[공유] 구리와 구리 합금

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구리(Cu)는 은 다음으로 전기전도가 높고 전기적 특성이 우수하여 전기공업에서 가장 중요한 금속으로 내식성과 가공성이 좋아 판재, 봉재, 선재 및 파이프로 가공하여 널리 사용된다.  구리광석 → 전로나용광로 → 조등 → 반사로 → 형구리   황동강   휘동강                                      → 전기정련 → 전기구리   정련구리   적동강                                                                           탈선구리   반동강                                                                           무산소구리 [Cu 의 성질] ① 비중: 8.96 ② 용융점: 1083C ③ 전기 및 열전도율이 높고 비자성체이다. ※ 전기 전도율을 해치는 원소: Ti, P, Fe, Si, As 등 ④ 공기중에는 내식성이 우수하다. ⑤ 유연하고 절연성이 좋으므로 가공이 용이하다. ⑥ 수소성: 환원여림의 일종. H₂가 확한 침투하여 균열이 발생한다.(1) 황동(Cu + Zn) Zn 30% 내외의 a고용체의 것을 7ㆍ3황동이라 하며, Zn 40%내외의 a와 B고용체의 것은 6ㆍ4황동이다. [1] 7ㆍ3 황동 상온에서 전성이 있어 압연 드로잉 등의 가공을 하여 쉽게 판재, 봉재, 관재로 만들 수 있고 연신율이 최대이다.(열간가공이 곤란하다) 200-300°C에서 이상경화현상이 나타나서 스프링이 좋아지며 전구소켓, 탄피등에 사용된다. [2] 6ㆍ4 황동 500-600°C로 가열하면 연성이 회복되어 열간가공이 적합하여 인장강도도 최대이고 상온 가공성 불량하고 Zn 40%내외의 것을 문쯔메탈이라 한다. [3] 톰백 Zn 5-20%의 황동으로 강도는 낮으나 절연성이 좋고 색깔이 금색에 가까우므로 모조금이나 장식용에 사용된다. [황동의 결함] ① 자연균열: 냉간 가공한 황동의 파이프, 봉재제품 등이 보관 중에 자연히 균열 생기는 현상     (가) 원인: 냉간 가공에 의한 내부응력     (나) 방지법: 표먼을 아연도금하거나 200-300°C로 저온 풀림하여 내부응력 제거 ② 탈아연 현상: 황동을 대기중에도 내식성이 강하나 바닷물 중에서는 침식된다.     (가) 방지법:  ＊Zn 도서판과 도선으로 연결한다.                        ＊ 1% Si, 0.01% As를 첨가한다. ③ 경년변화: 황동을 사용하여 방치하면 시간이 경화함에 따라 경도값이 증가하는 현상(시효경화와 유사하다.)[4] Ni 황동(양은 양백) 7ㆍ3황동에 Ni 15-21% 첨가하여 기계적 성질 및 내식성이 우수하며 정밀 저항기 등에도 사용된다. [5] 연황동 ① 황동에 납을 넣으면 경도와 연신율이 감소하나 절삭성이 좋게 된다. ② 6.4황동에 납 1.5-3.0% 함유한다. ③ 쾌삭황동이라 하며 대량생산 부품에 사용한다. [6] 주석황동 황동의 내식성 개선(Zn)의 산화, 탈아연 방지를 위해 1% 주석을 첨가한 것이다. ① 7ㆍ3황동 + 1% 주석 에드미럴티 황동 ② 6ㆍ4황동 + 1% 주석 네이벌 황동 ③ 용도: 스프링용 및 선박용 [7] 델타 메탈(철황동) 4ㆍ6황동에 철 12% 첨가하여 강도가 크고 내식성이 좋아 광산기계, 선박용기계, 화학기계에 사용된다. [8] 강력 황동 4ㆍ6황동에 Mn, Al, Fe, Ni, Sn등을 첨가하여 한층 강력하게 한 황동 [9] 규소 황동 6ㆍ4황동에 Si4-5%첨가, 실진이라 한다. [10] Al황동 알부락이라한다. 