아연 대 알루미늄: 차이점은 무엇인가?

다이캐스팅 산업은 주로 알루미늄과 아연 합금 다이캐스팅을 포함하며, 최근 몇 년 동안 다이캐스팅의 활용도가 크게 증가했습니다. 특정 용도에 적합한 소재를 선택하고 활용도를 최적화하기 위해서는 아연과 알루미늄의 차이점을 이해하는 것이 매우 중요합니다.

이 글에서는 아연과 알루미늄을 차별화하는 주요 특징을 살펴보고, 그 독특한 특성, 용도, 그리고 실제 적용에 대한 고려 사항을 밝혀보겠습니다.

아연과 알루미늄은 무엇인가요?

아연과 알루미늄은 서로 다른 특성을 가진 금속입니다. 아연은 무른 은백색 금속으로, 부식 방지용 아연 도금, 다이캐스팅, 황동 생산 등 다양한 분야에 사용됩니다.

알루미늄은 항공기 구조, 음료수 캔, 창틀 등 다양한 용도로 사용되는 가볍고 튼튼한 금속입니다.

아연과 알루미늄을 결합하면 서로 다른 특성을 지닌 다양한 합금을 형성할 수 있습니다.

아연 합금이란?

아연 합금은 아연을 주성분으로 하고 다른 금속 원소를 첨가하여 만든 금속 합금을 말합니다. 아연 합금에 일반적으로 사용되는 원소로는 알루미늄, 마그네슘, 구리, 카드뮴, 납, 티타늄 및 기타 저온 아연 합금이 있습니다. 아연 합금은 구성 성분을 용융하여 다이캐스팅이나 기타 압력 성형 방법을 통해 원하는 형태의 재료를 가공하여 제조됩니다.

아연 합금은 제조 공정에 따라 주조 합금과 변형 합금으로 구분할 수 있습니다. 계측기 및 자동차 부품의 다이캐스팅, 보일러 수벽 배관의 고온 내식성 향상을 위한 용융 아연 도금 처리 등 다양한 산업에 적용됩니다.

아연 합금의 특징

• 주조 성능이 뛰어나며, 매끄러운 표면 마감을 갖춘 복잡하고 얇은 정밀 부품 생산이 가능합니다.
• 전기 도금, 분무, 페인팅, 연마, 연삭 등의 표면 처리 옵션을 지원합니다.
• 용융 및 다이캐스팅 공정에서 철을 흡수하지 않고, 압력 부식에 강하며, 금형에 달라붙지 않습니다.
• 양호한 기계적 성질을 가지고 있으며, 주변 온도에서 내마모성을 제공합니다.
• 385℃의 낮은 녹는점을 자랑하며, 다이캐스팅이 용이합니다.

알루미늄 합금이란?

알루미늄 합금은 알루미늄을 기반으로 하는 합금의 한 종류입니다. 구리, 실리콘, 마그네슘, 아연, 망간과 같은 다양한 1차 합금 원소와 니켈, 철, 티타늄, 크롬, 리튬과 같은 2차 합금 원소가 결합되어 있습니다.

밀도 측면에서 알루미늄 합금은 강철보다 밀도가 낮습니다. 강도 측면에서는 일반적으로 강철이 알루미늄보다 강합니다. 그러나 알루미늄의 가벼운 무게를 고려하면 알루미늄이 더 우수한 강도 대 중량비를 보입니다. 일부 알루미늄 합금은 강철보다 강합니다. 뛰어난 가소성을 제공하고 다양한 형상으로 가공할 수 있어 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 비철 금속 구조재입니다. 알루미늄 합금의 응용 분야는 항공, 우주항공, 자동차 제조, 기계 생산, 조선, 화학 산업 등 다양합니다.

알루미늄 합금의 특징

• 가볍기 때문에 무게 감량이 중요한 산업에 이상적입니다.
• 열전도성이 우수합니다.
• 환경 친화적인 구성.
• 저온에 강함.
• 열처리를 통해 유리한 기계적 성질, 물리적 특성, 내식성을 달성할 수 있는 능력.
• 고강도 특성.

