다음 기계재료 중 경금속에 속하는 것은?
- 합금 주철
- 황동
- 규소 강판
- 알루미늄
정답과 해설 보기
정답 ④ · 질문은 제시된 재료들 중 경금속에 속하는 것을 묻고 있다. 경금속은 철을 주성분으로 하지 않는 금속을 의미하며 대표적으로 알루미늄이 해당된다.
경금속은 철을 주성분으로 하지 않는 금속으로, 알루미늄이 해당되며 황동은 합금이다.
개념 한 쪽
승강기기사 알루미늄 — 경금속·합금 특성과 내식성
알루미늄은 철을 주성분으로 하지 않는 경금속의 대표 재료로 가볍고 전열·전기 전도성이 우수하여 기계 부품에 널리 쓰인다. 알루미늄 합금 가운데 두랄루민은 구리와 마그네슘 등을 첨가해 시효경화를 통해 고강도를 얻는 대표적 합금이다. 또한 알루미늄은 공기 중에서 치밀한 산화막(Al2O3)을 형성해 내식성이 우수하므로 부식 거동에서 특이한 성질을 보인다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「알루미늄」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 경금속 판별 | 1 | 철 주성분 여부로 경금속을 가려 정답 선택 |
| 합금 성분 식별 | 1 | 두랄루민 등 합금의 주요 성분과 용도를 구분 |
| 내식성 기전 확인 | 1 | 알루미늄의 산화막 형성과 부식 특성 판단 |
뜻
금속은 주성분에 따라 철금속과 비철금속으로 구분되며, 알루미늄은 철을 주성분으로 하지 않는 비철금속, 즉 경금속에 해당한다. 경금속의 대표 사례로 알루미늄·구리·마그네슘 등을 떠올리면 문제 해결에 유리하다.
알루미늄의 물리적 특성으로 비중이 약 2.7로 가볍고 용융점은 약 660℃로 비교적 낮으며 전기와 열의 전도성이 좋아 전선이나 열교환기 등에 활용된다는 점을 기억한다. 다만 전기 전도도는 구리의 약 60% 수준으로 구리보다 높다는 서술은 틀린 특성이다.
두랄루민(Duralumin)은 알루미늄을 기지로 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 망간(Mn) 등을 첨가한 4원계 합금이며 용체화 처리와 시효경화로 높은 인장강도와 비강도를 확보한다. 이 합금은 항공기 동체 등 가볍고 강도가 필요한 구조재에 쓰인다.
알루미늄은 대기 중 산소와 접촉하면 표면에 치밀한 알루미늄 산화막(Al2O3)을 즉시 형성하여 추가적인 부식을 방지하는 자가 부동화(self-passivation) 성질을 보인다. 이 때문에 알루미늄은 일반적으로 내식성이 우수한 재료로 분류한다.
합금별 구분에서는 Al-Si계(실루민 등)는 주조성 및 내열성 개선을 위해 규소를 사용하고, Al-Cu-Mg계(두랄루민 등)는 시효경화로 고강도를 얻는 점을 기준으로 분류와 용도를 연결하여 암기하면 문제 해결에 도움이 된다.
예제
문제 유형 예시는 다음과 같다. 경금속을 묻는 선택지에서 철을 주성분을 하는 재료를 제외하여 알루미늄을 정답으로 고른다. 두랄루민 관련 문항에서는 주성분이 Al-Cu-Mg-Mn임을 근거로 Al-Si-Ni-Mg와 같은 조성을 제시한 선지를 오답으로 처리한다. 알루미늄의 부식 성질을 묻는 문항에서는 산화막 형성으로 내식성이 우수하다는 사실을 근거로 산화막 미형성 서술을 배제한다.
대표 함정은 알루미늄의 전기 전도성이 구리보다 높다고 착각하거나 두랄루민의 성분을 Si계 합금과 혼동하는 경우이다. 이러한 함정을 피하려면 'Al은 가볍고 전도성이 좋지만 Cu보다 전도도는 낮다'와 '두랄루민 = Al + Cu + Mg + Mn'을 짧게 기억한다.
대표 기출 3문항
두랄루민(duralumin)을 설명한 것 중 틀린 것은?
- 담금질 시효경화 처리에 의하여 기계적 성질을 개선하여 강도가 크고 성형성이 좋다.
- 알루미늄 합금 중에서도 열처리에 의해 재질 개선이 가능한 합금이다.
- Al - Si - Ni - Mg 합금으로 고온강도가 커서 피스톤재료로 주로 쓰인다.
- Al - Cu - Mg - Mn 합금으로 항공기, 자동차 등의 재료로 널리 사용된다.
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문항은 두랄루민(알루미늄 합금)에 대한 설명 중 틀린 것을 찾는 것이다. 두랄루민은 Al-Cu-Mg-Mn 계 합금으로 용체화·시효경화로 기계적 성질이 개선되어 항공기 구조재 등으로 널리 사용되므로 관련된 설명들은 맞다.
두랄루민은 Al-Cu-Mg-Mn 합금으로 열처리 가능하나, Al-Si-Ni-Mg는 피스톤용 합금으로 분류된다.
알루미늄 및 알루미늄 합금의 특징 설명으로 틀린 것은?
- 두랄루민은 비강도가 연강의 약 3배정도이다.
- 비중이 2.7로 작고, 용융점이 600℃ 정도이다.
- 열전도성, 전기 전도성이 좋다.
- 표면에 산화막이 형성되지 않아 부식이 쉽게 된다.
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문제는 알루미늄 합금의 특성 중 올바르지 않은 것을 찾는 것이다. 알루미늄은 공기 중에서 치밀한 산화막(Al2O3)을 형성하여 부식을 방지하므로 ‘표면에 산화막이 형성되지 않아 부식이 쉽게 된다’는 기술은 사실과 반대이다.
알루미늄은 공기 중 산소와 반응하여 표면에 치밀한 산화막(Al2O3)을 형성하여 부식을 방지하므로, 산화막이 형성되지 않는다는 설명은 틀렸다.
자주 묻는 물음
- 경금속이란 무엇을 기준으로 구분하나요?
- 경금속은 철을 주성분으로 하지 않는 금속을 말한다. 철을 주성분으로 하는 강철·주철 등은 철금속으로 구분되므로 이를 제외하면 알루미늄·구리·마그네슘 등이 경금속의 대표 사례가 된다.
- 두랄루민의 특징과 용도는 무엇인가요?
- 두랄루민은 Al을 주기지로 Cu, Mg, Mn 등을 첨가한 합금으로 용체화 처리 후 시효경화를 통해 고강도를 얻는다. 가볍고 강해야 하는 항공기 동체나 구조재에 주로 사용된다.
- 알루미늄의 부식 저항성은 어떤 원리에서 나오나요?
- 알루미늄은 공기 중 산소와 반응하여 표면에 치밀한 산화피막(Al2O3)을 형성하여 내부 금속의 추가 부식을 막는 자가 부동화 현상을 보여 내식성이 우수하다.
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