연 합금, 델타 메탈은 구리-아연계라 알루미늄 합금이 아니고, 실루민은 Al-Si 주조용 합금이라 시효경화성 고강도 대표와 다르다.