오늘은 바로발주의 [소재탐구] 4번째 시간입니다. 지금까지 많이 사용되는 소재인 알루미늄, 스테인리스, 카본에 대해서 알아본 적이 있는데요, 오늘은 제조업에서 많이 사용되는 또 다른 소재인 구리에 대해 알아보려고 합니다.
구리의 정의와 역사
구리는 원자번호 29번에 해당하는 금속 원소입니다. 인류가 최초로 제련한 금속이라는 타이틀에 걸맞은 오랜 역사를 가지고 있습니다. 이라크 북부에서 기원전 9000년경에 만들어진 구리 슬이 발견된 적이 있는데요. 그 후 학자들은 최초로 구리가 사용된 시기를 최소 1만 년 전으로 추정하고 있습니다.
중동에서는 기원전 7500년경 불에 구운 구리 광석을 숯과 함께 가열하면, 구리를 획득할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 중국은 기원전 2800년경에 야금학을 터득하기도 했죠.
구리의 장점과 쓰임새
우리에게 구리가 반드시 필요한 이유는 전선의 재료로 사용되기 때문입니다. 즉 구리는 전도성이 뛰어나고 열을 잘 통과시킵니다. 그래서 고압 전류가 흘러도 견딜 수 있습니다. 금, 은, 알루미늄 등 전선으로 사용할 수 있는 금속은 또 있지만, 구리가 가장 저렴합니다. 게다가 가공하기도 쉽죠. 구리는 친환경 소재이기도 합니다. 외부에 노출되면 제품의 내부가 손상되지 않도록, 얇은 보호막 역할을 하는 녹청이 형성됩니다.
녹청의 ‘녹’이라는 단어는 우리가 흔히 ‘녹이 슬다’라고 표현할 때 그 ‘녹’을 말합니다. 이 녹 덕분에 구리를 사용하면 건축물의 유지 비용을 줄일 수 있습니다. 전선과 건축자재 외에도 구리는 동전의 재료로 사용됩니다.
사람들이 잘 모르는 구리의 장점이 하나 더 있습니다. 바로 항균 효과입니다. 예전에도 물론 중요했지만, 구리의 항균 효과는 코로나19 바이러스가 퍼지면서 더 주목받기 시작했습니다. 미국의 국립 알레르기 전염병연구소의 연구 결과에 따르면, 코로나바이러스가 구리 표면 위에서 4시간 만에 비활성화되었다고 합니다. 스테인리스강에서 2일, 플라스틱에서 3일이나 생존한 것에 비하면 놀라운 결과입니다.
구리에 항균 효과가 있는 이유에는 미량동작용이라는 현상이 숨어있습니다. 바이러스가 구리를 숙주로 착각해 접촉하고, 유전물질을 배출하면 구리가 그 유전물질의 복제를 방해한다는 원리입니다. 구리의 이러한 효과 덕에 국내에서는 구리 이온 마스크, 구리를 활용한 택배 포장재, 항균 필름 등에 구리가 사용되고 있습니다.
구리의 종류
구리합금의 종류는 이 글에서 일일이 열거하기 어려울 정도로 많습니다. 하지만 제조업 분야에서 자주 쓰이는 합금을 추려낼 수는 있습니다. 바로발주에 등록된 소재를 기준으로 구리합금(copper alloy)의 종류는 4가지가 있습니다.
- C_1100
터프 피치동이라고도 불립니다. 가장 보편적인 구리의 형태로, 쉽게 말하면 순동입니다. 구리의 순도가 높은 만큼, 전도성, 용접성, 가공성, 내식성 등 위에서 열거한 구리의 장점이 가장 잘 드러나는 소재입니다.
- C_1020
무산소구리라고도 불리며 위에서 언급한 터프 피치동에서 산소를 제거한 구리합금입니다. 산소를 제거하는 이유는 수소 취성을 막기 위해서입니다. 일반적인 터프 피치동은 산소를 0.02~0.05% 정도 포함하고 있습니다.
그런데 이것을 수소 환원 분위기에서 그대로 가열하면 수증기를 발생시켜 고장의 원인이 됩니다. 또한 만약 진공관의 재료로 터프 피치동을 사용하면 가스가 방출되어 관의 진공도를 저하합니다. 그래서 일련의 과정을 통해 산소를 제거한 무산소구리를 진공관으로 사용합니다. 또한 무산소구리는 고온 환원성 분위기 속에서도 메짐화하지 않습니다.
- C_2801
황동이라고도 불립니다. 구리와 아연이 합쳐진 형태로, 합금 중에서 공업적으로 가장 많이 사용됩니다. 우리말로 놋쇠라고도 불리는 황동은 색깔이 아름답고, 순동보다 주조하기가 쉽습니다. 또한 강도가 높아 전연성이 높기 때문에 배선 기구의 부품, 명찰, 계기판 등으로 사용됩니다.
- C_3604
쾌삭황동이라고도 불립니다. 황동 안에 포함되는 소재이지만, 황동에 납을 첨가한 형태입니다. 이를 통해 쾌삭성과 절삭성을 향상시켰습니다. 대신 강도나 연식율은 황동보다 낮은 편입니다. 쾌삭황동은 전반적으로 절삭성, 전성, 연성이 뛰어나서 볼트, 스크류, 너트 등 정밀 가공품에 많이 사용됩니다.
오늘은 알루미늄, 스테인리스와 같이 제조업 분야에서 많이 사용되는 소재인 구리에 대해서 알아보았습니다.
지금도 구리는 기능적으로 매우 중요하게 사용되고 있습니다. 환경적 관점이나 미적 관점으로도, 구리는 유용하게 사용될 여지가 많습니다. 다시 말해, 미래에도 현재 주목받는 미래 소재들만큼이나, 중요한 위치를 차지할 거라는 뜻입니다.
이번에는 이처럼 단점은 거의 없이 장점이 가득한 구리를 이용하여 제품을 만들어 보는 게 어떨까요?
