백동

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1. 개요
2. 명칭
3. 특징
4. 용도
5. 물리적/기계적 성질
6. 가공
7. 표준 규격
8. 역사
참조

1. 개요

백동(Cupronickel)은 구리와 니켈의 합금으로, 은과 유사한 흰색 광택을 띠며 다양한 명칭으로 불린다. 니켈 함량에 따라 은의 대체재로 화폐, 장식품, 해양 산업, 열전대, 극저온 장비 등 다양한 용도로 사용된다. 해수에서 우수한 내식성과 생물 부착 방지 특성을 보이며, 연성과 가공성이 뛰어나다. 역사적으로 중국, 그리스-박트리아 등에서 사용되었으며, 18세기 유럽에서 제조 기술이 개발되었다.

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백동
개요
다양한 백동 합금
종류	합금
조성	구리, 니켈
특성
색상	은백색
용도	동전 탄피 내식성 배관 열교환기

2. 명칭

백동(Cupronickel)이라는 명칭은 독일어 "Kupfernickel"에서 유래했으며, 이는 표면적으로 구리 광석과 유사한 니켈 비화물 광물을 가리키는 말이었다.^[2] "알파카(Alpaka)" 또는 "알파카(Alpacca)", "아르젠탄 미나르젠트(Argentan Minargent)", 프랑스어 용어 "뀌브르 블랑(cuivre blanc, 흰 구리)", "차이니즈 실버(Chinese silver)", 광둥어 용어 "팍통(Paktong, 白銅, 흰 구리)" 등으로도 불린다.^[2] 아연을 함유한 구리-니켈 합금은 양백(니켈 은)이라고 불리며, "저먼 실버(German silver)" 등으로도 불린다.^[2]

3. 특징

니켈 함량이 많은 백동은 은과 비슷한 흰색 광택을 띠므로, 은의 대용품으로 화폐 등에 사용된다. 일례로, 쇼와 30년대에 은화였던 100엔 동전은 은 가격 급등으로 인해 1967년부터 50엔 동전과 함께 백동으로 바뀌었다.

백동은 바닷물에 대한 내식성이 높아 해수 담수화 설비나 선박 관련 부품에 많이 사용된다. 또한, 전성이 뛰어나 소총의 탄피에 사용되는데, 황동제 탄피보다 훨씬 얇게 만들 수 있어 항공기 탑재 기총의 탄피로 사용되었으며, 현재는 권총의 탄피에도 사용되고 있다.

4. 용도

니켈 함량 비율에 따라 은과 비슷한 흰색 광택을 띠므로, 은의 대용품으로 화폐 등에 사용된다. 쇼와 30년대(1955년~1964년)에는 은화였던 100엔 동전이 1967년부터 50엔 동전과 함께 백동으로 바뀌었다. 일본의 100엔 동전, 50엔 동전, 초대 500엔 동전은 구리 75%와 니켈 25%의 백동이다(2대 500엔 동전과 3대(현행) 500엔 동전의 외연 부분은 니켈 황동제). 3대 500엔 동전의 중앙 부분에도 백동이 사용되고 있다.

세계적으로 은화가 일반 유통용으로 거의 사용되지 않는 현대 사회에서는 청동이 저액권 화폐에 사용되는 데 반해, 백동은 고액권 화폐에 많이 사용된다.

바닷물에 대한 내식성이 높아 해수 담수화 설비나 선박 관련 부품에 많이 사용된다.

전성이 뛰어나므로 소총의 탄피에 사용된다. 황동제에 비해 훨씬 얇게 만들 수 있기 때문에 항공기 탑재 기총의 탄피에 사용되었으며, 현재는 권총의 탄피에도 사용되고 있다.

일본어의 "백동"이라는 말은 니켈이 일본에서 사용되기 시작한 메이지 시대 이전에는, 구리와 주석의 합금(청동) 중 주석 함량이 많은 은백색의 것을 가리켰다. 고대의 동경은 그 원래 의미의 "백동"을 소재로 하는 것이 많았다.

