알루미늄[aluminum(미), aluminium(영)]
지표에 존재하는 금속에서는 가장 풍부하게 있는 원소로서, 철 또는 구리와 함께 가장 유용한 금속의 하나이다. 원소기호 Al, 원자번호 13, 원자량 26.98. 중요한 광석은 보크사이트. 인류가 공업적으로 사용하기 시작한 것은 19세기의 일이다.
알루미늄은 마그네슘 다음으로 가벼운 경금속으로 밀도는 2.69g/cm3이다. 녹는점은 660.3℃로 낮으므로 내열성은 없으나 전기전도성과 열도전성이 좋으므로 도전재료에 쓰이고 있다. 결정구조는 면심입방정으로 대단히 부드러운 금속이다. 저온에서 강도는 증가하지만 신장의 감소는 적어 부스러지지 않는다.
알루미늄은 활성의 금속이지만 산소와 반응하여 표면에 치밀한 산화막(알루미나)을 형성하므로 오히려 내식성이 좋아진다. 이 산화피막을 두껍게 하여 내식성을 향상시키는 방법을 알루마이트처리라고 한다. 알루미늄은 묽은 염산이나 묽은 황산에는 녹지만 진한 황산이나 크롬산에는 녹지 않는다. 그러나 염소이온이 있으면 내식성은 저하한다. 또 수산화나트륨 등의 알칼리수용액에는 격렬하게 녹는다.
고대그리스나 로마시대, 알루미늄화합물인 백반은 의약이나 염색의 매염제로 사용되어 왔다. 알루미늄을 최초로 단리한 것은 H.C.외르스테드이다. 그는 전류에 의한 자기작용의 연구로 유명한데, 볼타전지 전류의 화학작용도 연구하였다.
그리고 1825년 염화알루미늄과 칼륨아말감을 만들고 공기를 차단하여 수은을 증류제거하여 주석과 같은 외견의 금속을 얻었다. 그러나 이 실험결과는 덴마크의 작은 잡지에서 발표된 것으로 별로 알려지지 않았다.
1827년에 F.뵐러도 마찬가지로 알루미늄을 얻어 그 여러 성질을 기록하였다. 이 방법에 의한 금속괴(金屬塊)는 불순물의 섞여 있는 것이었다. 1854년에 H.E.S.C.뒤비뇨는 나트륨을 이용하여 순도가 높은 알루미늄을 제조하였다. 또 이 해 뒤비뇨와 R.W.분젠은 독자적으로 용융염화나트륨알루미늄을 전기분해하여 알루미늄을 얻었다.
이 때 빙정석을 첨가하면 용융물의 유동성이 증가하는 것을 발견하였다. 알루미늄을 염가로 공업적으로 생산하는 방법은 빙정석(3NaF․AlF3)에 플루오르화물을 첨가한 후 용융염에 알루미나(Al2O3)를 용해하고 탄소전극을 이용하여 전기분해한다.
이것을 홀-에루법이라고 하는데, 1886년에 미국의 C.M.홀과 프랑스의 P.L. T.에루가 거의 동시에 독자적으로 개발하였다. 여기에 쓰이는 알루미나는 순도가 높은 것이 필요하고, 1888년에 바이어가 화학적 방법을 개발하였다(경금속제련).
알루미늄은 가벼운 대신에 강도가 작으므로 여기에 구리 4%와 마그네슘 0.5% 정도를 첨가하여 강도를 증가시킨 것이 듀랄루민으로 불리우는 합금으로, 항공기나 열차 차량용의 구조재에 쓰이고 있다. 이것은 1911년에 독일에서 개발되어 그 후 비행기는 나무와 종이와 철선으로부터 금속제로 된 것으로 일컬어지고 있다,
마그네슘의 첨가량을 증가하고 더욱이 인장강도를 증가한 것은 초듀랄루민으로 불리우고 있다. 여기에 니켈을 2% 첨가한 것은 내열성이 더욱 향상된다. 구리 대신에 실리콘을 첨가한 합금은 가공성이 좋고 내식성도 좋으므로 알루미새시 등 관이나 봉형재에 쓰이고 있다.
구리 대신에 아연을 5~5.8%와 망간이나 크롬을 소량 첨가하고 시효경화시킨 합금은 강도가 높아 항공기용 등에 쓰이고 있다. 단위중량당의 강도는 비강도(比强度)로 나타내고 있다. 리튬은 밀도가 작으므로 1% 첨가하는 것만으로 합금의 밀도는 3% 저하하고 강도는 5~6% 증대한다. 결국 비강도는 9% 증대한다. 가볍고 세므로 항공기나 우주선에 쓰이고 있다.
이 밖에 망간을 1.2% 첨가한 것이나 마그네슘을 3% 정도 첨가한 합금은 내식성이 우수하여 캔, 탱크, 선박, 교량의 재료에 쓰이고 있다. 실리콘을 9~12% 첨가한 합금을 실루민이라고 하여 주물용에 쓰이고 있다. |
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