아연과 알루미늄 합금의 차이점

재료

아연 합금 소재는 높은 비중을 가지고 있어 주조 성능이 우수합니다. 높은 밀도와 강도를 자랑하며, 고품질 강철과 동등하거나 심지어 이를 능가합니다. 따라서 아연 합금 다이캐스팅 부품은 일반적으로 알루미늄 합금 다이캐스팅 부품보다 무게가 더 무겁습니다.

재산

아연 합금 소재는 낮은 융점, 우수한 기계적 성질, 그리고 내마모성을 나타냅니다. 또한 표면 처리 분야에도 적합합니다. 반면, 알루미늄 합금은 우수한 전기 전도성, 열 전도성, 그리고 내식성을 나타냅니다.

다이캐스팅 공정

아연 합금과 알루미늄 합금의 녹는점은 서로 다릅니다. 아연 합금은 알루미늄 합금보다 녹는점이 낮습니다. 이러한 녹는점의 차이로 인해 다이캐스팅 시 특수 가공 장비와 매개변수를 사용해야 합니다.

아연 합금 다이캐스팅은 일반적으로 핫 챔버 다이캐스팅 기계를 사용합니다. 아연 합금은 이 기계 내에서 용융되므로 사이클 시간이 단축됩니다.

반면, 알루미늄 합금 다이캐스팅은 콜드 챔버 다이캐스팅 기계를 사용합니다. 알루미늄 합금은 기계 외부에서 용융된 후 사출기에 주입됩니다. 이 공정은 핫 챔버 다이캐스팅보다 시간이 더 오래 걸립니다.

아연 합금 다이캐스팅과 알루미늄 합금 다이캐스팅에 서로 다른 가공 장비와 매개변수를 사용함에 따라 완제품의 특성이 다르게 나타납니다. 아연 합금 다이캐스팅은 알루미늄 다이캐스팅보다 내구성과 내식성이 우수한 경향이 있습니다. 반대로 알루미늄 합금 다이캐스팅은 일반적으로 더 가볍고 열전도도가 더 좋습니다.

무게

무게 측면에서 아연 합금은 일반적으로 알루미늄보다 밀도가 높고 무겁습니다. 순수 아연의 비중은 5g/cm³인 반면, 알루미늄은 2.7g/cm³로 더 낮습니다. 이처럼 높은 밀도는 아연 합금의 내충격성을 알루미늄 부품보다 우수하게 만들어 구조용 주물 제조에 선호되는 소재입니다.

속성

두 다이캐스트 소재의 공통적인 특성과 그 차이점을 소개합니다.

• 녹는점

아연은 알루미늄보다 녹는점이 약 420°C로 낮습니다. 녹는점은 다이캐스팅에서 중요한 요소로, 주조 공정 선택에 영향을 미칩니다. 아연의 낮은 녹는점은 핫 챔버 공정에 적합합니다.

이러한 특성은 생산 비용 절감, 생산 효율 향상, 그리고 금형 열화 위험 감소와 같은 이점을 제공합니다. 반대로, 알루미늄은 융점이 높아(약 660°C) 저온 챔버 공정에 적합합니다.

• 열전도도

아연 합금은 알루미늄 다이캐스팅에 비해 열전도도가 우수합니다. 열을 효과적으로 흡수하고 방출하므로 높은 발열량이나 방열이 필요한 용도에 적합합니다. 아연 주물은 특히 방열판이나 전자 제품과 같은 부품 생산에 유용합니다.

• 내식성

아연 주조물은 알루미늄 다이캐스팅 부품을 능가하는 뛰어난 내식성을 가지고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 아연은 부식 방지가 필수적인 혹독한 환경 조건에서의 프로젝트에 더욱 적합합니다.

표면 마무리

다이캐스팅은 CNC 가공 부품과 달리 일반적으로 2차 표면 마감 처리가 필요합니다. 표면 마감의 필요성은 주조 공정과 사용 소재의 종류에 따라 달라집니다.

아연 주물은 기공이 없기 때문에 주조 후 표면이 더 매끄럽고 무늬가 더 뚜렷합니다. 반면, 알루미늄 주물은 주조 과정에서 기공, 패임, 기포가 발생할 수 있으므로 표면 처리가 필요합니다.

