제조 프로젝트가 있을 때마다 생산에 적합한 재료를 선택하는 것은 언제나 당사자의 몫입니다. 재료 중 알루미늄과 티타늄은 다양한 산업 분야에서 다양한 용도로 사용되는 금속입니다. 티타늄 알루미늄 중 당신의 계획에 가장 적합한 금속은 무엇인가요?
프로젝트를 진행하는데 있어서 티타늄과 알루미늄 중 하나를 선택하기 전에 해당 재료의 특성의 차이점을 이해하는 것이 가장 중요합니다.
여러분들의 고민을 조금이나마 덜어 들이기 위해 티타늄과 알루미늄의 특성, 장단점, 다양한 용도에 대해 정리해 보겠습니다.
티타늄 알루미늄 특성 비교
프로젝트를 처리할 때 강도와 경량성 등 완벽한 특성을 갖춘 재료를 고려해야 합니다.
특히, 알루미늄과 티타늄이 각광받는 이유는 부식 저항성, 내열성 등과 같은 제작자의 요구 사항을 충족하기 때문입니다.
결과적으로 알루미늄과 티타늄의 차이점을 분석하여 프로젝트에 적합한 재료를 선택하는 것이 도움이 될 것입니다.
1. 원소 구성
일반적으로 일부 구성 요소는 원소 구성으로 인해 특정 응용 분야에 적합하지 않을 수 있습니다. 또한, 다른 요소의 추가된 특성은 일부 금속의 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다.
티타늄은 산소, 니켈, 질소, 철, 탄소 및 수소로 구성됩니다. 티타늄은 주요 원소들의 조합이며, 기타 성분은 0.013~0.5%로 다양합니다.
대조적으로, 알루미늄은 알루미늄을 주요 구성으로 하며 기타 다양한 구성 요소를 가지고 있습니다.
알루미늄 외 포함되어 있는 구성요소에는 지르코늄, 아연, 크롬, 실리콘, 마그네슘, 티타늄, 망간, 철, 구리 등이 포함됩니다.
2. 열 전도성
재료의 열전도율에 따라 열을 전도하거나 전달하는 능력이 결정됩니다.
프로젝트에 좋은 라디에이터가 있는 재료가 필요한 경우 전도성이 높은 재료를 선택해야 할 수도 있지만 반대로 열전도율이 낮은 재료는 좋은 단열재로 사용됩니다.
알루미늄 합금은 17.0W/m-K의 티타늄에 비해 210W/m-K의 높은 열 전도성을 가지고 있습니다.
수치만 보더라도 알 수 있으시겠죠? 결과적으로 알루미늄은 방열판, 열 교환기 및 조리기구에 적합하다는 결과가 나옵니다.
3. 전기 전도도
전기 전도성은 전위 저하로 인해 전자 흐름이 재료를 통과할 수 있도록 하는 재료의 특성이며 구리는 재료의 전기 전도도를 결정하는 데 사용되는 표준 측정 재료입니다.
티타늄은 구리에 비해 약 3.1%의 전기 전도성을 나타냅니다. 이는 티타늄이 최소한의 전기 전도성을 가지며 우수한 전도성이 주요 요소인 응용 분야에는 적합하지 않음을 입증합니다.
그래서 티타늄은 적합한 전기 전도체는 아니지만 저항기를 만드는 데는 좋습니다.
반면, 알루미늄은 구리의 전도성을 64%나 갖고 있어 티타늄보다 더 나은 선택이 될 수 있어 결과적으로 전기 전도성이 필수적인 프로젝트에 안성맞춤인 금속이라고 할 수 있습니다.
4. 강도
금속의 강도는 회복 불가능한 변형에 대한 저항성이지만 강도는 사용되는 금속이나 관련 용도에 따라 다릅니다.
티타늄과 알루미늄 강도의 다양한 형태는 다음과 같습니다.
A. 항복강도
금속의 항복 강도는 영구적으로 변형되기 시작하는 최대 응력으로 상업적으로 순수한 티타늄은 강도가 중간 정도인 재료입니다.
결과적으로 항공기 구조물이나 엔진에 적합한 소재가 아닙니다.
이는 170MPa에서 480MPa까지 다양한 고순도 티타늄의 항복강도를 갖기 때문인데, 이는 고하중 항공구조물에 비해 상당히 낮습니다.
이에 비해 순수 알루미늄은 7 MPa ~ 11 MPa 범위의 항복 강도를 나타내며 알루미늄 합금의 항복 강도는 200MPa에서 600MPa 사이입니다.
B. 인장강도
적당한 온도에서 티타늄 합금의 인장 강도는 상업적으로 가장 부드러운 등급의 순수 티타늄의 경우 230Mpa부터 고강도 합금의 경우 1400Mpa까지 다양합니다.
