알루미늄 청동
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1. 개요
알루미늄 청동은 구리를 주성분으로 알루미늄, 철, 니켈, 망간 등을 포함하는 합금으로, 합금 성분 비율에 따라 특성이 달라진다. 다른 청동 합금에 비해 높은 강도와 내식성을 가지며, 특히 해양 환경에서 부식에 강하여 프로펠러, 펌프, 밸브 등 해양 하드웨어 및 조선 부품에 널리 사용된다. 또한, 금속 불활성 가스 용접이 가능하며, 치과용 크라운 주조에도 사용된다. 알루미늄 청동은 화폐에도 사용되는데, 이탈리아, 호주, 뉴질랜드, 멕시코, 필리핀, 캐나다 등 여러 국가에서 주화 재료로 사용되었으며, 일본에서도 과거 10전 및 5전 동전에 사용된 바 있다.
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| 알루미늄 청동 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 합금 |
| 조성 원소 | 구리, 알루미늄 |
| 상세 정보 | |
| 특징 | 내식성, 강도, 내마모성이 우수함 |
| 용도 | 해수 펌프 밸브 배관 선박 프로펠러 베어링 내산 펌프 화학 설비 항공기 부품 스프링 용접 전극 다이캐스팅 단조 압연 |
| 조성 | |
| 알루미늄 함량 | 5~12% |
| 기타 원소 | 철 니켈 망간 규소 |
| 종류 (일본 공업 규격) | |
| 알루미늄 청동 주물 1종 | CAC701 |
| 알루미늄 청동 주물 2종 | CAC702 |
| 알루미늄 청동 주물 3종 | CAC703 |
| 알루미늄 청동 주물 4종 | CAC704 |
| 알루미늄 청동 단조품 | C6301 |
| 주의사항 | |
| 베릴륨 청동 | 알루미늄 청동과는 다름 |
2. 성분
알루미늄 청동은 구리를 주성분으로, 알루미늄, 철, 니켈, 망간 등의 원소를 포함한다. 각 원소의 함량에 따라 합금의 특성이 달라진다.
다음 표는 ISO 428에 따른 표준 알루미늄 청동 단조 합금의 조성을 나타낸다. (구리는 나머지를 차지하므로 표기하지 않음)[11]
| 합금 | 알루미늄 | 철 | 니켈 | 망간 | 아연 | 비소 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| CuAl5 | 4.0–6.5% | 0.5% 이하 | 0.8% 이하 | 0.5% 이하 | 0.5% 이하 | 0.4% 이하 |
| CuAl8 | 7.0–9.0% | 0.5% 이하 | 0.8% 이하 | 0.5% 이하 | 0.5% 이하 | |
| CuAl8Fe3 | 6.5–8.5% | 1.5–3.5% | 1.0% 이하 | 0.8% 이하 | 0.5% 이하 | |
| CuAl9Mn2 | 8.0–10.0% | 1.5% 이하 | 0.8% 이하 | 1.5–3.0% | 0.5% 이하 | |
| CuAl10Fe3 | 8.5–11.0% | 2.0–4.0% | 1.0% 이하 | 2.0% 이하 | 0.5% 이하 | |
| CuAl10Fe5Ni5 | 8.5–11.5% | 2.0–6.0% | 4.0–6.0% | 2.0% 이하 | 0.5% 이하 |
알루미늄 청동은 다른 청동 합금에 비해 높은 강도와 내식성을 지녀 높이 평가받고 있다.[1] 변색에 강하며, 대기 조건에서 낮은 부식률, 고온에서 낮은 산화율, 황 화합물 및 기타 연소 배기가스와의 낮은 반응성을 보인다. 바닷물에서도 부식에 강하다.[1] 인장강도와 경도가 일반 청동보다 크고 가볍다.
3. 특성
3. 1. 내식성
알루미늄 청동이 다른 청동 합금에 비해 뛰어난 내식성을 가지는 이유는 합금 내의 알루미늄 성분 때문이다. 알루미늄은 대기 중의 산소와 반응하여 얇고 단단한 알루미나(산화 알루미늄, Al₂O₃) 보호 피막을 형성한다. 이 피막은 구리 합금의 부식을 막는 장벽 역할을 한다.[1] 주석을 첨가하면 내식성을 더욱 향상시킬 수 있다.[1]
3. 2. 생물 정지 효과
알루미늄 청동의 주목할 만한 특성은 생물 정지 효과이다. 합금의 구리 성분은 조류, 지의류, 따개비, 홍합 등 해양 생물의 부착을 방지하므로, 해당 부착이 바람직하지 않은 용도에서는 스테인리스강이나 기타 구리 성분이 없는 합금보다 선호될 수 있다.[1]
3. 3. 기타 특성
알루미늄 청동은 황금색을 띤다.[1] 구리 80~90%에 알루미늄, 철, 니켈, 망간을 첨가한 것으로, 광택이 있는 황금색을 띠고 있다. 외관은 황동과 비슷하지만, 황동은 납땜이 용이한 반면 알루미늄 청동은 납땜이 불가능하다는 큰 차이가 있다.[11] 알루미늄 청동은 생물 정지 효과를 가지고 있어, 조류, 지의류, 따개비, 홍합 등 해양 생물의 부착을 방지한다. 따라서 해양 생물의 부착이 바람직하지 않은 용도에서는 스테인리스강이나 기타 구리를 포함하지 않는 합금보다 알루미늄 청동이 더 선호될 수 있다.
