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합금

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참고하십시오.
1. 개요2. 특징3. 단점4. 목록
4.1. 가공의 합금

1. 개요

Alloy

합금(合金)은 두 가지 이상의 금속을 녹여 첨가한 물질의 총칭이다.

다만 꼭 금속끼리만 합치는 건 아니고, 금속에 비금속 불순물(탄소, 규소, 인, 붕소 등)이 섞인 것도 넓은 의미에서 합금으로 보기도 한다. 예를 들어 탄소+철 합금. 정확히는 인류의 제련 기술이 불순물을 효과적으로 제거하지 못하던 시점에서 강철은 합금이라 보기 애매하였다. 완전히 제거하기 못한 불순물에 탄소가 포함되어 있어 그 자체로 강철이었기 때문. 그러나 제련기술이 더 발달한 현대에는 불순물을 최대한 제거한 이후 추가로 탄소량을 조절하므로 합금으로 친다.

우리 주변에서 만나볼 수 있는 금속 재료는 대부분 합금이다. 어떤 물건이건 100% 한 종류 금속으로만 만드는 경우가 거의 없기 때문이다. 특히 순수한 알루미늄이나 철은 구조재료로 사용하기가 불가능할 정도로 강도가 형편없다. 보통 철은 탄소를 조절해 강철로 만들어 쓰고, 알루미늄은 두랄루민으로 만들어 쓴다.[1] 탄소까지 완전히 제거된 철은 순철이라 부르며, 전기 분해를 거쳐 일반 제련보다 복잡한 생산과정을 요구하므로 특수한 용도로만 쓴다.

그중 예외는 구리로 만든 전선으로, 미량의 불순물을 제외하면 거의 순수한 구리다. 순금(24k)은 100%에 가까운[2] 금이지만 너무 비싸고 쉽게 손상되므로 장신구 제작에도 잘 사용되지 않는다. 따라서 장신구 제작시에는 금이 질량의 24분의 14(순도 58.5%) 함유된 14k, 또는 질량의 18/24(순도 75%) 함유된 18k 금을 많이 사용한다. 순은도 은괴에 사용하는 정도이며 너무 물러서 장신구 제작에는 순도 92%의 은인 스털링 실버 합금을 사용한다.

2. 특징

합금은 합치는 데 사용한 두 금속의 성질을 다 띄거나, 새로운 성질이 나타나거나, 이미 있는 성질이 크게 변하는 등 합금마다 특성이 다 달라 인류는 예로부터 다양한 종류의 합금을 제조했다. 워낙 금속의 종류가 많고 섞을 수 있는 조합도 많아서, 2002년 기준으로 발표된 합금 종류는 128,540여 가지에 달한다.

합금을 만드는 이유 중 가장 흔한 것은 재료로서의 강도를 얻기 위해서다. 대표적인 것이 강철 합금들로, 철은 어떻게 합금을 만드는지에 따라 강도가 수십~수백 배 차이가 난다. 또한 철은 산소와 반응해 쉽게 부식(녹)되는 성질이 있는데, 다른 재료와 섞어 만든 스테인리스 스틸은 부식에 견디는 성질이 매우 강하다.

어떤 합금은 열에 견디는 성질이 매우 우수하고, 어떤 합금은 유리를 잘라낼 수 있을 정도로 딱딱하며, 어떤 합금은 온도를 변화시키면 형태가 변화한다. 땜납처럼 합금을 만들면 원래 재료(순물질)보다 녹는점이 낮아지는 경우도 있는데(땜납), 합금은 대개 순물질에 비해 녹는점이 낮다. 고체인 나트륨과 칼륨의 합금인 NaK는 아예 실온에서 액체다. 초합금처럼 합금 상태에서 순물질보다 녹는 점이 올라가는 합금은 드물다.

대체적인 분류는 가융합금, 각형이력자성합금, 게터합금, 고도자율합금, 내산합금, 내식합금, 내열합금, 모합금, 발화합금, 비결정성합금, 수소저장합금, 초경합금, 형상기억합금 등이다.

