2000계 Al-Cu-Mg 합금 (Al-Cu-Mg alloys)

Al-Cu-Mg합금이란?

알루미늄 합금 중 처음으로 개발된 석출경화 합금이 바로 2000계 Al-Cu-Mg합금입니다. 알루미늄-구리-마그네슘(Al-Cu-Mg) 합금은 항공우주 및 운송 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 이러한 합금은 강도 대 중량 비율(High strength and low density)이 우수하고, 내식성이 높으며, 내열성이 우수한 것이 특징입니다.

 

Al-Cu-Mg합금의 특징

Al-Cu-Mg 합금은 고강도와 인성의 조합을 나타내는 석출 강화형 합금입니다. 알루미늄에 구리와 마그네슘을 첨가하면 합금의 강도와 경도가 향상되는 동시에 부식에 대한 저항성도 높아집니다. 이러한 합금은 최대 강도를 얻기 위해 열처리될 수 있으며, 성형성, 용접성 및 가공성이 우수합니다. Al-Cu합금에 Mg을 첨가하여 석출경화(precipitation hardening)가 크게 가속되고, 더 강하게 됩니다. 이 합금은 개발된지 오래되었지만, 세부적인 석출과정이 당시 완전히 규명되지 않았습니다. 일반적인 석출과정은 다음과 같습니다.

 

과포화고용체 (Supersaturated solid solution, SSSS) - GP zone - S' (Al2CuMg) - S (Al2CuMg)

 

GP zone은 저온의 시효 (aging) 초기 단계에 형성된다고 볼 수 있습니다. Mg을 첨가하면 Al-Cu 합금의 자연시효가 촉진되는 것은 확산속도가 증가하기 때문이고, 이때 Mg 원자는 Al 모상(matrix) 내의 Cu 원자로 인한 응력을 어느 정도 제거할 수 있습니다. S' 석출물은 모상와 부정합(incoherent)하게 형성됩니다. S' 석출물은 전위가 있는 곳에서 불균일하게 핵생성되고, 판상으로 성장합니다. 이로 인해서 냉간가공에 의해 전위가 증가하게 되면, lath(판상)의 S'상의 밀도도 증가하게 되고, S'상이 주요 강화상으로서 역할을 하게 됩니다. 

 

Al-Cu-Mg합금의 가공방법

Al-Cu-Mg 합금은 주조, 단조, 압출 등 다양한 방법으로 가공할 수 있습니다. 가공경화에 따라 강도의 향상이 가능하고, 가공경화가 석출조직에 영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 연구도 이루어 지고 있습니다. 주조는 복잡한 형상을 만드는 데 사용되는 일반적인 방법인 반면 단조는 고강도 및 인성을 가진 부품을 만드는 데 사용됩니다. 압출은 막대 및 튜브와 같은 재료의 길고 연속적인 단면을 생성하는 데 사용됩니다.

 

Al-Cu-Mg alloys

 

참고

알루미늄 합금의 분류

Guinier-Preston(GP) zone이란?

석출 강화(precipitation strengthening)의 정의와 방법