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[소재탐구] 철이 아닌 금속? 비철금속을 알아보자

  • 가공
  • 비철금속
  • 종류

바로발주

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2024-01-24

목차

    안녕하세요. 다시 돌아온 소재탐구 시간입니다! 이번 시간엔 비철금속에 대해 알아봅시다.

    비철금속들은 각각의 특성을 활용하여 다양한 산업 분야에서 필수적으로 사용되며, 현대 기술과 제조업의 중요한 부분을 차지하고 있습니다. 또한 저희 바로발주에서도 다양한 비철금속 소재 제작을 진행하고 있는데요!

    비철금속은 철(Fe) 이외의 모든 금속을 말합니다. 금속 중 철의 생산량, 수요량이 압도적으로 많기 때문에 그 이외의 금속들을 비철금속이라고 합니다. 따라서 비철금속엔 무수히 많은 종류가 있는 데요, 6대 주요 비철 금속으로 ‘알루미늄, 구리, 아연, 납, 니켈, 주석’ 이 있습니다.

    특징은 각각에 따라 다르지만, 이 금속들의 공통점은 바로 철에 비해 가볍다는 것입니다. 따라서 장비 · 장치의 경량화에 많이 활용됩니다. 또한 부식을 잘 견디는 내식성, 전기 전도도, 열전도도, 가공성 등에서 개성있는 특징을 가지고 있습니다.

    이렇게나 매력적인 비철금속! 이제 비철금속의 종류부터 산업 특성까지 알아보겠습니다.


    비철금속의 종류와 특성, 그리고 활용분야

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    말씀드린 것 처럼 대표적인 비철금속 종류에는 알루미늄, 구리, 아연, 납, 니켈, 주석 있습니다. 이중 알루미늄구리는 가장 많이 사용되는 소재 중 하나입니다. 오늘은 그 둘을 제외한 비철금속에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

    아연 Zinc

    특성

    아연은 청백색의 금속으로, 실온에서는 단단하고 부서지기 쉬우며 전성과 연성이 거의 없으나, 100~150도씨에서는 전성을 띠게 되기 때문에 가는 선이나 얇은 판으로 가공이 가능합니다.

    철과 비교했을 때 녹는점과 끓는점이 낮고, 쉽게 승화(고체가 증기로 되는 것)됩니다. 공기 중에서 물과 이산화탄소와 반응하면 염기성 탄산아연 보호막이 생겨 내부가 물이나 공기와 반응하는 것을 막습니다. 이러한 특성 덕분에 부식 방지에 많이 활용되고 있습니다.

    활용분야

    사용량 기준으로 철, 알루미늄, 구리에 이어 네 번째로 중요한 금속으로 꼽히는 아연의 활용분야는 다음과 같습니다.

    • 철의 부식 방지를 위한 도금
    • 황동을 비롯한 합금 제조
    • 전지
    • 화합물 제조

    아연은 일정한 환경에서 철보다 화학적 반응성이 큰 금속입니다. 따라서 철에 아연 도금을 하면, 아연이 완전 부식되기 전까지는 철이 산화되어 녹스는 것을 막을 수 있는데 이와 같은 내부식 작용은 아연이 긁혀 철이 노출된 경우에도 여전히 유지됩니다.

    뿐만 아니라 아연은 표면이 부식되면 염기성 탄산아연 보호피막이 형성되어 내부까지 잘 부식되지 않으므로 철의 부식을 더욱 효과적으로 막을 수 있습니다. 이런 식으로 아연이 철을 보호하는 방식은 "저금속 보호"라고도 불립니다. 위와 같은 방법으로 아연을 입힌 철은 우리가 아는 철조망, 가드 레일, 현수교, 자동차 구조물 등에 널리 사용됩니다.

    철, 구리, 납, 아연, 비철금속, 녹슨 철, 녹

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    납 Lead

    특성

    푸르스름한 탁한 은백색의 금속으로. 금속 중 무거운 축에 들고 부드럽고 전성을 가졌습니다. 공기 중에서는 표면에 튼튼한 산화 피막을 만들어 안정합니다. 녹는점이 327.5도로 비교적 낮아 납땜에 용이하고, 흡수력이 좋습니다.

    이러한 납은 지구 곳곳에 널리 존재할 뿐만 아니라 가공하기도 쉬워 구리, 금, 은 등과 함께 초기 금속 시대를 이루었습니다 . 납 산화물은 습한 공기에서 쉽게 얻을 수 있고 산소와 물에 안정적인 특성을 갖고 있습니다. 그렇지만 질산에 반응성이 크며 장기간 노출시 녹는 특징이 있습니다.

    이러한 특성을 가진 납의 활용되는 분야를 살펴보겠습니다.