4. 1. 해양 산업

구리-니켈 합금은 해수에 대한 내식성, 우수한 가공성, 그리고 생물 부착 저하 효과 때문에 해양 분야에 널리 사용된다.^[3] 구리 90%-니켈 10% 합금부터 구리 70%-니켈 30% 합금까지 다양한 조성의 합금이 해양 열교환기 또는 응축기 튜브에 일반적으로 사용된다.^[4]

백동이 사용되는 주요 해양 분야는 다음과 같다.

조선: 선박의 선체, 해수 냉각, 빌지 및 밸러스트, 위생, 소방, 불활성 가스, 유압 및 공압 냉각 시스템.^[5]^[6]
담수화 플랜트: 염수 가열기, 열 방출 및 회수, 증발기 튜브.^[7]
해양 유전 및 가스 플랫폼, 처리 시설, FPSO(부유식 생산 저장 하역 설비) 선박: 시스템 및 스플래시 존 시스.^[8]
발전: 원자력 및 화석 연료 발전소의 증기 터빈 응축기, 오일 쿨러, 보조 냉각 시스템 및 고압 예열기.^[9]
해수 시스템 구성 요소: 응축기 및 열교환기 튜브, 튜브 시트, 배관, 고압 시스템, 피팅, 펌프 및 워터 박스.^[10]^[11]

또한, 바닷물에 대한 내식성이 높아 해수 담수화 설비나 선박 관련 부품에도 많이 사용된다.

4. 2. 화폐

니켈황동은 내식성, 전기 전도성, 내구성, 연성, 낮은 알레르기 위험, 쉬운 압인, 항균성, 재활용성 등의 장점을 지녀 화폐 소재로 적합하다.^[12]

스위스는 1850년 은과 아연을 첨가한 니켈황동 기반의 "빌론" 주화(5, 10, 20 라펜)를 최초로 사용하였다.^[13] 벨기에는 1860/1861년부터 순수 니켈황동(구리 75%, 니켈 25%)으로 5, 10, 20 상팀을 발행했고,^[14]^[15] 독일은 1873/1874년부터 같은 비율로 5페니그와 10페니그를 발행했다(1915/1916년까지).^[16] 1879년 스위스는 5라펜과 10라펜 주화에도 벨기에, 미국, 독일에서 사용하던 저렴한 75:25 구리 대 니켈 비율을 채택하였다.^[17]^[18] 영국은 1947년부터 2012년까지 모든 "은화"를 니켈황동으로 만들었다. 1960년대/1970년대 은 가격 상승으로 다른 유럽 국가들도 은화를 니켈황동으로 대체했는데, 예를 들어 1968년부터 1/2부터 5스위스 프랑 주화^[19]와 1975-2001년 독일 5마르크 주화가 있다. 1999년부터는 유로 주화(1유로 주화 내부, 2유로 주화 외부)에도 사용된다.

미국 조폐국은 남북전쟁 중 은 매점매석의 영향으로 1865년부터 3센트짜리 주화에, 1866년부터는 5센트짜리 주화에 니켈황동을 처음 사용했다. 이전에는 두 종류의 주화 모두 은으로만 만들어졌다. 1971년부터 미국 50센트짜리(케네디 반달러)의 양면 클래딩, 1964년 이후 제조된 모든 25센트짜리(쿼터)와 10센트짜리(다임)에도 사용되고 있다. 현재 미국 제퍼슨 니켈(5센트),^[20] 스위스 프랑, 대한민국의 500원과 100원 주화는 고체 니켈황동(75:25 비율)으로 만들어진다.^[21]

일본의 100엔 동전, 50엔 동전, 초대 500엔 동전은 Cu75%-Ni25%의 백동이다(2대 500엔 동전과 3대(현행) 500엔 동전의 외연 부분은 니켈 황동제). 3대 500엔 동전의 중앙 부분에도 백동이 사용되고 있다.

니켈 함량 비율에 따라 은과 비슷한 흰색 광택을 띠므로, 쇼와 30년대에는 은화였던 100엔 동전이 1967년부터 50엔 동전과 함께 백동으로 바뀌었다.