3. 단점

합금을 할 경우 자원의 재활용 측면에선 좋지 않고, 특정 원소의 경우 인체나 환경에 유해하기도 하다. 때문에 경제성을 충족 시키는 범위 내에서 합금원소의 단순화, 재활용이 용이한 원소로 대체, 합금 없이 추가 가공처리 등을 통해 기존과 같은 성질을 유지하면서 합금을 대체할 수 있다면 그렇게 하는 추세이다.

4. 목록

가나다순으로 정렬.
  • 갈린스탄: Galinstan(Gallium, Indium, Stannum의 합성어). 이름처럼 갈륨, 인듐, 주석을 섞어서 만든 합금으로 상온에서 액체이다. 독성이 적은 갈륨, 인듐, 주석만을 사용하기 때문에 수은에 비해 독성이 적어 수은 대신 가지고 놀 수 있다.
  • 나크: 나트륨과 칼륨의 합금으로 상온에서 액체이다. 고속 증식로의 냉각재로 쓰인다.
  • 노르딕 골드: 유로화 등 일부 주화에 사용.
  • 니크롬: 니켈-크롬이 주가 되는 합금. 전기 저항이 커서 전열기나 드라이어기 등의 열선으로 쓰인다. 녹는점은 1400도 정도로 높은 편. NiCrA 가 80% Ni, 20% Cr, NiCrC 가 61% Ni, 15% Cr, 철로 이루어진다.
  • 니티놀: 니켈-타이타늄 합금의 금속. 반 영구적 형상기억합금으로 안경테, 인공위성 등에 사용
  • 두랄루민: 알루미늄-구리-마그네슘. 항공기 재료
  • 디디뮴: 네오디뮴-프라세오디뮴.
  • 땜납: 납-주석 또는 주석-은-구리. 기판 납땜용[3]
  • 배터리 합금: 납-안티모니. 납 축전지 전극용으로 사용. 경우에 따라 칼슘을 첨가하기도 한다.
  • 백동: 구리-니켈. 화폐용
  • 백랍(퓨터): 주석-납. 법랑(에나멜)과는 다르다.
  • 비정질 합금(리퀴드메탈)
  • 수소저장합금
  • 스털링 실버: 92.5%의 은에 7.5%의 구리 또는 다른 금속으로 구성된 은 합금. 의외로 고순도의 은은 너무나도 연약하기 때문에 장신구나 식기류로 사용이 곤란하다. 따라서 순은 재질의 액세서리나 식기는 전부 이 스털링 실버(순도를 따서 925 라고도 함)로 만들어진다고 보면 된다.
  • 아말감: 수은-아르곤-주석. 치과 충전재.
  • 알니코: 알루미늄-니켈-코발트. 영구자석용.
  • 알루미늄 합금
  • 양은: 구리-니켈-아연. 식기 등 여러 용도로 이용.
  • 인바: 니켈-철. 불변합금. 자, 시계바늘, 계측기 등.
  • 오동: 구리-금. 표면을 요소 등으로 산화처리하면 검은 빛이 나기에 烏자를 써서 오동이라 한다.
  • 위상부도체: CdTe-HgTe, Bi2Se3, Bi2Te3 등 합금이지만 위상수학적 특징에 의해 반도체가 되는 합금.
  • 인코넬: 니켈-크롬-몰리브데넘. 내열성, 내식성이 뛰어남.
  • 일렉트럼: 호박금. 금을 중심으로 한 은 및 구리 등이 섞여서 자연적으로 산출되는 합금. 고대부터 장식, 주화, 연금술 등에 사용하였다.
  • 자석
  • 청동: 구리-주석. 놋이라 부르기도 한다.
  • 초경합금: 위디아(Widia)라고도 한다. 탄소가 포함된 텅스텐-코발트[4] 합금으로, 내마모성과 내열성, 경도[5][6]가 매우 높아 공구 용도로 널리 쓰인다. 한 예능에서는 드릴로 초경합금에 구멍 내기를 시도했으나 6번의 실패를 겪은 바 있다 영상 여기에 나온 금속은 이쪽 계열이다.
  • 초전도체
  • 하이망간: 철-망간-탄소-실리콘. 내마모성, 내충격성.
  • 페라이트: 철-망간-아연. 일부 영구 자석이나 고주파용 유도자 및 변압기의 철심 재료로 사용된다. 충격에 쉽게 깨지므로 취급에 주의가 필요하다.
  • 합금강: 철/탄소강에 다른 금속을 섞은 합금. 도검용 강재 문서에 더 자세한 설명과 수많은 합금강이 수록되어 있으니 참고.
    • 탄소강: 탄소강 자체도 순철에 탄소성분을 섞은 합금이다.
    • 스테인리스강: 합금의 대표주자. 철-니켈-크로뮴계 합금. 쉽게 녹이 슬지 않아 주방용품 등에 흔히 사용. 다만 오해와는 달리 스테인리스강은 이름이 아닌 종류다. 즉 수십 수백 가지 이상의 스테인리스가 존재하며, 개중에는 손으로도 쉽게 휘어질 정도로 약한 것이 있는가 하면 공구나 칼에 쓸 정도로 강한 것도 있다.
    • 크로몰리: 철-크로뮴-몰리브데넘계 합금. 가볍고 견고하며 녹에 상당히 강하다.
    • 고속도강: 철-코발트-크로뮴-텅스텐. 저가형 구멍가공용 드릴에 주로 쓰인다.
    • 규소강: 철-규소. 전자석이나 변압기 철심의 재료로 주로 쓰인다.
    • 고강도 저합금강
  • 화이트 골드: 은빛 광택을 내는 백색금. 백금(Platinum)과 헷갈릴 수 있는데 이 둘은 다른 물질이다.
  • 황동: 구리-아연. 공예품, 배관, 전기 단자 등에 흔히 사용. 특히 한국인 남성이라면 대부분 한 번은 주워보았을 탄피의 주 재료.
  • 형상기억합금
  • 18k & 14k 금 : 순금과 구리를 적절한 비율로 섞은 것이다.