    활용분야

    납은 다음과 같이 여러 산업분야에서 사용되고 있습니다.

    • 배터리
    • 납계열 합금
    • 방사선 차폐
    • 전선 피복욕


    납 합금은 납-주석 형태가 가장 일반적이며 녹는점 및 끓는점은 금속 납보다는 낮지만 납 화합물보다는 높으며 일반적으로 물은 물론 산에 대해서도 잘 녹지 않습니다.

    건설업종에서는 납판을 부식성 화학물질의 저장이나 생산을 위한 저장탱크, 반응로 그리고 기타 장비를 만드는데 사용됩니다.

    무기 납 화합물은 축전지 제조(일산화납), 페인트나 염료 산업에서 가장 많이 사용되는데 특히 탄산납, 황산납, 산화납, 규산납 등은 실외용 페인트의 원료로 사용됩니다.

    그러나 현재는 많은 나라들에서 납이 함유된 페인트를 실내에서 사용하는 것을 법이나 규정으로 금지하고 있는데 그 이유는 수많은 분야에 산업적으로 매우 유용하게 사용되고 있음에도 불구하고 인체에 대한 건강 위험 또한 매우 높기 때문입니다.



    니켈 Nickel 니켈, 비철금속, 니켈 특성

    니켈, 비철금속, 니켈 특성

    특성

    니켈은 연성이 풍부한 금속으로, 은백색의 광택을 가졌습니다. 그리고 철, 코발트와 함께 철족원소라고 불리며 전자석에 대면 니켈 자신도 자석이 되는 성질을 나타내는 강자성을 띠고 있습니다. 또한 니켈의 용융점은 상당히 높아서 고온에서도 안정적으로 존재할 수 있습니다.

    공기 중에서 변하지 않고, 산화 반응을 일으키지 않고 비교적 저렴하게 구할 수 있어 도금이나 합금 등을 통해 동전의 재료로도 사용됩니다.

    활용분야

    니켈은 잘 늘어나는 성질로 인해 다른 금속과 혼합하여 합금으로 많이 이용되는 데요, 아연과 마찬가지로 표면이 산화하며 치밀한 막이 생겨 내부를 보호해서 녹이 잘 슬지 않으므로 철 등의 금속 표면에 도금하거나 합금을 만들어 부식 방지로 사용할 수 있습니다. 니켈은 부착성이 뛰어나 도금하기 쉽고 철제 부품에서 녹스는 걸 방지할 목적으로 하는 도금에 활발히 쓰이고 있습니다.

    니켈은 우리 생활에서 아주 쉽게 찾을 수 있는 데요, 일반 가정에서 사용하는 식기,수저 컵 등에도 포함되어 있습니다. 그리고 전기 통신기 재료로서 널리 쓰이고 있는 데 진공관 재료로 쓰이고, 높은 열전도성과 높은 강도 덕분에 식품 가공장치와 열교환기 등에 활용됩니다. 뿐만아니라 비행기, 항공 우주선, 의료용 기구,각종 전자 기기의 충전용 배터리 등 다양한 용도로 사용됩니다.


    주석 Tin 주석, 특성, 주석 특성, 비철금속 주석, 철금속

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    특성

    주석은 실온에서 고체 상태이며 낮은 온도에서도 녹이기 쉬운 특성을 가지고 있습니다. 외부의 충격에 깨지지 않고 늘어나는 가단성이 있는 전이후 금속으로 쉽게 산화되지 않으며 부식에 대한 저항성이 있습니다. 따라서 합금 또는 다른 금속의 부식을 막기 위한 도금에 사용됩니다. 공기 중이나 수중에서 안정하고 잘 부식되지 않으며 인체에도 해롭지 않습니다.

    활용분야

    주석은 마찬가지로 공기 중에서는 산화되어 보호막을 형성하는데, 이러한 성질을 이용하여 다른 금속 위에 주석을 얇게 도금하기도 합니다. 특히 철에 주석을 도금한 것을 양철이라고 하고, 양철로 만든 통조림 깡통은 음식 보존에 널리 이용되고 있습니다.

    또한 주석은 전기, 전자 및 반도체 산업이 발달함에 따라 부식방지 및 땜납 목적으로 주로 사용합니다. 그리고 전자 제품의 회로 연결, 금속 부품의 접합 등에도 쓰이고 있습니다. 그러나 주석은 일부 화합물 형태에서는 환경 및 건강에 해로울 수 있으므로 적절한 사용 및 처리를 필요로 합니다.

    지금까지 비철 금속의 종류와 특징 그리고 활용 분야까지 살펴보았습니다. 비철금속은 모든 산업에 필요한 기초 재료이기에 현대 사회의 발전에 중요한 역할을 하고 있습니다.

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