베릴륨구리
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1. 개요
베릴륨 구리는 연성이 좋고 용접 및 가공이 용이하며, 구리 기반 합금 중 가장 높은 강도를 가진 합금이다. 열처리를 통해 강도, 내구성, 전기 전도도를 향상시킬 수 있으며, 해수와 같은 가혹한 조건에서도 내식성을 나타낸다. 베릴륨 구리는 불꽃이 발생하지 않는 특성으로 인해 폭발 위험이 있는 환경의 공구로 사용되며, 스프링, 전기 커넥터, 타악기, 극저온 장비 등 다양한 분야에 활용된다. 베릴륨 화합물의 독성으로 인해 안전에 유의해야 하며, 대체재로 니켈 청동 등 다른 구리 합금이 사용되기도 한다. 베릴륨 구리 합금은 베릴륨 함량에 따라 고강도 또는 고전도성으로 구분되며, 시효 경화 과정을 통해 강도를 높인다.
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| 베릴륨구리 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 종류 | 고강도 합금 고전도성 합금 |
| 구성 성분 | 구리 (Cu) + 베릴륨 (Be) (0.5–3%) |
| 기타 첨가 원소 | 니켈 (Ni) 코발트 (Co) 철 (Fe) |
| 특성 | 강도, 경도, 내식성, 비자성, 내마모성, 우수한 전기 전도성 및 열 전도성 |
| 용도 | 스프링, 커넥터, 전기 접점, 비자성 도구, 용접 전극, 사출 성형 금형 |
| 상세 정보 | |
| 설명 | 베릴륨을 첨가한 구리 합금 |
| 특성 | 높은 강도 높은 탄성 한계 우수한 내마모성 내식성 비자성 |
| 가공성 | 냉간 가공 및 열간 가공 가능 |
| 열처리 | 석출 경화 (시효 경화)를 통해 강도 향상 가능 |
| 주요 응용 분야 | 높은 강도와 신뢰성이 요구되는 부품 |
| 형태 | 주조, 단조, 압출, 인발 등 다양한 형태로 생산 가능 |
| 안전 | |
| 주의사항 | 베릴륨 분진 흡입 시 건강에 해로울 수 있음 |
| 예방책 | 가공 시 적절한 환기 및 보호 장비 착용 |
2. 성질
베릴륨 구리는 연성이 좋고, 용접 및 가공이 용이한 합금이다. 순수 구리와 마찬가지로 비산화성 산(염산, 탄산 등)과 플라스틱 분해 생성물에 내성이 있으며, 마모 및 갤링(galling)에 강하다.[3] 열처리를 통해 강도, 내구성 및 전기전도도를 높일 수 있다.
베릴륨 구리는 스프링, 스프링 와이어, 로드셀 및 반복적인 응력과 변형에도 형태를 유지해야 하는 부품에 사용된다. 높은 전기 전도성으로 인해 배터리 및 전기 커넥터의 저전류 접점에도 사용된다.[14]
베릴륨 구리는 구리 기반 합금 중 가장 높은 강도(최대 1400 MPa)를 가진다.[3] 열전도율은 107W/m-K로 공구강보다 3~5배 높다. 고체 상태의 녹는점은 866°C, 액체 상태의 녹는점은 982°C이다. 고온에서 성형하기에 적합하다. C17200 베릴륨 구리 합금은 강철과 유사한 강도와 경도를 가지며, 최대 노화 상태의 로크웰 경도는 200 ksi 및 RC45 범위이다.
C17200은 해수와 같은 가혹한 조건이나 유정 환경에서 효과적인 내식성을 나타낸다. 황화물 또는 염화물 응력 부식균열을 견디고 이산화탄소 및 수소 취화의 영향에도 저항한다.
