개념 한 쪽
신에너지 재료 관련 문제는 합금의 조성에 따른 특성, 특수 제조법이 만드는 구조, 그리고 강화상(입자·섬유)에 따른 복합재 분류를 자주 묻는다. 핵심은 합금 이름과 주요 성분·용도, 기체 급랭이 만드는 비정질 구조, 금속 기지에 비금속 입자가 분산된 서멧 개념을 구분하는 것이다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「신에너지 재료」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 합금 성분과 물성 매칭 | 1 | 주어진 조성으로 항탄성 합금 여부를 판정하기 |
| 상수 탄성 합금 특징 판단 | 1 | 엘린바의 주요 성질과 용도를 확인하기 |
| 복합재 유형 식별 | 1 | 금속 기지에 비금속 입자 분산 시 서멧으로 분류하기 |
어떤 합금은 특정 조성에서 온도 변화에 따른 물성 변화를 거의 보이지 않는다. Ni 36%, Cr 약 12% 및 나머지 Fe 조성은 탄성률이 온도에 따라 거의 변하지 않는 특성을 가지며, 이러한 합금은 엘린바(Elinvar)로 불리며 정밀 시계나 지진계 부품에 사용된다고 설명된다. 엘린바는 이름에서 연상할 수 있듯이 탄성(Elasticity)이 불변(Invariable)인 합금이라는 점이 핵심이다.
기체 급랭법은 금속을 기체 상태로 만든 뒤 매우 빠르게 냉각하여 원자들이 규칙적으로 배열될 시간이 부족해지게 하는 제조법이다. 이로 인해 결정구조가 없는 비정질 상태가 형성되고, 진공 종착법이나 스퍼터링법이 대표적인 예로 제시된다. 따라서 '기체 급랭 → 비정질 합금'의 연결을 기억해야 한다.
금속복합재료는 기지와 강화상의 형태로 분류한다. 금속 기지 내에 1~5μm 정도의 비금속 입자가 분산되어 있는 입자강화 복합재료의 대표는 서멧(Sintered Metal)으로 설명된다. 서멧은 소결된 금속 분말로 만들며 내마모성이 좋아 베어링 등에 쓰인다고 기술된다. 기지 종류와 강화상(입자 또는 섬유)의 형태를 보고 복합재의 유형을 판단하는 것이 요구된다.
일부 고기능 합금은 진동 에너지를 흡수하여 열로 소산하는 제진 합금의 범주에 속한다고 설명된다. 제진 기구는 마텐자이트 변태가 아니라 결정 격자 내의 결함 이동·경계면 마찰 등 내부 마찰 현상에 의한 것이라고 정리된다. 이 점을 형상 기억 합금이나 다른 기구와 혼동하지 않아야 한다.
금속에 대한 기초 상식으로서 수은(Hg)은 상온에서 액체 상태인 금속이라는 예외가 언급된다. 또한 금의 순도 표시는 캐럿(K)으로 하며 24분율 기준이므로 18K는 18/24=75%임을 계산으로 바로 구할 수 있다고 제시된다. 금속가공 용어로는 열간가공을 끝맺는 온도를 피니싱 온도(Finishing Temperature)라 한다고 정의된다.
대표 계산 예: 금의 순도 표시 문제에서 18K의 순도를 구한다. 캐럿은 24분율 기준이므로 18K = 18 ÷ 24 = 0.75 = 75%로 계산한다. 이 계산은 분수의 기본 원리를 적용하면 해결된다.
대표 판별 예: 성분으로 Ni 36%, Cr 12%, 나머지 Fe가 주어지고 '온도 변화에 따른 탄성률 변화가 거의 없다'는 설명이 나오면 엘린바를 고른다. 핵심 키워드는 '상수 탄성' 또는 '탄성률 불변'이다.
재료의 소성이 니켈 36%, 크롬 12%, 나머지는 철(Fe)로서 온도가 변해도 탄성률이 거의 변하지 않는 것은?
정답 ② · 문제에서 제시된 니켈 36%, 크롬 12%, 나머지 철(Fe)로 구성된 합금은 엘린 바(Elinvar)의 성분 조성입니다. 엘린 바는 온도 변화에 따라 탄성 계수(탄성률)가 거의 변하지 않는 특성(항탄성)을 지니고 있어 정밀 기계의 유럇턱, 시계 턱 등에 사용됩니다.
니켈 36%, 크롬 12%, 나머지가 철인 항탄성 합금은 엘린 바이며 온도 변화에 따른 탄성률 변화가 거의 없다.
36%Ni, 약 12%Cr 이 함유된 Fe 합금으로 온도의 변화에 따른 탄성률 변화가 거의 없으며 지진계의 부품, 고급 시계 재료로 사용되는 합금은?
정답 ③ · 엘린바(elinvar)는 36%Ni, 약 12%Cr이 함유된 Fe 합금으로, 온도 변화에 따른 탄성률의 변화가 거의 없는 상수 탄성 합금입니다. 이러한 특성 덕분에 지진계 부품이나 고급 시계의 헤어스프링과 같이 정밀한 탄성이 요구되는 부품 재료로 사용됩니다.
온도 변화에 따른 탄성률 변화가 거의 없는 상수 탄성 합금은 엘린바(Elinvar)이다.
1~5μm 정도의 비금속 입자가 금속이나 합금의 기지 중에 분산되어 있는 입자강화 금속복합재료에 속하는 것은?
정답 ① · 문항은 금속 기지에 1~5μm 크기의 비금속 입자가 분산된 입자강화 복합재료의 명칭을 묻고 있다. 금속 기지 내에 미립자가 분산된 소결형 입자강화 복합재료는 서멧(또는 금속기지 복합재)로 분류된다.
금속 기지 내에 비금속 입자가 분산된 입자강화 복합재료는 서멧(Sintered Metal)이다.
제선기능사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.