4. 용도
알루미늄 청동은 뛰어난 내식성과 기계적 성질을 바탕으로 다양한 산업 분야에서 활용된다.
평베어링, 항공기의 착륙장치 부품, 기타 줄, 밸브 부품, 엔진 부품(특히 해상 선박), 조선 공학의 수중 고정 장치 및 선박 프로펠러 등에 사용된다.[2] 또한, 1, 2, 21 및 22 구역에 대한 ATEX 지침을 충족하며, 금과 유사한 색상으로 인해 보석류에도 사용된다.
일반 해수 관련 서비스, 상수도, 석유 및 석유화학 산업, 특수 내식성 응용 분야, 특정 구조물 개조 건축 응용 분야 등에서 널리 사용된다. 알루미늄 청동은 알루미늄 청동 코어와 순수 아르곤 가스를 사용한 MIG 용접 기술을 사용하여 용접할 수 있다.
치과용 크라운 주조에 금을 대체하여 사용되기도 한다.
과거 화폐 재료로도 사용되었으며, 일제강점기 이전 일본에서는 긴급 보조 화폐로 발행된 10전·5전 알루미늄 청동화가 유통되었다.
JIS에서는 구리 합금으로 취급되며, 재료 기호는 머리글자가 C로 시작하는 4자리 기호로 표시된다.
| 재료 기호 | 설명 |
|---|---|
| C6140 | 구리의 비율이 가장 높다. |
| C6161 | 강도는 그다지 높지 않지만, 내열성이 뛰어나고, 부식성 환경에서도 사용된다. |
| C6191 | 내마모성, 내식성이 뛰어나다. |
| C6241 | C6191보다 더 높은 강도를 가지고 있으며, 내마모성이 뛰어나다. |
| C6280 | 내해수성, 내마모성이 뛰어나다. 선박 부품 등에 사용된다. |
| C6301 | 내식성, 강도가 뛰어나다. |
4. 1. 일반적인 용도
알루미늄 청동은 내식성이 우수하여 다른 공학 재료보다 선호되는 분야에 가장 많이 사용된다. 주요 용도는 다음과 같다.알루미늄 청동은 주로 다음과 같은 산업 및 분야에서 수요가 높다.
알루미늄 청동은 알루미늄 청동 코어와 순수 아르곤 가스를 사용한 MIG 용접 기술로 용접할 수 있다.
또한, 금을 대체하여 치과용 크라운 주조에 사용되는데, 사용되는 합금은 화학적으로 불활성이며 금과 유사한 외관을 가진다.
해수의 영향에도 강한 내식성을 가지므로, 프로펠러, 펌프, 밸브와 같은 해양 하드웨어나 조선 부품, 선체 피팅에도 사용된다.[6][7][8] 특히, 비자성 특성으로 인해 소나 장비와 같은 해군 함정에도 사용된다.[9]
화학 공업, 선박, 기계 부품 등에도 사용되며, 금 대용품으로 장신구에 사용되거나 4행정 엔진의 밸브 가이드에도 자주 사용된다.
4. 2. 해양 분야
알루미늄 청동은 해수에서 뛰어난 내식성을 가지기 때문에 해양 관련 분야에 널리 사용된다.[6][7] 프로펠러, 펌프, 밸브와 같은 해양 하드웨어뿐만 아니라 조선 부품과 선체 피팅에도 사용된다.[8] 비자성 특성으로 인해, 특히 소나 장비에서 해군 함정에도 사용된다.[9]4. 3. 화폐
알루미늄 청동은 아름다운 황금색과 내마모성 덕분에 화폐 제조에도 사용된다.[2] 1939년 이탈리아는 5센테시미와 10센테시미 주화에 브론지탈(이탈리아어로 "이탈리아 청동")이라는 알루미늄 청동 합금을 처음 사용했다. 이 합금은 1967년 구리 92%, 알루미늄 6%, 니켈 2%로 최종 결정되었고,[5] 2001년까지 20, 200, 500 이탈리아 리라 동전에 사용되었다.브론지탈은 호주와 뉴질랜드 1달러와 2달러 동전, 2009년 이전의 멕시코 20센타보와 50센타보 동전, 이중 금속 멕시코 1, 2, 5페소 동전의 내부 코어, 2017년 이전의 필리핀 10페소 동전, 캐나다 2달러 동전(일명 '투니'), 멕시코 10, 20, 50, 100페소 동전의 바깥 고리에 사용되었다.