또한 티타늄의 내력은 품질과 조건에 따라 170Mpa에서 1100Mpa까지 다양합니다.
대조적으로, 알루미늄 합금은 순수 알루미늄에 비해 더 큰 강도를 나타냅니다.
순수 알루미늄은 90Mpa의 인장 강도를 나타내는데 반해 일부 열처리된 알루미늄 합금의 인장 강도를 690Mpa 이상으로 높일 수 있습니다.
C. 전단강도
이는 전단에서 파손되기 전에 구조적 파손에 대한 재료의 저항입니다.
전단강도와 관련된 전단파괴는 일반적으로 평면에 작용하는 힘의 방향과 평행하게 발생하며 티타늄 전단 응력은 합금의 특성에 따라 40~45Mpa까지 다양합니다.
한편, 알루미늄의 전단 응력은 85~435Mpa입니다.
결과적으로 티타늄보다 전단강도가 더 좋기 때문에 전단 강도가 중요한 요소인 경우 티타늄보다 일정 등급의 알루미늄을 고려할 수 있습니다.
5. 밀도와 경도
티타늄과 알루미늄은 모두 다양한 용도로 사용되는 경량 금속입니다.
알루미늄(2712kg/m3)은 티타늄(4500kg/m3)에 비해 밀도가 낮습니다. 그래서 티타늄은 알루미늄보다 2/3 더 무겁지만 알루미늄의 밀도는 훨씬 낮습니다.
금속의 경도는 표면의 변형, 긁힘, 에칭 또는 찌그러짐에 대한 금속의 비교 값으로 티타늄은 일반적으로 알루미늄보다 단단합니다.
그러나 일부 알루미늄 합금은 AA6082 템퍼 T5 및 T6, AA7075 템퍼 T7 및 T6 등과 같이 티타늄보다 높은 경도를 나타냅니다.
따라서 경량 금속이 필요할 때 알루미늄이 최선의 선택이고, 경도가 필요할 때 티타늄이 최선의 선택입니다.
6. 녹는 점
금속의 녹는점은 금속이 고체에서 액체 상태로 변하기 시작하는 온도입니다.
이 온도에서는 금속의 고체 상태와 유체 상태가 균형 잡힌 상태로 존재하므로 재료가 이 온도에 도달하면 열 응용 분야에 사용하기 쉽게 형성됩니다.
티타늄은 1650 – 1670℃의 더 높은 융점을 가지고 있어 적합한 내화 금속으로 만듭니다.
반면, 알루미늄은 660.37℃로 티타늄보다 녹는점이 낮기 때문에 결과적으로 티타늄은 내열성 응용 분야에 사용하기에 적합한 소재라고 할 수 있습니다.
7. 부식 저항
알루미늄과 티타늄은 모두 우수한 내식성을 갖고 있지만, 한 쪽이 다른 쪽보다 더 강한 내식성을 갖고 있습니다.
티타늄은 비반응성 금속이라서 결과적으로 내식성이 높은 특성을 갖고 있습니다. 또한 생체 적합성으로 인해 의료 응용 분야에서 적합한 재료로 사용됩니다.
알루미늄 합금은 산화물 층으로 인해 부식성 원소에 대해 불활성이지만 이러한 합금의 부식은 화학 성분, 온도 및 공기 중 화학 물질과 같은 대기 요인에 따라 달라지기도 합니다.
8. 가공성 및 성형성
금속의 가공성 점수에 따라 사용할 적절한 가공 공정이 결정되는 동시에, 성형성은 금속이 손상 없이 소성 변형을 통과하는 능력입니다.
CNC 터닝 및 밀링은 티타늄과 알루미늄을 사용하여 부품을 생산하는 표준 공정으로 ±0.005의 엄격한 허용 오차를 제공합니다.
복잡한 형상과 가공 폐기물은 재료 가공에 영향을 미칩니다.
복잡한 기하학적 디자인의 부품을 생산할 때 낭비를 피하기 위해 티타늄 가공 대신 저렴한 알루미늄을 사용하는 것을 고려할 수 있습니다.
또한 알루미늄은 어떤 방법으로든 가공이 쉽기 때문에 티타늄보다 쉽게 가공됩니다.
소재의 성질에 따라 여러 가지 방법으로 절삭하실 수 있기 때문에 성형성이 우선시되는 경우에는 알루미늄이 더 적합하다고 할 수 있습니다.
결론
티타늄과 알루미늄은 놀라운 특성, 각각의 장점 및 용도를 지닌 금속입니다.
이 두 재료는 거의 유사한 품질을 갖고 있음에도 불구하고 둘 중 하나가 다른 것보다 더 적합한 개별 용도가 있습니다.
짧게 두 재료를 요약하자면 티타늄은 내열성 응용 분야에 이상적이지만 알루미늄은 프로젝트에 필요한 최고의 열 전도성을 가지고 있습니다.