알루미늄 합금은 왜 순수 알루미늄보다 더 단단할까요?

순수 알루미늄은 면심 입방 결정 격자 내에서 전위가 비교적 쉽게 이동하기 때문에 부드럽습니다. 알루미늄 합금은 합금 원소와 열처리를 통해 이러한 전위 이동을 방해하는 장애물이 도입되기 때문에 더 단단합니다.

용액 강화

합금 원자가 알루미늄에 용해되면, 원자 크기의 차이로 인해 결정격자가 왜곡됩니다. 이로 인해 발생하는 국부 응력장은 전위와 상호작용하므로, 소성 변형을 일으키기 위해서는 더 큰 외력이 필요합니다. 이러한 강도 증대 효과는 용질의 종류와 양, 그리고 고체 용액 내에 남아 있는 양에 따라 달라집니다.

금속간 화합물 및 제2상

합금 원소는 금속간 화합물이나 기타 제2상을 형성할 수도 있습니다. 이러한 입자들은 일반적으로 알루미늄 매트릭스보다 훨씬 단단하여 전위 이동을 방해합니다. 따라서 연한 매트릭스와 단단한 화합물이 기계적으로 혼합된 구조는 순수 알루미늄보다 경도가 높지만, 과도한 취성 화합물은 연성과 인성을 저하시킬 수 있습니다.

시효 경화

열처리 가능한 알루미늄 합금은 용체화 처리, 담금질 및 노화 처리를 거칠 수 있다. 노화 과정에서 과포화 고체 용체로부터 미세한 치석이 분산되어 형성된다. 밀접하게 배열된 응집성 또는 반응집성 입자들은 전위를 강력하게 차단합니다. 석출물이 성장하고 그 간격이 변함에 따라 경도는 먼저 최고점에 도달했다가, 과노화 과정에서 다시 떨어질 수 있습니다.

조성과 조질이 중요한 이유

경도는 알루미늄 함량만으로 결정되는 것이 아닙니다. 경도는 합금 체계, 용질 농도, 화합물의 종류와 분포, 결정립 구조, 냉간 가공, 열처리 조건 등을 반영합니다. 이것이 바로 두 가지 알루미늄 합금이나, 동일한 합금이라도 경화 상태가 다른 경우 경도 값이 매우 달라질 수 있는 이유입니다.