세계적으로 은화가 거의 사용되지 않는 현대 사회에서, 청동이 저액권 화폐, 백동은 고액권 화폐에 많이 사용된다.

4. 3. 장식용품

양백(니켈 은) 구리-니켈 합금은 식기류 및 기타 장식용 가정용품에서 은을 대체하여 널리 사용된다. 니켈 은은 은도금의 기반으로도 사용되며, 이 경우 전기도금 니켈 은(EPNS)으로 알려져 있다.^[22]

4. 4. 기타 용도

백동은 열전대 접합부, 극저온 장비, 총알 피복재, 실린더 자물쇠, 악기 등에 사용된다.

열전대 접합부는 철-콘스탄탄, 구리-콘스탄탄 또는 니켈-크롬/니켈-알루미늄과 같은 한 쌍의 열전대 도체로 형성된다.^[23] 구리니켈은 극저온 응용 분야에 사용되는데, 매우 낮은 온도에서도 높은 연성과 열전도율을 유지하기 때문이다.^[24]^[25]^[26]

20세기 초부터 탄환 피복재로 사용되었으나, 곧 금박 금속으로 대체되었다. 백동은 은도금 식기류의 기본 소재, 기계 및 전기 장비, 의료 장비, 지퍼, 보석류, 바이올린 현과 기타 프렛 등에 일반적으로 사용된다. 펜더 뮤지컬 인스투르먼츠는 1970년대 텔레캐스터와 스타캐스터 기타의 "와이드 레인지 험버커" 픽업에 "CuNiFe" 자석을 사용했다. 고품질 실린더 자물쇠 및 잠금 시스템의 실린더 코어는 내마모성 구리니켈로 만들어진다.

구리니켈은 녹이 슬지 않아 강철 유압 브레이크 라인의 대안으로 사용되기도 했다. 또한 바닷물에 대한 내식성이 높아 해수 담수화 설비나 선박 관련 부품에 많이 사용된다.

전성이 뛰어나 소총의 탄피에도 사용된다. 황동제에 비해 훨씬 얇게 만들 수 있어 항공기 탑재 기총의 탄피에 사용되었으며, 현재는 권총의 탄피에도 사용된다.

1967년부터 쇼와 시대 은화였던 100엔 동전이 은 가격 급등으로 50엔 동전과 함께 백동으로 바뀌었다. 일본의 100엔 동전, 50엔 동전, 초대 500엔 동전은 Cu75%-Ni25%의 백동이다. 세계적으로 은화가 일반 유통용으로 거의 사용되지 않는 현대 사회에서는 청동이 저액권 화폐에 사용되는 데 반해, 백동은 고액권 화폐에 많이 사용된다.

일본어의 "백동"은 메이지 시대 이전에는 구리와 주석의 합금(청동) 중 주석 함량이 많은 은백색의 것을 가리켰다. 고대의 동경은 그 원래 의미의 "백동"을 소재로 하는 것이 많았다.

5. 물리적/기계적 성질

구리-니켈 합금은 내식성, 고유한 부착생물 방지 특성, 우수한 인장강도, 풀림 시 우수한 연성, 열전도율 및 열팽창 특성이 우수하다. 또한, 극저온 온도에서의 우수한 열전도율 및 연성과 항균 터치 표면 특성도 가지고 있다.^[28]

일부 Cu-Ni 합금의 특성^[29]^[30]
합금 UNS 번호	일반 명칭	유럽 규격	Ni^[31]	Fe^[31]	Mn^[31]	Cu	밀도 (g/cm³)	녹는점 (℃)	비열 (J/(kg·K))	열전도율 (W/(m·K))	열팽창계수 (μm/(m·K))	전기 저항률 (μOhm·cm)	탄성계수 (GPa)	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	선팽창 (10^-6/℃)	강성률 (GPa)
C70600	90–10	Cu₉₀Ni₁₀	9–11	1–1.8	1	잔량	8.9	1100-1145	377	40	17	19	135	105	275	17	50
C71500	70–30	Cu₇₀Ni₃₀	29–33	0.4–1.0	1	잔량	8.95	1170-1240	377	29	16	34	152	125	360	16	56
C71640	66–30–2–2	Cu₆₆Ni₃₀Fe₂Mn₂	29–32	1.7–2.3	1.5–2.5	잔량	8.86			25	15.5	50	156	170	435