금 대용품   (2) 청동(Cu + Sn) ＊ 강도가 크며 내마멸성이 좋으며 주조성이 우수하여 주조용 합금으로 좋다. ＊ 강도는 주석을 많게할수록 점점 커지고 경도도 증가, 주석 15% 이상에서 급격히 커진다. ＊ 연신율은 주석 4%에서 최대, 그 이상에서 급격히 감소[1] 청동 주물(포금=건메탈) 주석 10% 정도에 아연을 소량첨가한 것으로 일반 기계부품, 벨브, 기어, 대포, 포신용등에 사용한다. [2] 인청동 ① 청동에 탈산제로 미량의 인을 첨가한 합금이다. ② 기계적 성질이 좋고 특히 내마멸성이 우수, 성분은 주석 9%, 인 0.35%, 탄성 한도가 높고 기어, 베어링, 벨브시이드 등에 사용된다. ③ 냉간 가공하면 인장강도나 탄성한계가 현저히 높아지므로 판재, 봉재, 선재로 가공되어 스프링재료로 사용된다. [3] 납청동 청동속에 약 4-20% Pb을 함유한 것으로 윤활성이 좋으므로 고압용 베어링 재료에 적당하며 Pb이 23-42%첨가한 합금을 켈밋(Kelmet alloy)이라 한다. [4] 베어링용 청동 Sn(주석) 13-15% 첨가 한 것으로 베어링 재료에 적당하다. [5] 알루미늄 청동 ① Al 8-12% 함유청동으로 황동이나 청동에 비해 기계적 성질이 우수하고 내식성, 내열성, 내마멸성이 우수하다. (강도 A110%에서 최대, 가공성 Al 8% 최대, 주조성 나쁨) ② 화학공업기계, 선반, 항공기, 차량용 부품에 사용된다. ③ 주조, 단조, 용접이 곤란하며 자기 풀림 현상이 있다. [6] 베릴륨 황동 ① 2-3%의 베릴륨(Be)을 합금한 청동으로 인장강도는 133 Kg/mm² 이다. ② 뜨임 시효경화성이 있어 내식성, 내열성, 내피로성이 좋다. ③ 베어링, 고급 스프링에 사용된다. [7] Ni청동 ① 쿠니얼 황동: Ni 4-6%, Al 1.5-7% 그밖에 철, 망간, 아연등을 첨가한 구리 – 니켈 – 알루미늄계 청동. ② 콜슨합금(탄소합금): Ni 4%, Si 1% 함유한 것으로 전선용으로 사용된다. ③ 호이슬러 합금: Mn 26%, Al 13% 함유한것으로 강자성 합금이다. ④ 오일레스 베어링: 다공질 소결함금으로 Cu+Sn+흑연 분말이 주성분이다. (6) 알루미늄과 그 합금 [1] 알루미늄(Al)의 성질 ① Al온 보오크사이트(Al₂O₃, 2SiO₂, 2H₂O)로부터 제련하여 사용한다. ② 비중: 2.7, 용융점: 660°C ③ 주조가 쉽고 금속과 잘 합금되며 냉간 및 열간 가공이 쉽다. ④ 대기중에서 내식력이 강하고 전기와 열의 좋은 양도체여서 송전선에 사용된다. ⑤ 판,선,박, 분말의 형태로 사용된다. ⑥ 가벼워서 자동차 공업에 많이 사용된다. ⑦ 압연 압출은 400-500°C에서 한다. 유동성이 작고, 수축율이 크며 가스의 흡수와 발산이 많다. 그래서 주조가 곤란하다. ⑧ 주조성을 좋게하기 위하여 구리, 아연 등의 합금으로 사용한다. ⑨ 공기나 깨끗한 물속에서는 거의 침식이 안되며 염산이나 황산 등의 무기산에는 약하며 바닷물에는 심하게 침식된다. [2] 알루미늄 합금 ＊ 알루미늄은 변태점이 없으나 특히 Al합금은 열처리에 따라 기계적 성질에 많은 변화를 일으킨다. ＊ 알루미늄 합금은 강과는 달리 시호경화나 석출경화 이용된다. 