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황동
황동(黃銅, brass)은 구리(Cu)에 아연(Zn)을 첨가하여 만든 황금빛을 띠는 합금을 일컫는 말이다. 실용되고 있는 합금은 보통 아연 30∼40%가 들어 있는 것으로서, 아연 30%의 것은 칠삼황동, 아연 40%의 것은 육사황동이라고 한다. 한국 고유 기술상으로는 주석 등의 다른 구리 합금과 함께 놋쇠라 한다.
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개요[편집]
황동은 구리에 아연을 첨가하여 만든 합금으로, 청동과 함께 중요한 구리합금으로, 황동이 인공적으로 제조된 것은 1520년경 아연원소가 발견된 후부터이다. 자연합금의 형태로는 고대 그리스 때부터 인류와 친근했으며, 비철금속 중 가장 일상생활과 관계가 깊다.
고체의 구리 속에 아연이 녹아 들어가는 범위(약 35%까지)의 것을 α황동이라고 하는데, 전연성(展延性)이 크므로 두들기거나 늘려서 판 ·봉 ·선 ·관 등으로 가공해서 사용한다. 아연의 양이 많아짐에 따라 경도(硬度)와 강도가 증가하고, 합금의 색도 구리의 붉은기가 도는 색에서 황색에 접근해 간다.
고체의 구리에 고용(固溶)되는 양 이상으로 아연이 들어가면 여분의 아연은 구리와 β 라는 별개의 고체를 만들기 때문에 합금은 α 와 β의 두 가지 고체의 혼합물(2相이 된다고 한다)이 되고, 색은 다시 붉은기가 더해지게 된다. 이러한 2상의 합금 중 대표적인 것은 40% 아연의 이른바 사륙황동으로, 건재(建材)의 쇠붙이 장식, 문의 손잡이 등 놋쇠장식은 대부분 이것이며, α황동보다 견고하고 마모되지 않는다. α황동의 대표적인 것은 30% 아연의 칠삼황동으로, 기물 등과 같이 판에서 따내어 만드는 것에는 이것이 많다. 동전도 α황동이다. 칠삼황동 이외의 α황동도 성분에 따라 여러 가지 용도가 있다. 20% 아연 이하의 것은 금색에 가깝고, 소량의 납을 가하면 더욱 금과 같은 색이 되므로 금단추 ·휘장(徽章) ·불단(佛壇)의 장식구 등으로 사용된다. 20% 아연의 것은 금박의 대용으로 서적의 금글자, 금색 인쇄에 사용되지만, 오래 되면 검게 변한다. 25∼35% 아연의 합금은 공업재료로 중요하며, 아연의 양에 따라 칠삼, 67/33, 65/35 라 하며, 전구의 소켓이나, 총탄의 약협(藥莢), 기타 스프링재로서 가정용 전기기구 등에 사용한다. 또한 금색이라 실내장식에도 많이 쓰이는 외에 주물로도 사용된다.
역사[편집]
황동이 처음 사서에 등장하는 것은 기원전 20세기 경 로마 제국 초대 황제 아우구스투스의 시대이다. 당시의 자료 문헌에서 로마 제국의 화폐와 무기의 소재로 구리와 아연의 합금이 이용되고 있던 것이 밝혀졌다. 당시 황동의 제조는 칼라민이라는 아연 광석을 분말로 하여 구리와 숯을 도가니로 가열하면서 혼합하는 수법이 이용되다. 로마 제국은 기원전 20세기 경부터 서기 180년까지 황동 화폐가 자주 사용되어 있었지만 점차 황동이 사용되는 일이 줄어 들었다.
12세기가 되자 인도에서 솜을 환원제로 한, 금속 아연의 제련이 이루어진다. 16세기에는 금속 아연의 제련 기술이 중국으로 건너가, 황동이 만들어지게 되었다.
1743년에 영국에서 윌리엄 챔피언이 중국에서 전해진 아연의 제련 기술에서 아연의 제조법을 확립하고 유럽에 첫 아연 공장을 건설한다. 이로 인해 유럽에서는 오랫동안 사용하지 않은 아연이 다시 사용되게 산업 혁명을 추진해 나가게 된 것이다. 또한 같은 해에 스웨덴에서는 탄산 아연 및 황화 아연에서 아연을 증류 및 분리하는데 성공 한다. 중국에서 전해진 제련 기술과는 다른 새로운 제조법이 유럽에서 태어난 것이다. 이후 유럽에서는 아연의 공정 연구가 활발해지면서 1746년 독일에서 콜라와 산화 아연 공기를 차단시켜 가열하는 방법으로 금속 아연을 효율적으로 생산하는 데에 성공한다.
