컨텐츠 메뉴
● 소개
>> 구리 (CU)
>> 마그네슘 (Mg)
>> 망간 (MN)
>> 실리콘 (SI)
>> 아연 (Zn)
>> 다른 합금 요소
● 결론
● FAQ
>> 1. 알루미늄 합금에 가장 중요한 원료는 무엇입니까?
>> 2. 합금 원소는 알루미늄 합금 특성에 어떤 영향을 미칩니 까?
>> 3. 왜 순수한 알루미늄이 구조적 응용에 거의 사용되지 않습니까?
>> 4. 재활용 알루미늄은 1 차 알루미늄 합금만큼 강합니까?
>> 5. 해양 환경에 가장 적합한 알루미늄 합금은 무엇입니까?
알루미늄 합금은 현대 공학에 혁명을 일으켰으며, 비교할 수없는 다양성, 가벼움 및 강도를 제공합니다. 그러나 그들의 놀라운 특성의 비결은 원료의 신중한 선택과 조합에 있습니다. 이 포괄적 인 가이드는 알루미늄 합금을위한 최고의 화학 원료 , 특정 요소가 합금의 특성, 성능 및 광범위한 응용을 형성하는 방법을 밝힙니다.
알루미늄 합금은 항공 우주, 자동차, 건축, 소비자 전자 제품 및 수많은 다른 산업의 혁신의 중심에있는 재료입니다. 각 합금의 성능은 화학적 조성, 즉 알루미늄의 선택과 순도와 합금 요소로 첨가 된 다양한 금속 및 비금속에 밀접하게 의존합니다.
알루미늄 합금을위한 최고의 화학 원료를 이해하는 것은 강도, 가벼움, 부식성, 가공성 또는 용접 성과 같은 특성을 사용자 정의하려는 엔지니어, 제조업체 및 연구원에게 중요합니다. 이 기사는 알루미늄 합금의 필수 빌딩 블록을 탐구하여 각 요소가 완성 된 재료의 특성 및 응용에 기여하는 미묘한 방법을 밝혀냅니다.
알루미늄 합금은 알루미늄이 주요 성분 인 금속 물질이며, 다양한 다른 요소와 혼합되어 기계적 및 물리적 특성을 향상시킵니다. 순수한 알루미늄은 일반적으로 부드럽고 연성이지만 구리, 마그네슘, 망간, 실리콘 및 아연과 같은 합금 요소의 첨가는 성능을 극적으로 변형시킵니다.
| 합금 유형 | 전형적인 합금 요소 | 주요 특성 |
|---|---|---|
| 1xxx | 없음 | 고순도, 연성, 전도도 |
| 2xxx | 구리 | 고강도, 더 강하고, 부식 저항이 낮습니다 |
| 3xxx | 망간 | 좋은 형성성, 저항, 중간 강도 |
| 4xxx | 규소 | 더 낮은 융점, 주파수 향상 |
| 5xxx | 마그네슘 | 탁월한 부식 저항, 용접 성 |
| 6xxx | 마그네슘, 실리콘 | 좋은 형성성, 강도, 용접성 |
| 7xxx | 아연, 마그네슘, 구리 | 초고 강도, 항공 우주 응용 |
이 여행은 호주, 기니, 브라질 및 자메이카와 같은 열대 및 아열대 지역에서 주로 발견되는 점토와 같은 미네랄 인 보크 사이트로 시작됩니다. 보크 사이트는 알루미늄 금속을 생산하기 위해 채굴 된 주요 광석입니다. 이는 산화철, 실리카 및 기타 미네랄과 혼합 된 고농도의 산화 알루미늄 (ALAO₃)을 함유합니다. 보크 사이트 퇴적물은 일반적으로 지구의 표면에 가깝게 놓여있어 추출하는 것이 비교적 경제적입니다.
보크 사이트는 종종 아래 그림과 같이 벽돌 빨강에서 회색 또는 파란색까지 불순물에 따라 다양한 색상으로 나타납니다.
보크 사이트의 품질과 구성은 알루미나의 수율뿐만 아니라 알루미늄 생산의 효율성과 비용 효율성에도 영향을 미칩니다.
Bayer 공정을 사용하여 보크 사이트에서 생산 된 Alumina (Allool)는 미세한 백색 분말이며 전기 분해를 통한 알루미늄 금속 생산을위한 즉각적인 전구체입니다.
바이어 프로세스에는 다음이 포함됩니다.