아연 주물과 알루미늄 주물 모두 표면 마감 처리 공정을 통해 이점을 얻을 수 있습니다. 그러나 아연은 도금, 분체 도장, 도장, 전기 도금, 아노다이징 등 더 다양한 표면 마감 처리 옵션과 더 잘 호환됩니다.

공구 수명

아연 다이캐스팅에 사용되는 금형은 소재의 마모성이 낮고 융점이 낮아 높은 인장 강도를 필요로 하지 않습니다. 이러한 특성 덕분에 금형 손상이 감소하고 금형 비용이 절감됩니다. 결과적으로 아연 주조에 사용되는 금형은 교체가 필요하기 전까지 1,000,000회 이상의 사출을 견딜 수 있는 반면, 알루미늄 주조에 사용되는 금형은 일반적으로 약 100,000회 사출을 견딜 수 있습니다.

응용 프로그램

아연 주물과 알루미늄 주물은 모두 다양한 산업 분야에 적용됩니다. 아연 주물은 강도가 뛰어나 가전제품과 자동차 다이캐스팅에 널리 사용됩니다.

반면, 알루미늄 주조는 강도 대 중량비가 뛰어나 가볍지만 견고한 부품에 적합합니다. 이러한 특성으로 인해 알루미늄 주조는 경량 소재의 필요성이 중요한 항공우주 산업에서 특히 귀중합니다.

사이클 타임

알루미늄 다이캐스팅과 아연 다이캐스팅을 비교할 때 사이클 타임은 중요합니다. 아연 다이캐스팅은 고압과 낮은 용융점에서 진행되므로 알루미늄 다이캐스팅과 구별됩니다. 결과적으로 아연 다이캐스팅은 알루미늄 주조보다 사이클 타임이 더 짧아 일반적으로 150~200T/3T 더 빠릅니다.

또한, 아연 다이캐스팅의 가열 과정은 콜드 챔버 공정을 사용하는 알루미늄 다이캐스팅과 달리 내부에서 이루어집니다. 또한, 아연 주조의 효율적인 열 방출은 용탕의 응고를 빠르게 하여 사이클 타임을 더욱 단축합니다.

소송 비용

다이캐스팅 생산 비용은 재료 선택, 생산 공정, 작업자의 숙련도, 사이클 타임, 표면 마감 등 다양한 요인에 영향을 받습니다. 아연 합금으로 만든 아연 다이캐스팅은 알루미늄 합금에 비해 가격이 저렴하지만 강도와 내식성이 낮습니다. 알루미늄 다이캐스팅은 더 강하고 내식성이 뛰어나지만 비용이 더 많이 듭니다.

생산 공정은 금속을 녹여 금형에 주입하고 냉각하여 최종 부품을 만드는 과정입니다. 숙련된 작업자와 짧은 사이클 시간은 비용을 절감할 수 있습니다. 또한, 도장이나 도금과 같은 표면 마감 처리는 전체 비용을 증가시킵니다. 일반적으로 아연 다이캐스팅은 알루미늄 다이캐스팅보다 비용 효율적입니다.

언제, 왜 아연 다이캐스팅을 선택해야 할까요?

아연 다이캐스팅과 알루미늄 다이캐스팅 중 하나를 선택해야 하는 딜레마에 직면했을 때 아연 다이캐스팅을 선호하는 옵션으로 만드는 다음 요소를 고려하십시오.

얇은 벽을 가진 부품

아연 다이캐스팅은 다른 소재에 비해 강도가 높아 얇은 두께의 부품 생산에 적합합니다. 아연의 치밀성은 구조적 무결성과 안정성을 보장하여 재료 사용량과 다이캐스팅 비용을 절감합니다.

혹독한 환경 조건

아연 다이캐스팅은 특히 부식되기 쉬운 열악한 환경 조건에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 뛰어난 내식성은 이러한 환경에 노출될 때 부품에 보호층을 형성합니다.

