[강좌] 알루미늄 - 3. 듀랄루민

듀랄루민

듀랄루민은 알루미늄 합금의 꽃이라고 해도 과언이 아니다. 듀랄루민의 종류는 여러가지가 있는데, 그 특성에 따라서 자동차에서부터 비행기, 우주선 등에 널리 사용된다. 이것은 알루미늄으로써 가지는 경량, 내부식성 등의 장점과 더불어 철에 버금가는 높은 강도 등을 가지고 있기 때문이다.

듀랄루민은 1906년 9월 독일인 A.빌름이 발명하였으며, 그가 소속된 뒤렌(Dren)금속회사의 이름과 알루미늄을 따서 듀랄루민으로 명명하였다. 그 후 각종 새로운 강력합금이 발명되었다. 알루미늄 합금의 계열은 크게 두가지로 갈라지는데, 알루미늄과 구리-마그네슘, 아연-마그네슘을 혼합한 듀랄루민계가 그 하나이며, 다른 하나는 부식에 대한 저항력이 강한 내식성 합금인 알루미늄-망간, 마그네슘, 마그네슘-규소계이다. 앞 페이지에서 설명한바와 같이 듀랄루민은 다른 합금에 비해서 내부식성은 떨어지지만 보다 강한 강성을 가지고 있다.

여기서, 듀랄루민도 세가지로 구분되는데, 일반적인 듀랄루민, 그리고 초(超) 듀랄루민, 초초 듀랄루민이 그것이다. 이들은 시효경화성을 가진다. 시효경화란 듀랄루민을 500∼510℃ 정도로 가열한 후 물속에서 급히 냉각시키면 매우 연한 상태가 되는데, 이것을 상온에 방치했을 때 시간이 경과할수록 경화되는 현상을 말한다.

시효경화가 상온에서 일어나면 강도는 철(鐵, Fe)와 유사한 정도가 된다. 이 때의 비중은 2.7이어서 철의 비중의 1/3에 불과하며, 이러한 중량당 강도 비가 대단히 우수하기 때문에 비행기의 재료로 널리 사용된다. 듀랄루민이 비행기 재료로 사용된 후 듀랄루민의 개량은 비행기의 발달을 촉진시켰으며, 빌름의 듀랄루민보다 강력한 초듀랄루민이 여러 종류 개발되었다. 초듀랄루민 중에서 오늘날 사용되는 재질등급 2024의 듀랄루민은 미국에서 개발한 것으로, 빌름이 발명한 듀랄루민보다 마그네슘이 1% 정도 많으며, 인장강도(引張强度)는 빌름의 것보다 20% 정도 높아 항공기 바깥면의 재료로서 사용된다. 초초듀랄루민 중 ESD는 1930년대 말에 일본에서 연구 개발된 것이다. 8%의 아연, 1.5%의 구리, 1.5%의 마그네슘을 가하여 아연이 섞여 있는 합금의 결점인 응력부식(應力腐蝕)을 크롬과 망간을 0.25% 가하여 방지한 것이다. 7075라고 하는 미국에서 발명된 재료는 이것과 같은 계열의 합금이다.

초초듀랄루민 등은 항공업계에서 널리 사용되어서 오늘날의 항공기에 사용되는 재료의 무게 중 약 50~70%는 알루미늄으로 이루어졌다고 보면 된다. 무게의 감소는 인공위성이나 우주선 등의 비행체에서는 더욱 중요해지는데, 이는 자체중량의 감소는 곧 연료의 감소, 즉 발사비용의 절감으로 직결된다.

컴퓨터 분야에서의 듀랄루민 및 알루미늄 합금

듀랄루민이 가지는 높은 중량당 경도비는 최근에 컴퓨터 쪽에도 적용되고 있다. 비단 듀랄루민 뿐만 아니라 고강성을 가지는 알루미늄 합금들 역시 그 대상에 들어가고 있는데, 바로 시스템의 고온화와 모바일 기기의 급속한 보급 때문이다.

최근의 시스템들은 보다 빠른 속도를 얻기 위해서 많은 에너지를 소모한다. CPU의 클럭 주파수와 소모전력이 정비례한다는 것은 이미 널리 알려진 것이며, CPU에서 발생되는 열량을 방출해주기 위해서 다시 냉각팬 등의 전기기기가 필요해진다. 그래픽카드나 각종 칩셋들 역시 고클럭으로 인한 높은 발열량을 가지게 되었으며, 하드디스크 드라이브들 역시 높은 RPM으로 인한 고온화를 피할수가 없다. 이러한 변화는 시스템의 중요도에 '뛰어난 방열능력'이라는 새로운 명제를 제시했고, 이의 해결을 위해서 알루미늄 합금 재질의 케이스가 등장하고 있는 것이다. 알루미늄 합금으로 이루어진 케이스는 그 자체로써 뛰어난 열전도성을 가지므로 시스템에서 발생되는 열을 밖으로 빼내주기 유리하다. 또한 매우 가볍기 때문에 케이스가 어느정도 커져도 일반적인 철제 미들타워 케이스 정도의 무게만을 가진다. 알루미늄 특유의 내식성으로 인해서 긴 수명을 가진다는 것도 장점중의 하나이다.

모바일 기기에서는 방열능력보다는 역시 무게라는 면에서 바라보아야한다. 이미 소니사의 바이오를 비롯한 몇몇 제품의 외장재에는 듀랄루민이 적용되어서 뛰어난 강성을 자랑한다. 그러면서도 서브노트북 다운 가벼운 무게를 가지고 있다. 모바일 기기라는 것은 사용자가 들고다니는 것이기에 중량의 절감이 필연적이며, 강성을 희생하지 않으면서도 중량에서의 이득을 얻을 수 있는 듀랄루민이 모바일 기기에 선택되는 것은 당연하다고 하겠다.

이러한 추세는 점점 더 심화될 것으로 보인다. 시스템의 고온화와 모바일 기기들의 경량/고강성화를 위한 노력 등은 알루미늄 합금의 사용빈도를 더욱 늘여나갈 것이기 때문이다.