알루미늄 합금을 만드는 방법

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알루미늄은 자연적으로 풍부하고 밀도가 낮아 디자이너들이 다양한 용도로 활용할 수 있습니다. 소량의 다른 금속을 첨가하면 구조용 재료로 충분히 단단해집니다.

aluminum alloy
수년 동안 항공기 제조업체는 알루미늄을 사용해 왔습니다. 알루미늄은 가벼울 뿐만 아니라 단단해야 하고 극한의 온도에서도 견딜 수 있어야 합니다. 가장 가벼운 금속 원소인 리튬은 알루미늄 결정에서 불순물을 대체하는 역할을 할 수 있습니다. 구리는 알루미늄-리튬 합금의 강도를 높이는 것으로 밝혀졌습니다. 마그네슘도 리튬 대신 합금 원소로 사용할 수 있습니다. 이 합금은 부식에 대한 저항력이 떨어집니다. 알루미늄 산화물은 순수 알루미늄 표면에 형성되어 보호 코팅을 형성하지만 불순물의 존재로 인해 형성이 중단됩니다.
리튬이나 마그네슘을 알루미늄과 혼합하는 것만으로는 단단한 금속을 만들 수 없습니다. 청동에서는 큰 주석 원자가 구리 원자가 슬립면을 따라 미끄러지는 것을 어렵게 만듭니다. 강철에서는 작은 탄소 원자가 철 격자의 틈새를 채워 철 면이 미끄러지는 것을 방지합니다. 리튬과 마그네슘은 알루미늄보다 크지 않기 때문에 격자 부위에 있으면 원자가 미끄러지는 것을 막지 못합니다.
강수량 경화라는 공정은 알루미늄 합금의 가단성을 감소시킵니다. 재료는 녹는점보다 낮은 온도로 가열됩니다. 이렇게 하면 알루미늄에 용해되는 불순물의 양이 증가합니다. 합금은 특정 속도로 냉각되고 며칠 동안 노화되도록 허용됩니다.

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리튬 또는 마그네슘 원자는 알루미늄 격자에 들어맞지만, 일치하는 알루미늄 원자만큼 주변 알루미늄 원자와 강하게 결합하지 않습니다. 격자에 약간의 변형이 발생하여 격자가 왜곡됩니다. 열을 가하면 불순물 원자가 결정 안에서 떠돌아다니게 됩니다. 리튬 원자 몇 개가 서로 만나면 서로 결합하여 격자 패턴이 다른(더 작은) 원자 덩어리인 침전물을 형성합니다. 침전물은 알루미늄 격자의 슬립면을 막습니다. 침전물이 있는 재료는 훨씬 더 단단합니다.
알루미늄 합금은 냉간 가공할 수도 있습니다. 롤링과 프레스는 입자를 왜곡하고 크기를 줄입니다.

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저자 소개

Chin Trento

Chin Trento는 일리노이 대학교에서 응용 화학 학사 학위를 받았습니다. 그의 교육적 배경은 다양한 주제에 접근할 수 있는 폭넓은 기반을 제공합니다. 그는 Stanford Advanced Materials(SAM)에서 4년 넘게 첨단 소재 관련 글을 쓰고 있습니다. 이 글을 쓰는 주된 목적은 독자들에게 무료이면서도 양질의 자료를 제공하는 것입니다. 그는 독자들이 발견하는 오타, 오류 또는 의견 차이에 대한 피드백을 환영합니다.

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