- 보크 사이트를 분쇄하고 갈아냅니다
- 고온 및 압력에서 가성 소다 용액과 혼합하여 알루미나를 용해시켜 나트륨 알루미 네이트를 형성합니다.
- 불순물을 제거하기위한 필터링 (빨간 진흙)
- alumina trihydrate 결정을 침전시키고 고온에서 소환하여 순수한 알루미나를 얻는다
Alumina의 순도는 불순물이 최종 알루미늄 제품의 품질 및 물리적 특성에 크게 영향을 미치므로 필수적입니다.
구리는 많은 알루미늄 합금, 특히 2xxx 및 7xxx 시리즈의 주요 합금 요소입니다. 첨가물은 주로 강수 경화를 촉진하는 열처리 공정을 통해 합금 강도와 경도를 크게 향상시킵니다.
- 강도 : 구리는 인장 강도, 피로 저항성 및 경도를 증가시킵니다.
- 한계 : 구리는 다른 요소와 균형을 맞추지 않으면 부식 저항과 용접 성을 줄입니다.
- 응용 프로그램 : 항공 우주 구성 요소 (항공기 구조), 군용 하드웨어 및 우수한 기계적 강도가 필요한 자동차 응용 프로그램.
마그네슘은 5xxx 및 6xxx 시리즈 알루미늄 합금의 주요 합금 요소입니다.
- 강화 : 특히 실리콘과 결합 할 때 중등도에서 고강도를 제공합니다.
- 부식 저항 : 마그네슘은 특히 해양 및 고 부식성 환경에서 부식 저항을 크게 향상시킵니다.
- 용접 성 : 탁월한 용접 성으로 구조적 응용에 이상적입니다.
- 응용 프로그램 : 해양 선박, 자동차 패널, 압력 용기 및 파이프 라인.
망간은 3xxx 시리즈 합금에서 일반적으로 0.3%와 1.5% 사이의 양으로 사용됩니다. 그것은 다음과 같이 행동한다 :
- 가공 중에 부식성을 개선하고 곡물 성장을 방지합니다.
- 적당한 강도를 추가하고 강인함을 높이십시오.
- 마모와 마모에 대한 저항을 증가시킵니다.
- 응용 프로그램에는 지붕 시트, 사이딩 및 음료 캔이 포함됩니다.
실리콘은 캐스트 알루미늄 합금 및 일부 단쇄 합금에 널리 사용됩니다.
- 주조 이점 : 실리콘은 녹는 온도를 낮추어 주파수와 유동성을 향상시킵니다.
- 내마모성 : 마찰과 마모에 대한 경도와 저항을 향상시킵니다.
- 형성 : 6xxx 시리즈 합금에서, 마그네슘과 결합 된 실리콘은 강력하고 용접 가능하며 부식성 합금을 생성합니다.
- 응용 프로그램 : 자동차 엔진 블록, 실린더 헤드 및 운송.
고강도 7xxx 시리즈 합금을 만들기 위해 아연이 첨가됩니다.
- 강도 : 아연은 인장 강도와 경도를 극적으로 증가시킵니다.
- 응력 부식 저항 : 마그네슘과 때로는 구리와 결합 된 아연은 높은 강도를 제공하지만 조심스럽게 관리하지 않으면 부식 저항을 감소시킬 수 있습니다.
- 응용 프로그램 : 항공 우주, 스포츠 장비, 군용 차량.
몇 가지 작은 요소가 특성을 더 세분화하는 데 사용됩니다.
| 요소 | 효과 | 일반적인 사용 |
|---|---|---|
| 니켈 (NI) | 높은 온도에서 강도와 인성을 향상시킵니다 | 항공 우주, 열 저항 합금 |
| 크롬 (CR) | 부식 저항과 경화성을 향상시킵니다 | 해양 합금, 항공 우주 |
| 티타늄 (TI) | 곡물 정제 및 개선 된 강도 | 주조 및 곡물 제어 |
| 철 (FE) | 종종 불순물로 간주되는 강도를 향상시킵니다 | 캐스트 합금, 종종 제어됩니다 |
| 지르코늄 (ZR) | 입자 성장을 제어하고 기계적 특성을 안정화시킵니다 | 항공 우주, 부식 방지 합금 |
| 리튬 (li) | 밀도를 줄이고 강성을 향상시킵니다 | 고급 항공 우주 합금 |
이러한 2 차 요소의 조합은 물질 과학자가 정확한 성능 특성을 가진 알루미늄 합금을 엔지니어링 할 수있게합니다.
