구리와 구리합금(구리의 성질과 특성, 구리합금들)

1. 구리와 구리 합금 

 - 구리와 구리 합금은 전기 및 열전도율이 다른 금속에 비하여 높고 전연성이 좋아 가공하기 쉬움

 -  구리 합금은 황동과 청동이 많이 사용되며, 냉 난방기기, 화학 공업용 급수관, 송유관, 가스관, 기계 부품, 건축재료, 가구 장식, 화폐 등에이용되고 있음.

 

1. 구리

  - 구리의 제조 방법은 적동광, 황동광, 휘동광, 반동광 등의 동광석을 용광로에서 용해시켜 20~40%의 구리를 함유하는 황하구리(Cu2S)와황화철(FeS)의 혼합물로 만듦. 이를 다시 전기로에서 산화, 정련하여 순도 98~99.5%의 조동으로 만듦. 구리는 조동으로부터 제조하는 방법에 따라 전기 구리, 탈산 구리, 무산소 구리로 분류됨.

 - 구리(Cu)는 비중이 8.96이고, 용융점이 1083℃로 가공성이 좋은 금속

 

 (1) 구리의 성질과 특성

    1)물리적성질

      -구리는 열전도율이 보통 금속 중에서 가장 높고, 전기 전도율은 은(Ag) 다음으로 높으며 비자성체. 구리의 색깔은 담적색이나 공기 중에서 표면이 산화되어 암적색이 되고, 결정격자는 면심입방격자이며 변태점이 없음.

    2) 화학적 성질

      - 구리는철강 재료에 비해 내식성이 커 공기 중에서는 거의 부식되지 않으나 황산, 염산에 용해되며 습기, 탄산가스, 해수 등에 녹색의 녹을 발생함. 그러나 이산화탄소(CO2)에 접하면 표면에 녹색의 염기성 탄산구리가 생기며, 인체에 유독하다 탄산구리는 물에 녹지 않고, 보호 피막의 역할을 하며, 부식률이 낮아 수도관, 물탱크, 열 교환기, 선박 등에 널리 사용됨.

    3) 기계적 성질

      - 구리는 항복 강도가 낮아 상온에서 가공성이 풍부하여 소성 가공률이 클수록 인장 강도와 경도는 증가하지만 연신율 및 단면 수축률은 떨어짐.

 

 (2) 구리의 용도

 - 구리는 전기 및 열전도율이 높아 판재, 봉재, 관재, 선재 등으로 가공되어 전기 재료 및 그 밖에 용도에 많이 사용됨. 또 구리는 도전율이 우수하여 송전선, 진공관용 전기 기기류 등의 재료와 내식성, 전열서이 좋아 인쇄용 부품, 급수관 등에 사용됨.

 

2. 구리 합금

 (1) 황동(brass)

 - 황동은 구리와 아연의 2원 합금으로 놋쇠라고도 함. 구리에 비하여 주조성, 가공성 및 내식성이 좋음. 황동의 기계적 성질은 아연의 함유량에 따라 달라지는데, 인장강도는 아연 40% 정도에서 최대가 되고, 연신율은 30% 부근에서 최대가 됨. 따라서 7.3황동 및 6.4황동은 아연의 함유량에 따라 나타나는 기계적 성질의 특징을 이용하여 실용화한 합금임.

    1) 7·3황동(cartridge brass)

      - 아연을 28~30% 정도 함유한 7·3 황동은 대표적인 가공용 황동으로 전연성이 크고 상온 가공이 용이하므로 판, 봉, 선 등으로 만들어 사용함. 이 빡에 자동차 방열기 부품, 파이프, 전구 소켓, 각종 일용품, 탄피 등의 재료로 사용됨. 7·3황동은 가공 재료로 이용되므로 납이나 철 같은 불순물이 섞이지 않아야 함.

    2) 6·4황동(Muntz metal)

      - 6·4 황동은 상온에서는 7·3 황동에 비하여 전연성이 낮고 인장 강도가 크므로 600~800℃에서 고온 가공한 다음 상온에서 판, 봉 등으로 만듦. 이것은 아연 함유량이 많아 황동 중에서 가장 값이 싸며, 내식성이 다소 낮아 탈아연 부식을 일으키기 쉬우나, 기계 부품용으로 많이 사용됨. 일반적으로 판재, 선재, 볼트, 너트, 열 교환기, 파이프, 밸브, 탄피, 자동차 부품 및 일반 판금용 재료로 널리 사용됨.

    3) 톰백(tombac)

      - 5~20%의 아연을 함유한 황동을 말하며, 강도는 낮으나 전연성이 좋고 색깔이 금색에 가까워 모조 금이나 판 및 선 등에 사용됨.

 

 (2) 청동(bronze)

 - 넓은 의미에서 황동 이외의 구리 함금을 모두 청동이라 함. 좁은 의미로는 구리와 주석의 합금을 말함. 청동의 인장 강도는 주석 함유량에 따라 증가하는데 연신율은 주석 함유량이 7~10%일 때 최대로 되고, 그 이상이 되면 급격히 떨어짐. 청동은 황동보다 주조성이 좋고, 내식성과 내마멸성이 좋으므로, 화폐, 종, 미술 공예품, 동상, 병기, 베어링, 각종 일용품 재료로 사용됨.

    1) 포금

      - 포금은 8~12%의 주석에 1~2%의 아연을 첨가한 구리 합금. 단조성이 좋고 강력하며 내식성이 있어, 밸브, 콕, 기어, 베어링 부시 등의 주물에 널리 사용됨. 해수에 잘 침식되지 않고 수압, 증기압에도 잘 견디므로 선박 등에 널리 사용 됨.

    2) 베어링용 청동

      - 10~14%의 주석을 함유한 청동은 연성은 감소되나 경도가 높고 내마멸성이 크므로 자동차나 일반 기계의 베어링 부분에 널리 사용됨. 이러한 주석 청동 속에 3.0~26%의 납을 함유한 청동은 조직 중에 납을 거의 고용하지 않고 결정립계에 산재하여 윤활성이 좋으므로, 철도차량, 압연 기계 등의 고압용 베어링에 적합함.

    3) 인청동

      - 인청동은 용융 주조할 때 탈산제로 1% 이하의 인을 첨가한 것. 합금 중에서 0.05~0.5%의 인을 첨가하면 구리 용융액의 유동성이 좋아지고, 강도, 경도 및 탄성률 등 기계적 성질이 개선되어 내식성이 우수하게 되는데, 이러한 합금이 인청동. 인청동은 판, 봉, 선으로 가공하여 사용하며, 내식성 내마멸성을 필요로 하는 기어, 캠, 축, 베어링, 코일 스프링, 스파이럴 스프링 등에 사용됨.