알루미늄 합금이 시간이 지날 수록 더 단단해 지는 이유가 무엇인가요

Question

안녕하세요

알루미늄 합금의 경우 시간이 지날 수록 더 단단해 진다고 하는데요 왜 약해지는 것이 아니라 오히려 더 단단하게 변하는 것인가요?

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

알루미늄 합금중에 일부 종류는 시간이 지나며 더 단단해지는데 이는 내부에 미세한 석출물이 생기며 강도가 증가하는 시효경화 현상 때문입니다 열처리 후 상온이나 일정 온도 에서 시간이 지나면 합금 원소들이 미세하게 모여 전위의 움직임을 방해하게 됩니다 그 결과 변형이 어려워지면서 강도와 경도는 올라가지만 대신 연성은 다소 감소하는 특성이 나타납니다

Answer 2

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

이 현상은 시효 경화라고 불려요. 알루미늄 합금에서 시간이 지나면서 내부 구조가 변하는 아주 독특한 현상이에요.

알루미늄 합금에는 구리, 마그네슘, 아연 같은 원소가 소량 섞여 있어요. 높은 온도에서는 이 원소들이 알루미늄 원자 사이사이에 고르게 녹아들어 있는 상태예요. 이걸 고용체라고 불러요. 이 상태에서 급랭하면 원소들이 빠져나올 시간 없이 그대로 갇히게 돼요. 여기까지는 앞서 다른 질문에서 설명한 담금질과 비슷한 원리예요.

핵심은 그 다음에 일어나는 일이에요. 시간이 지나면서 갇혀 있던 원소들이 아주 천천히 뭉치기 시작해요. 원자들이 조금씩 이동하면서 같은 종류끼리 모여 아주 미세한 석출물이라는 입자를 만들어요. 이 석출물은 나노미터 수준으로 극히 작지만 알루미늄 격자 안에 촘촘하게 박혀서 원자들의 움직임을 방해하는 장애물 역할을 해요. 금속이 변형되려면 내부 원자들이 미끄러져야 하는데 석출물이 이 미끄러짐을 막아버리니까 점점 단단해지는 거예요 :)