특정 요소의 추적 추가조차도 중요한 역할을 수행합니다.
- 붕소 (b) : 곡물 구조를 정제하고 강도를 향상시키는 데 도움이됩니다.
- 바나듐 (V) : 높은 작동 온도에서 강도를 높입니다.
-Scandium (SC) : 특히 고성능 합금에서 재결정 방지 및 곡물 정제를 향상시킵니다.
0.1%의 낮은 양으로 추가되었지만 미세 구조 및 기계적 특성에 대한 영향은 심오합니다.
합금 요소와 알루미늄 사이의 상호 작용은 화학 조성물을 비교하여 주요 합금을 비교하여 설명 할 수 있습니다.
| 합금 | 알루미늄 % | Cu % | mg % | mn % | si % | Zn % | 다른 요소 | 강도 | 내식성 용접 | 가능성 | 양극화 반응 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1100 | 99.95 | 0.05 | - | - | - | - | Fe | 낮은 강도 | 훌륭한 | 훌륭한 | 가난한 |
| 2024 | 93.5 | 4.4 | 1.5 | 0.6 | - | - | - | 고강도 | 가난한 | 가난한 | 가난한 |
| 3003 | 98.6 | 0.12 | - | 1.2 | - | - | - | 적당한 힘 | 좋은 | 좋은 | 가난한 |
| 5052 | 97.25 | - | 2.5 | - | - | - | Cr | 적당한 힘 | 훌륭한 | 훌륭한 | 좋은 |
| 6061 | 97.9 | 0.28 | 1.0 | - | 0.6 | - | Cr | 좋은 힘 | 좋은 | 좋은 | 좋은 |
| 7075 | 90 | 1.6 | 2.5 | - | - | 5.6 | - | 매우 높은 강도 | 가난한 | 공정한 | 좋은 |
- 구리 : 강도를 증가 시키지만 내식성과 용접성을 낮 춥니 다.
- 마그네슘 : 탁월한 강도와 부식성, 용접성이 우수합니다.
- 망간 : 적당한 강도, 부식 및 마모에 대한 저항을 추가합니다.
- 실리콘 : 주파수와 내마모성을 향상시킵니다.
- 아연 : 특히 항공 우주 합금에서 강도를 높이지만 부식성을 낮 춥니 다.
이러한 화학 및 기계적 특성은 특정 엔지니어링 및 환경 요구에 대해 합금이 어떻게 선택되는지 정의합니다.
원료에서 완성 된 알루미늄 합금으로의 경로에는 몇 가지 상세한 단계가 포함됩니다.
1. 광업 및 분쇄 보크 사이트 광석 : 퇴적물에서 생 보크 사이트를 추출합니다.
2. 바이어 과정 : 화학적 소화와 강수량에 의해 보조기로 보크 사이트를 정제합니다.
3. 소성 : 침전 된 알루미나에서 물을 제거하여 분말을 생성합니다.
4. 전해질 감소 (Hall -héroult 공정) : 용융 cryolite에 용해 된 알루미나는 순수한 알루미늄 금속을 생산하도록 전해됩니다.
5. 합금 및 용융 : 순수한 알루미늄 용융 및 정확한 비율로 원하는 합금 요소를 추가합니다.
6. 캐스팅 : 용융 합금은 잉곳이나 빌릿에 주조됩니다.
7. 형성 : 롤링, 압출, 단조 및 그리기와 같은 프로세스 생성 시트, 막대 또는 복잡한 모양.
8. 열처리 : 어닐링, 용액 열처리, 켄칭 및 노화 최적화 합금 미세 구조 및 기계적 특성.
9. 마무리 : 양극화, 연마 또는 코팅과 같은 표면 처리는 내식성 및 외관을 향상시킵니다.
품질 관리 시스템 전체의 품질 관리 시스템은 오염을 방지하고 입자 크기를 제어하며 성능을 보장합니다.
알루미늄 합금의 광범위한 사용은 비교할 수없는 특성의 조합을 강조합니다.
- 항공 우주 : 구리 및 아연이있는 고강도 합금 (2xxx, 7xxx 시리즈)은 가벼운 강한 항공기 동체 및 날개를 허용합니다.
-Automotive : 5xxx 및 6xxx 합금은 차체 패널, 휠 및 섀시 부품의 부식 저항으로 강도 균형을 유지합니다.