4.1. 가공의 합금


[1] 물론 강도가 중요하지 않은 용도로는 많이 사용된다. 순수한 알루미늄은 전성이 좋고 전기/열 전도성이 우수하므로 전기/전자 부품에 많이 이용되며, 반사경 표면처리, 도금, 알루미늄 포일(소위 은박지) 제조 등에 널리 쓰인다.[2] 방사성 붕괴때문에 일정 이상 질량에서 100%를 만들 순 없다.[3] 유연납은 대략 주석이 60~63%, 납이 37~40%, 무연납은 소량(0.7~3%)의 은 또는 구리를 주석에 섞어서 사용. 녹는점을 낮추거나 기타 목적을 위해 비스무트, 인듐, 아연 등을 첨가하는 경우도 있다.[4] 니켈, 티타늄, 탄탈럼, 나이오븀 등이 들어가기도 한다.[5] 어느 정도냐면 모스 굳기계로 9를 아득히 넘어서는 보라존과 다이아몬드(!!)만이 흠집을 낼 정도. 다만 취성이 있어서 심한 충격을 받을 경우 깨져 버린다.[6] 경도와 강도의 차이점은 경도는 물체의 딱딱하고 무른 정도, 강도는 물체가 잘 부서지지 않는 정도를 말한다. 이해를 돕기 위해 두 물질의 경도와 강도의 차이를 비교하는 경우를 예로 들면, 두 물체를 서로 긁었을 때 긁힌 쪽이 경도가 약한 쪽이고, 두 물질을 서로 부딪혔을 때 부서지는 쪽이 강도가 약한 쪽이다.

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