6. 가공

백동은 연성이 좋아 다양한 형태의 제품^[32]과 부속품으로 쉽게 가공할 수 있다. 쿠프로니켈 관은 쉘 앤 튜브 열교환기 제조를 위해 관판으로 쉽게 확장될 수 있다.

일반 취급, 절단 및 기계 가공, 성형, 열처리, 용접 준비, 택 용접, 용접 소모품, 용접 공정, 도장, 용접부의 기계적 특성 및 관 및 파이프 굽힘을 포함한 제작 절차에 대한 자세한 내용은 해당 자료에서 확인할 수 있다.^[33]

전성이 뛰어나 소총의 탄피로 사용된다. 황동제에 비해 훨씬 얇게 만들 수 있기 때문에 항공기 탑재 기총의 탄피에 사용되었다. 현재는 권총의 탄피에도 사용되고 있다.

7. 표준 규격

ASTM(미국재료시험학회), EN 및 ISO 규격은 단조 및 주조 형태의 구리-니켈 주문에 적용된다.^[34]

8. 역사

구리니켈(cupronickel)은 독일어 "kupfernickel"에서 유래했는데, 원래는 니켈 비화물 광물 형태를 가리켰다. 1751년 악셀 프레드리크 크론스테트가 이 광물에서 니켈을 처음으로 분리했다.

''구리니켈'' 외에도 "알파카(Alpaka)", "아르젠탄 미나르젠트(Argentan Minargent)", "뀌브르 블랑(cuivre blanc)", "차이니즈 실버(Chinese silver)", "팍통(Paktong)" 등 여러 용어로 불렸다. 아연을 함유한 구리니켈 합금은 백동으로 불리며, 은과 비슷한 흰색 광택 때문에 은 대용품으로 화폐 등에 사용된다. 1967년부터 일본의 100엔 동전과 50엔 동전이 백동으로 바뀌었다.^[2]

은화가 거의 사용되지 않는 현대에는 백동이 고액권 화폐에 많이 사용된다. 일본의 100엔 동전, 50엔 동전, 초대 500엔 동전이 Cu75%-Ni25%의 백동이다.

백동은 바닷물에 대한 내식성이 높아 해수 담수화 설비나 선박 부품에 많이 사용된다. 전성이 뛰어나 소총 탄피에도 사용되며, 황동보다 얇게 만들 수 있어 항공기 기총 탄피, 현재는 권총 탄피에도 사용된다.

메이지 시대 이전 일본에서 "백동"은 구리와 주석 합금(청동) 중 주석 함량이 많은 은백색의 것을 가리켰으며, 고대 동경 소재로 사용되었다.

8. 1. 중국

기원전 3세기경부터 "백동(白銅)"으로 알려져 있었으며, 전국 시대 일부 무기는 구리-니켈 합금으로 제작되었다.^[35] 명나라 말기 및 청나라 문헌에는 파크통(백동)에 대한 정보가 거의 없지만, 1637년경의 《천공개물(Thien Kung Khai Wu)》에서 처음으로 명칭이 구체적으로 언급된다.^[36]

8. 2. 그리스-박트리아

기원전 185~180년경 유티데모스 2세의 니켈 함유 동전. 일반적인 은화보다 부식이 더 심한 것을 알 수 있다.