노르딕 골드는 구리 89%, 알루미늄 5%, 아연 5%, 주석 1%로 구성된 주화용 알루미늄 청동 합금이다. 1991년 스웨덴 10크로나 동전에 처음 사용되었고, 2002년 노르딕 골드 10, 20, 50센트 유로 동전 도입 후 널리 사용되었다.
일제강점기 이전 일본에서는 긴급 보조 화폐로 발행된 10전·5전 알루미늄 청동화가 유통되었다.
4. 4. 기타
알루미늄 청동은 금과 유사한 색상을 띠어 보석류에 사용되기도 한다.[2] 치과용 크라운 주조에 금을 대체하여 사용되기도 하는데, 사용되는 합금은 화학적으로 불활성이며 금과 같은 외관을 가지고 있다.이탈리아에서는 1939년 5센테시미와 10센테시미 주화에 브론지탈(이탈리아어로 "이탈리아 청동"이라는 뜻)이라는 알루미늄 청동 합금을 사용하기 시작했다. 이 합금은 1967년 구리 92%, 알루미늄 6%, 니켈 2%로 최종 결정되었고,[5] 2001년까지 20, 200, 500 이탈리아 리라 동전에 사용되었다. 브론지탈은 호주와 뉴질랜드 1달러와 2달러 동전, 2009년 이전의 멕시코 20센타보와 50센타보 동전, 이중 금속 멕시코 1, 2, 5페소 동전의 내부 코어, 2017년 이전의 필리핀 10페소 동전, 캐나다 2달러 동전(일명 '투니'), 그리고 멕시코 10, 20, 50, 100페소 동전의 바깥 고리에 사용되었다.
노르딕 골드는 구리 89%, 알루미늄 5%, 아연 5%, 주석 1%로 구성된 주화용 알루미늄 청동 합금이다. 1991년 스웨덴 10크로나 동전에 처음 사용되었고, 2002년 노르딕 골드 10, 20, 50센트 유로 동전이 도입된 후 널리 사용되었다.
알루미늄 청동은 부식과 마모에 강하기 때문에 선박의 프로펠러로 사용되거나, 색깔이 비슷하다는 이유로 금의 대용품으로 장신구 등에 사용되기도 한다. 4행정 엔진의 밸브 가이드에도 자주 사용된다.
화폐의 재료로 사용된 적도 있으며, 전전(戰前) 일본에서는 긴급 보조 화폐로 발행된 10전·5전의 알루미늄 청동화가 유통되었다.
JIS에서는 구리 합금으로 취급되며, 재료 기호는 머리글자가 C로 시작하는 4자리 기호로 표시된다.
| 재료 기호 | 설명 |
|---|---|
| C6140 | 구리의 비율이 가장 높다. |
| C6161 | 강도는 그다지 높지 않지만, 내열성이 뛰어나고, 부식성 환경에서도 사용된다. |
| C6191 | 내마모성, 내식성이 뛰어나다. |
| C6241 | C6191보다 더 높은 강도를 가지고 있으며, 내마모성이 뛰어나다. |
| C6280 | 내해수성, 내마모성이 뛰어나다. 선박 부품 등에 사용된다. |
| C6301 | 내식성, 강도가 뛰어나다. |
5. 용접
알루미늄 청동은 알루미늄 청동 코어와 순수 아르곤 가스를 사용한 MIG 용접 기술을 사용하여 용접할 수 있다.
참조
[1]
웹사이트
Emerald | Anti-Corrosion Methods and Materials | Effect of tin addition on the corrosion resistance of aluminium bronze
https://web.archive.[...]
2011-01-11
[2]
뉴스
Typical Alloys Used - Accurate Specialties Inc.
https://www.accurate[...]
2018-08-28
[3]
웹사이트
Doehler-Jarvis Company Collection, MSS-202
https://www.utoledo.[...]
[4]
서적
Woldman’s Engineering Alloys
American Society for Metals
[5]
웹사이트
20 Lire, Italy
https://en.numista.c[...]
[6]
웹사이트
How Bronze is Used Today
https://www.samateri[...]
2024-04-12
[7]
웹사이트
Bronze: Characteristics, Uses And Problems
https://www.gsa.gov/[...]
2016-05-08
[8]
논문
Anti-Corrosion Effects of Aluminum Bronze Film Coatings and Cathodic Disbondment Resistance of Coating Films
[9]
논문
Advanced piezoelectric single crystal based transducers for naval sonar applications
[10]
서적
精選版 日本国語大辞典 第一巻
小学館
[11]
간행물
やさしいハンダ付け
機芸出版社
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