시효경화: 시간의 경과와 함께 경도와 강도가 증가하는 현상 인공시효: 담금질도니 재료를 160°C 정도의 온도에 가열하며 시효현상이 촉진되는 성질 자연시효: 대기중에서 진행되는 시효 석출경화: 알루미늄의 열처리법, 급랭으로 얻은 과포화 고용체에서 과포화된 용해물을 석출시켜 안정화 시킴 ① 주조용 알루미늄 합금 순수한 Al은 강도가 약해서 항공기나 자동차 등에 사용시 가볍고 강한 Al합금이 사용된다. (가) 실루민(Al+Si): 주조성은 좋으나 절삭성은 좋지 않고 약하다. ※ 개량처리: 실루민에 나트륨을 첨가하면 기게적 성질이 개선된다. F(불소)첨가법, NaoH첨가법(수산화 나트륨, 가성소다) (나) 라우랄(Al+Cu+Si):  Si가 첨가되어 주조성이 우수한 함금에 Cu를 첨가하여 절삭성이 우수하다. (다) Y합금(Al+Cu+Ni+Mg): 고온 강도가 크므로 내연기관의 실린더, 피스톤, 실린더 헤드에 사용한다. (라) 하이드로날륨(Al+Mg): 내식용 Al합금의 대표로 Mg이 많으면 인장강도가 증가하나 연신율은 감소한다. (마) 로엑스(Al+Si+Ni+Mg):  고온강도가 크고 내마멸성이 우수하고 열팽창계수가 작아 주로 피스톤 재료로 사용한다. ② 가공용 Al 합금 (가) 두랄루민(Al+Cu+Mg+Mn): 0.5% Mg을 첨가한 합금으로 시효경화성이 있어 비중이 강의 1/3 이므로 항공기나 자동차 등에 사용된다. (나) 초두랄루민(Al+Cu+Mg+Mn): 1.5% Mg이 첨가되어 두랄루민보다 단조가공성은 떨어지며 항공기의 구조재와 리벳등에 사용된다. (다) 초강두랄루민(Al+Cu+Mg+Mn+Cr+Zn): 두랄루민에 응력 부식 균열을 방지한 합금이다. (7) 마그네슘과 그 합금 ＊ 마그네사이트 등을 원료로 만든다. ＊ 비중 1.74로서 실룡 금속 중 가장 가볍다.(용융점: 650°C) ＊ 고온에서 발화하기 수우므로 분말이나 박으로 하여 플래시로도 사용한다. ＊ 바닷물에는 대단히 약하다. ＊ 재결정 온도 150°C, 냉간 가공성이 나쁘므로 300°C 이상에서 열간가공 한다. [1] 마그네슘 합금 ① Al 6%에서 인장강도 최대 ② Al 4%에서 연신율과 단면수축율은 최대 ③ 경도는 Al 10%까지 직선적으로 증가한다.    [종류]       (가) 다우메탈(Dow Metal):  Mg-Al       (나) 엘렉트론(Elektron):  Mg-Al-Zn (8) 니켈과 그 합금[1] 니켈(Ni)의 성질 ① 흰색의 금속, 상온에서 강자성체 360°C에서 자성을 잃는다. ② 재결정은 530°C에서 시작하며 풀림은 800°C에서 한다. ③ 열간가공은 1000-1200°C로 한다. ④ 내식성이 크고 공기 중에서 500-1000°C로 가열해도 열로 산화안됨 질산에는 약하며 염산, 황산에서도 침식된다. ⑤ 화학 및 식품공업용, 진공관, 화폐, 도금 등에 사용된다. [2] 니켈 합금 ① Ni-Cu계 합금 (가) 베네딕크 메탈(Benedit metal): Ni 15%를 함유한 합금으로 주로 탄피에 사용된다. (나)쿠프로 니켈(Cupor-nickel): Ni 10-30%를 함유한 합금으로 내해수성이 우수하여 화폐, 급수가열기 등의 관재로 사용된다. (디) 콘슨탄탄(Constantan): Ni 40-45%를 함유한 합금으로 전기저항선이다. 열전쌍의 재료로 많이 사용된다. (라) 모넬메탈(Monel metal):  Ni 66-70%를 함유한 합금으로 내열성, 내식성이 우수하여 열기관 부품이나 화확, 기계부품 등의 재료로 널리 사용된다. (마) 어디밴스(Advance): Ni 44%, Mn 1% 함유한 합금으로 주로 정밀 전기의 저항선에 사용된다. ② Ni-Fe계 합금 (가) 인바아(Invor): Ni 36% 의 합금 (나) 엘린바(Elinvar): Ni 36%, Cr 12%의 합금 (다) 플레티나이트(Platinite): Ni 46%합금으로 백금대용이 될 수 있어 전구 도입선 등으로 사용된다. (라) 퍼멀로이(Permalloy): Ni 