1868년 W. 플라이트는 기원전 180년에서 170년 사이의 그리스-박트리아 왕국 동전을 발견했는데, 이 동전은 니켈 함량이 20%였으며 앞면에는 유티데모스 2세의 흉상이 새겨져 있었다. 그의 동생인 판탈레온과 아가토클레스의 흉상이 새겨진 비슷한 합금의 동전들도 기원전 170년경에 주조되었다. 이 동전들의 성분은 나중에 전통적인 습식 방법과 X선 형광 분광법을 사용하여 검증되었다.^[36] 1873년 커닝엄은 "박트리아 니켈 이론"을 제안했는데, 이 이론은 이 동전들이 중국에서 그리스로 인도를 거쳐 육로 무역을 통해 유입된 결과일 것이라고 주장했다. 커닝엄의 이론은 W. W. 턴, 존 마셜, J. 뉴턴 프렌드와 같은 학자들의 지지를 받았지만, E. R. 캘리와 S. 밴 R. 캐먼의 비판을 받았다.^[36]

1973년 청과 슈비터는 새로운 분석에서 박트리아 합금(구리, 납, 철, 니켈, 코발트)이 중국 백동과 매우 유사하며, 알려진 9개의 아시아 니켈 매장지 중 중국에서만 동일한 화학적 조성을 제공할 수 있다고 제안했다.^[36] 캐먼은 청과 슈비터의 논문을 비판하며, 니켈 함유 동전의 감소가 실크로드 개통과 일치하지 않아야 한다고 주장했다. 캐먼에 따르면 박트리아 니켈 이론이 사실이라면 실크로드는 니켈 함유 동전의 공급을 증가시켰을 것이다. 그러나 그리스-박트리아 니켈 함유 동전의 종말은 유티데모스 왕조의 멸망과 같은 다른 요인들로 인한 것일 수 있다.^[36]

8. 3. 유럽

18세기 중반, 캠브리지의 리처드 왓슨 주교는 백동이 구리, 니켈, 아연 세 가지 금속의 합금임을 발견했다.^[36] 19세기 초, 독일에서 백동 합금 제조 기술이 개발되었다. 슈네베르크(Schneeberg) 지역의 E.A. 가이츠너 박사와 J.R. 폰 게르스도프는 "독일 은"(German silver)이라는 상품명으로 백동을 출시했다.^[37]

1829년부터 1833년까지 퍼시벌 노턴 존슨은 영국에서 백동을 정제하여 연간 16.5톤 이상을 생산했다. 이 합금은 주로 식기 제조에 사용되었다.^[37]

20세기 초, 해군 응축기용 구리-니켈 70-30 합금이 개발되었다. 이후 해수관 등에 90-10 합금이 널리 사용되기 시작했다.

참조

_[1] 논문 Production aspects of inhomogeneous hot deformation in as-cast CuNi25 alloy 2015-08
_[2] 서적 Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen Deutsches Kupfer-Institut 1980
_[3] 웹사이트 Marine Applications for Copper-Nickel Alloys http://www.copper.or[...]
_[4] 웹사이트 Copper alloy tubes for heat-exchanger http://www.shinkomet[...] Kobelco: Shinko Metal Products, Japan
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_[6] 웹사이트 Copper-Nickel Alloys in Shipbuilding and Repair http://www.copper.or[...]
_[7] 웹사이트 Copper-Nickel Alloys in Desalination Plants http://www.copper.or[...]
_[8] 웹사이트 Copper-Nickel Alloys in Offshore Oil and Gas Platforms and Processing http://www.copper.or[...]
_[9] 웹사이트 Copper-Nickel Alloys in Power Generation http://www.copper.or[...]
_[10] 웹사이트 Copper-Nickel Alloys in Seawater System Design http://www.copper.or[...]
_[11] 웹사이트 Copper-Nickel Alloys in Seawater System Components http://www.copper.or[...]
_[12] 웹사이트 Copper-Nickel in Coinage http://www.copper.or[...]
_[13] 웹사이트 5 Rappen (Coat of arms) https://en.numista.c[...]
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_[15] 웹사이트 20 Centimes - Léopold I https://en.numista.c[...]
_[16] 웹사이트 10 Pfennig Wilhelm I https://de.numista.c[...]
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_[18] 웹사이트 Report of the Director of the Mint Upon the Statistics of the Production of the Precious Metals in the United States https://books.google[...] 2024-02-08
_[19] 웹사이트 1 Franc (Helvetia) https://en.numista.c[...]
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