가장가벼우면서단단한금속이 무엇일까요

Question

요즘들어서 금속중에 가장가벼우면서 단단한것이 무엇인지알아보고싶어서 적어봅니다 비금속은 무시하고요 정말 단단하면서 가벼운 금속요

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

가볍고 단단한 금속으로 가장 많이 꼽히는 것은 티타늄 계열로 철보다 훨씬 가볍지만 강도가 매우 높고 부식에도 강해 항공기 우주 의료 분야까지 널리 사용됩니다 다만 절대적인 무게만 보면 리튬이 가장 가벼운 금속이지만 너무 무르고 반응성이 커서 구조재로 적합하지 않으며 실제 산업에서는 무게 대비 강도가 중요한 기준입니다 그래서 초경량 고강도를 동시에 요구하는 분야에서는 티타늄 합금이나 일부 마그네슘 합금이 대표적인 선택으로 쓰입니다

Answer 2

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

가볍고 단단한 금속을 찾으신다면 티타늄이 가장 먼저 떠오르는 답이에요. 순수 금속 중에서 무게 대비 강도가 가장 뛰어난 금속이거든요.

티타늄의 밀도는 1세제곱센티미터당 약 4.5그램인데 이건 철의 약 57퍼센트 수준이에요. 그런데 강도는 일반 탄소강과 비슷하거나 오히려 높아요. 무게 대비 강도를 따지면 철의 거의 두 배에 달하는 거예요. 거기다 부식에도 극도로 강해서 바닷물에 담가놔도 녹슬지 않거든요. 항공기 엔진 부품, 인공관절, 고급 시계 케이스, 군사 장비에 쓰이는 이유가 다 이 조합 때문이에요.

더 가벼운 금속을 원하시면 알루미늄이 있어요. 밀도가 2.7로 티타늄보다 훨씬 가볍지만 순수 알루미늄은 강도가 낮아서 단단하다고 부르기는 어려워요. 다만 아연이나 구리를 섞은 알루미늄 합금 중에는 일반 강철 수준의 강도를 내는 것도 있어요. 항공기 동체에 쓰이는 7075 알루미늄 합금이 대표적인데, 무게는 철의 3분의 1이면서 강도는 일반 강철에 필적하거든요.

순수 금속 중 가장 가벼운 건 리튬이에요. 밀도가 0.534로 물에 뜰 정도인데, 너무 무르고 공기 중에서 바로 산화되기 때문에 구조 재료로는 쓸 수가 없어요. 그다음으로 가벼운 베릴륨은 밀도가 1.85로 알루미늄보다도 가벼우면서 강도가 강철급이라 이론적으로는 이상적인 금속이지만 가공할 때 나오는 분진이 맹독성이라 사용이 극도로 제한돼요. 인공위성이나 우주 망원경 거울처럼 특수한 곳에서만 쓰여요.

현실적으로 가장 가벼우면서 단단한 금속 재료를 하나만 꼽으라면 티타늄 합금이에요. 특히 Ti-6Al-4V라는 등급이 항공우주 분야에서 가장 많이 쓰이는데 강도와 경량성의 균형이 뛰어나거든요. 가격이 비싸다는 게 유일한 단점인데, 그래서 비용이 덜 중요한 항공이나 의료 분야에서 주로 쓰이고 일상 제품에서는 알루미늄 합금이 그 자리를 대신하는 구조랍니다 :)