78.5%합금으로 구투자율 자석 재료로 사용된다. ③ Ni-Cr계 (가) 인코넬(Inconel): Ni 78-80%, Cr 12-14%합금으로 전열기 부품, 열전쌍 재료로 사용된다. (나) 알루멜(Alumel): Al 3%의 합금으로 고온 측정용 열전쌍으로 사용된다. (다) 크로멜(Chromel): Cr 10% 합금으로 고온 측정용 열전쌍으로 사용된다. (라) 니크롬(Nicrom): Ni 70%, Cr 15-20% 합금으로 내열성이 우수하고 절연선으로 사용한다. ④ Ni-Mo계 합금 (가) 하스텔로이(Hastelloy): Mo 15%합금으로 내염산, 내염화용 합금이다. (9) 그 밖의 비철 금속 재료[1] 티탄(Ti) 비중은 4.5, 용융점은 17.36°C이며 순수한 Ti는 50 Kg/mm²정도의 강도와 내식성이 좋으며 해수에 대해서는 18-8스테인리스강보다 좋고 내열성도 500°C 정도는 스테인리스강보다 좋다. [2] 아연(Zn) ① 비중: 7.1              융용점: 419°C ② 철판, 철강재, 철기 및 철선의 도금에 사용되며 Cu, Ni, Al등과 합금된다. ③ 4%의 Al을 포함하느 Zamark(자마크)계 합금이 널리 사용된다. [3] 주석(Sn) ① 18°C 이상은 백주석, 18°C 이하는 회주석으로 변화하는 변태점이 있다. ② 백주석은 2-4 Kg/mm²의 강도이며 연신율은 35-40%정도이다. ③ 내식성이 커서 철에 도금하여 양철제작에 사용된다. [4] 납(Pb) ① 전성이 크고 연하고 무거운 금속이며 공기중에서는 거의 부식이 안된다. ② 유독한 금속이나 수도물로는 안전한 피막이 되므로 수도관으로 사용된다. ③ 질산 및 진한 연삼에는 침식이 되나 다른 산에는 저항이 커서 내산용 기구로 사용된다. ④ 방사선 차단효과가 커서 방사선 방어에도 이용된다. [5] 베어링용 합금 ① 화이트 메탈: 주석, 인티몬, 아연, 구리의 합금으로 저속기관의 베어링용 ② 베빗 메탈: 주석을 기지로한 화이트 메탈, 우수한 베어링 합금으로 연해서 연강, 청동을 얇게 붙어 사용된다. [6] 저용융점 합금 ① 주석보다 융용점(231.9°C)이 더 낮은 합금의 총칭이다. ② 비스무스-납-주석의 3원합금을 사용된다. ③ 비스무스-납-주석-카드늄의 4원합금도 사용된다. (10) 분말 야금 분말을 원료로한 특수 성질의 재료 제작, 기계가공을 거치지 않고 한꺼번에 제품으로 완성하는 성형법[1] 장점 ① 용융점이 대단히 높은 금속에 이용 가능한 균일한 합금이 된다. ② 합금이 잘 안되는 물질의 합금기능 등 다공질 금속제작 가능(오일리스 베어링)하여 극히 메지고 경도가 큰 금속도 쉽게 성형된다. ③ 제품의 다듬질 공정이 절약된다. ④ 순수한 금속제품이 만들어지고 원료 사용효율이 좋다. [2] 단점 ① 제품의 모양 및 크기에 제한이 있다. ② 원료 분말 가격이 일반 재료에 비해 비싸다. ③ 제품의 밀도가 불균일성이 있다. ④ 소결성이 나쁜 물질에 응용할 수 있다. (11) 플라스틱 [1] 성질 ① 비중이 0.9-2.5 가볍다 ② 열과전기의 부도체이다. ③ 투명체가 많다. ④ 방습성과 내식성이 좋다. ⑤ 소성 가공이 쉽다. ⑥ 내열성은 금속보다 아주 낮다.[2] 종류 ① 열 가소성 수지: 폴리 에텔렌수지, 폴리 염화비닐 수지, 폴리 아미드수지, 폴리 에세틸렌수지 ② 열 경화성 수지: 페놀수지, 요소수지, 메라민 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리 에틸렌 수지

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