낮은 잔류 응력

다이캐스팅은 용융 금속을 다이에 주입하기 위해 압력을 가하는 공정입니다. 고압 다이캐스팅은 부품에 잔류 응력을 유발할 수 있지만, 저압 다이캐스팅을 활용하는 아연 다이캐스팅은 잔류 응력을 최소화합니다.

다이캐스트 몰드

섬세한 다이캐스팅 금형을 사용하는 경우 아연 다이캐스팅을 선택하는 것이 유리합니다. 아연 다이캐스팅 금형은 알루미늄 다이캐스팅 금형보다 약 10배 더 오래 사용할 수 있습니다.

더 빠른 생산

아연 합금은 융점이 낮아 고압 사출을 이용한 고온 챔버 다이캐스팅 공정이 가능합니다. 이는 다른 소재에 비해 높은 사이클 속도를 제공합니다. 알루미늄 다이캐스팅에서 작업자가 사출기에 주입하기 전에 기계 외부에서 알루미늄을 녹이는 것과 달리, 아연 다이캐스팅에서는 기계 내부에서 아연을 녹입니다.

이러한 요소를 고려하면 아연 다이캐스팅은 다양한 시나리오에서 선호되는 선택이 될 수 있습니다.

알루미늄 다이캐스팅을 선택해야 하는 이유와 시기

알루미늄 다이캐스팅 부품과 아연 다이캐스팅 부품 중 어떤 것을 선택할지 고민할 때, 알루미늄 다이캐스팅을 우선시해야 하는 몇 가지 조건이 있습니다. 다음 요소들을 고려해 보세요.

강도 대 중량 비율

가볍고 높은 인장 강도를 원한다면 알루미늄 다이캐스팅 부품을 고려해 보는 것이 좋습니다. 이 부품은 두 가지 특성을 모두 갖춘 것으로 잘 알려져 있습니다. 특히 항공우주 산업에서는 가벼운 특성 때문에 알루미늄 다이캐스팅 부품을 널리 활용하고 있습니다.

높은 작동 온도

알루미늄 다이캐스팅은 높은 융점과 고온 내성을 갖추고 있어 야금 공정과 같이 고온에서 작동하는 응용 분야에 선호됩니다. 이러한 특성은 극한의 열에 노출되어도 주물의 구조적 및 물리적 특성이 그대로 유지되도록 합니다.

전기 전도도

알루미늄 다이캐스팅은 뛰어난 전기 전도성 덕분에 다양한 전자 부품 다이캐스팅에 널리 사용됩니다. 특히 전자파 차폐와 같이 전자기 신호로부터 부품을 보호해야 하는 분야에서 이러한 특성은 매우 중요합니다.

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결론

아연과 알루미늄은 서로 다른 특성을 가지고 있어 다양한 용도에 적합합니다. 아연은 높은 밀도, 내식성, 낮은 녹는점과 같은 장점을 제공하는 반면, 알루미늄은 가볍고 강도가 높으며 열전도율이 우수합니다. 이러한 차이점을 이해하면 다양한 산업 및 프로젝트에서 현명한 소재 선택을 할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

아연 다이캐스팅은 알루미늄 다이캐스팅보다 더 강합니까?

아연 다이캐스팅 부품은 알루미늄 다이캐스팅보다 강도가 더 높습니다. 전문가들은 아연 다이캐스팅이 여러 일반 비철 합금보다 강도가 뛰어나다고 주장합니다. 아연 합금은 알루미늄 다이캐스팅보다 2.5배 더 강한 것으로 알려져 있습니다.

 알루미늄과 아연 주물을 구별하는 매개변수는 무엇입니까?

무게, 내식성, 융점, 그리고 열전도도가 두 주조물의 차이점입니다. 아연 주조는 다른 주조물에 비해 무게가 더 무겁고, 융점이 더 낮으며, 내식성이 뛰어나고, 열전도도가 더 좋습니다.

 아연과 알루미늄 중 어느 것이 더 부식에 강할까요?

알루미늄 다이캐스팅 부품은 아연 주조보다 내식성이 낮지만, pH 수준에 따라 달라질 수 있습니다. 예를 들어, pH 11의 알칼리 용액에서 알루미늄 주조의 내식성은 아연 주조와 동일합니다.