일반적으로 구리 합금은 불꽃이 발생하지 않는 것으로 간주되어 왔다. C17200은 수공구 및 기계 공구에서 사용할 수 있을 만큼 강도가 높다. 이러한 불꽃 발생 방지 특성은 석유 및 가스 산업, 화약 산업과 같이 폭발 위험이 있는 환경에 가장 적합하게 적용된다.[4]
베릴륨 구리는 연성이 있으며, 용접이나 기계 가공도 가능한 금속 재료이다. 또한, 비산화성 산(염산이나 탄산 등), 플라스틱 분해 물질, 내마모성 및 긁힘에도 강하다. 열처리를 하면 강도와 내구성, 전기전도도를 높일 수 있다. 베릴륨 구리는 구리를 기반으로 한 합금 중 최고의 강도(～1400MPa)를 가진다.[10]
베릴륨 화합물에는 독성이 있으므로, 베릴륨 구리 합금에 대해서도 안전상 주의해야 할 점이 있다. 고체나 최종 제품의 경우, 베릴륨 구리가 건강에 특별한 영향을 미치지는 않지만, 기계 가공이나 용접 과정에서 발생하는 베릴륨 구리의 먼지를 흡입하면 폐에 심각한 영향을 미칠 위험성이 있다.[11] 또한, 베릴륨 화합물은 IARC에 의해 발암성이 있다(Type1)고 권고되고 있다.[12] 그 결과, 니켈 청동(Cu-Ni-Sn계) 등, 더 위험성이 낮은 구리 합금이 베릴륨 구리의 대체재로 사용되기도 한다.[13]
3. 용도
또한 베릴륨 구리는 불꽃이 발생하지 않으면서 물리적으로 강하고 비자성체이기 때문에 폭발성 위험이 있는 환경에서 사용되는 공구 재료로도 쓰인다. 유전, 석탄 광산 및 곡물 저장고와 같이 ATEX 지침의 0, 1, 2구역 요건을 충족한다. 베릴륨 구리로 만든 드라이버, 플라이어, 렌치, 냉간 끌, 나이프 및 해머 등을 사용할 수 있다.
그 외에도 다음과 같은 다양한 용도로 사용된다.
4. 합금
베릴륨 구리 합금은 베릴륨 함량 및 첨가 원소에 따라 다양한 종류가 있으며, 각각 다른 특성을 가진다.
고강도 베릴륨 구리 합금은 베릴륨을 최대 2.7% (주조) 또는 코발트 약 0.3%와 함께 베릴륨 1.6~2% (단조) 함유하고 있다.[3] 강도는 시효 경화에 의해 달성된다. 이러한 합금의 열전도율은 강철과 알루미늄의 열전도율 사이에 있다. 주조 합금은 종종 사출 성형으로 만들어진다. 단조 합금은 UNS에서 C17200~C17400으로, 주조 합금은 C82000~C82800으로 지정된다. 경화 공정에는 어닐링된 금속을 급속 냉각하여 구리에 베릴륨의 고용체 용액을 생성한 다음, 적어도 1시간 동안 200~460 °C에서 유지하여 구리 매트릭스에 준안정 베릴라이드 결정을 석출시키는 과정이 필요하다. 평형 상을 넘어 과시효되면 베릴라이드 결정이 고갈되어 강도가 감소한다. 주조 합금의 베릴라이드는 단조 합금의 베릴라이드와 유사하다.
고전도성 베릴륨 구리 합금은 니켈과 코발트를 일부 함유하고 베릴륨을 최대 0.7% 함유하고 있다.[9] 이러한 합금의 열전도율은 알루미늄보다 높고 순수 구리보다 약간 낮다. 이들은 종종 전기 접점으로 사용된다.
C17510 및 C17500 베릴륨 구리 합금은 시효 경화가 가능하며 우수한 전기 전도성, 물리적 특성 및 내마모성을 제공한다. 고온에서의 전기 전도 또는 특성 유지가 중요한 용수철 및 와이어에 사용된다.
템퍼링된 베릴륨 구리는 시효 경화 및 냉간 가공된 C17200 및 C17300이다. 가벼운 응력 완화를 제외하고는 추가적인 열처리가 필요하지 않다. 충분히 연성이 있어 직경으로 감을 수 있으며 용수철과 대부분의 모양으로 성형할 수 있다. 템퍼링된 와이어는 베릴륨 구리의 특성이 필요하지만 완성된 부품의 시효 경화가 실용적이지 않은 경우에 가장 유용하다.
C17200은 해수와 같은 가혹한 조건이나 유정 환경에서 효과적인 내식성을 나타낸다. 황화물 또는 염화물 응력 부식균열을 견디고 이산화탄소 및 수소 취화의 영향에도 저항한다.
참조
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Beryllium Copper
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[2]
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2023-01-20
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서적
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[7]
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[8]
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[9]
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Summary of Data Reported and Evaluation Volume 58
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국제암연구기관
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Suppliers — General Information — Supplier Environmental Compliance — BMS7-373 Copper Nickel Tin Alloy Rod
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Boeing
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ATEX Directive Zones 0, 1, 2
http://www.csunitec.[...]
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Nucnews.net
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Mmsonline.com
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