- 구성 : 3xxx 및 6xxx 합금은 창 프레임, 지붕 및 사이딩에 내구성이 뛰어나고 부식성이 강한 재료를 제공합니다.
- 포장 : 1xxx 및 3xxx 시리즈는 음료 캔, 호일 및 식품 용기에 대한 탁월한 형성성을 제공합니다.
- 전자 장치 : 히트 싱크, 커넥터 및 케이싱을위한 순수한 알루미늄 및 특수 합금.
알루미늄 합금의 환경 적 이점은 몇 가지 요인에서 비롯됩니다.
- 재활용 성 : 알루미늄은 품질 상실없이 100% 재활용 가능합니다. 재활용 알루미늄은 1 차 생산에 필요한 에너지의 약 5% 만 필요합니다.
- 에너지 절약 : 경량 알루미늄 합금은 운송에서 연료 소비를 줄입니다.
- 폐쇄 루프 회복 : 마그네슘, 아연 및 구리와 같은 합금 요소를 회수하고 재사용 할 수 있습니다.
- 지속 가능한 광업 : 발전은 보크 사이트 추출로 인한 환경 손상을 줄이고 있습니다.
폐쇄 루프 알루미늄 재활용 및 더 적은 중요한 원료를 요구하는 합금 개발은 산업 전반에 걸쳐 지속 가능성 프로파일을 개선합니다.
앞으로 알루미늄의 원료 및 합금 전략이 발전하고 있습니다.
- 미세 합금의 사용 증가 : 스칸듐, 지르코늄 및 희토류와 같은 요소는 나노 레벨에서 성능을 향상시킵니다.
- 초경량 합금 개발 : 리튬 및 기타 광금속의 통합은 항공 우주의 밀도를 더욱 줄입니다.
- 재활용 친화적 인 합금 : 원형 경제 목표를 향상시키기 위해 재활용에 최적화 된 합금 설계.
- 바이오에서 영감을 얻은 합금 : 연구가 자연 구조를 모방하여 강인성을 개선하기 위해 합금으로 진행 중입니다.
재료 혁신은 환경 및 경제적 문제를 해결하면서 알루미늄 합금의 능력을 계속해서 밀고 있습니다.
알루미늄 합금을위한 최고의 화학 원료를 선택하는 것은 현대 재료 과학 및 엔지니어링의 기초입니다. 조정 및 양의 합금 요소 (특히 구리, 마그네슘, 망간, 실리콘 및 아연을 조심스럽게 조정하고 순도 및 처리 단계를 세 심하게 제어함으로써 엔지니어는 모든 임시 산업 및 혁신에 맞게 조정 된 사실상 무한한 특성을 잠금 해제합니다.
화학, 공학 및 지속 가능성의 복잡한 조화를 통해 알루미늄 합금은 기술 프론티어에 남아 항공 우주, 자동차, 건축, 전자 장치 및 그 이상으로 진행되는 가볍고 강력하고 녹색 솔루션을 유지할 수 있습니다.
가장 중요한 원료는 산화 알루미늄이 풍부한 광석 인 보크 사이트로, 알루미늄 금속을 생산하도록 정제됩니다. 알루미늄 외에도 구리, 마그네슘, 망간, 실리콘 및 아연과 같은 주요 합금 요소가 다양한 합금을 생성하는 데 필수적입니다.
구리, 마그네슘 및 아연과 같은 합금 요소는 강도를 증가시키는 반면 망간, 실리콘 및 마그네슘은 작업성과 부식성을 향상시킵니다. 각 요소는 특정 기계 및 화학적 특성을 수정하여 맞춤형 용도로 합금을 가능하게합니다.
순수한 알루미늄은 부드럽고 연성이며 대부분의 구조적 요구에 필요한 기계적 강도가 부족합니다. 합금 요소를 추가하면 강도가 크게 높아지고 알루미늄의 유용성이 더 넓은 응용 분야에서 확장됩니다.
예, 재활용 알루미늄은 1 차 알루미늄 합금만큼 강할 수 있습니다. 재활용은 금속의 특성을 보존하고 적절한 합금 및 정제로 2 차 알루미늄 제품은 종종 주요 대응 자와 동일한 성능을 유지합니다.
마그네슘이 풍부한 합금 (특히 5xxx 시리즈)은 바닷물 부식에 대한 탁월한 저항과 용접의 용이성으로 인해 해양 및 부식성 환경에 가장 적합합니다.