1798년에는 독일의 요한 크리스티안 르바그에 의해 내화성 용기에 석탄과 아연 광석을 넣고 가열하여 아연을 증류 제련하는 수평 레토르트 제련에 의한 아연 제련 공장이 건설되었다. 이 공정에 의해 금속 아연을 대량 생산하는 것이 가능하게 된 것이 훗날, 황동 생산에 큰 영향을 미친다.
1832년에는 구리 60% / 아연 40%의 황동이 발명된다. 1840년대에 저렴한 황동 플레이트가 제조되었다. 내식성이 높은 황동은 지금까지 구리가 주 였지만, 선박용 부품 등에 사용되었다. 그 후에도 황동 생산은 발전을 계속하여, 가공의 용이성 · 내식성의 높이 강성의 높이에서 지금도 금관악기와 물 주위의 부품 등의 다양한 용도로 사용되고 있다.[1]
특성[편집]
구리와 아연의 합금으로 구리 6 : 아연 4의 사륙황동 또는 7:3 비율의 칠삼황동이 대표적이다. 아연 함량이 40%일 때 기계적 강도는 최대가 되나 40%를 초과하면 강도가 급격히 떨어지는 성질을 가지고 있다. 구리와 아연을 섞으면 구리의 색이 밝아지면서 노란 빛을 띠고 연성이 좋아져 가공이 쉬워지는데, 이 색깔이 금과 아주 비슷해서 주로 고급 악기나 장신구 등에 쓰인다. 특히 아연 함량 5~20%의 저아연 황동은 톰백 또는 길딩메탈이라 하여 금의 대용품으로 많이 쓰이는데 '금색으로 되어 있고 값싼 것'들은 대부분 이 황동이라고 보면 된다. 여행가서 사는 싸구려 금색 장신구 같은 건 황동일 확률이 거의 백 퍼센트다. 최근 들어 항균에 탁월하다는 것이 알려져 식기로써의 사용이 늘었다. 물론 마냥 값싼 것은 아니다. 구리가 가격이 좀 나가는 금속이기 때문이다.
이외에도 주석, 알루미늄, 납, 철 등을 첨가하여 기계적 성질이나 내식성, 주조성을 향상한 것들도 쓰인다. 노르딕 골드도 일종의 황동이다.
종류[편집]
- 톰백(tombac) : 5∼20% Zn의 황동을 톰백이라 하며, 강도는 낮으나 전연성이 좋고, 금색에 가까우므로 모조 금이나 관 및 선 등에 쓰인다. 95 Cu-5 Zn 합금(gilding metal) 순구리와 같이 연하고, 코이닝(coining)하기 쉬우므로, 동전, 메달 등에 쓰인다.
- 90 Cu-10 Zn 합금(commercial bronze) : 톰백의 대표적인 것으로, 디프 드로잉(deep drawing)용 재료, 메달, 배지(badge)등에 쓰인다. 청동과 비슷한 색깔이므로 청동 대용으로도 쓰인다.
- 85 Cu-l5 Zn 합금(red brass) : 연하고 내식성이 좋으므로 건축용 잡화, 소켓 등에 쓰인다.
- 80 Cu-20 Zn 합금(low brass) : 전연성이 좋고 색깔이 아름다우므로, 장식용 금속 잡화,악기 등의 재료에 쓰인다.
- 7:3 황동(catridge brass) : 7:3황동은 상온에서 전연성이 풍부하고, 압연, 드로잉 등의 가공이 쉽지만, 열간 가공이 어렵다. 7:3황동을 냉간 가공하면 가공 경화를 일으켜 인장 강도와 경도는 뜨임재의 약 2배로 되며, 연신율은 0에 가깝게 된다. 따라서, 7 : 3 황동은 냉간 가공에 적합하여 선, 관, 파이프, 전구의 소켓, 탄피 재료 등에 쓰인다.
- 65 Cu-35 Zn 합금(high or yellow brass) : 고온에서는 단단하고, 전성 및 연성이 저하되므로 냉간 가공하기 전에 풀림을 하여야 한다. 용도는 7:3 황동과 비슷하다.
- 6:4 황동(Muntz metal) : 6:4황동은 상온이나 고온에서도 상당한 전연성이 있어서 가공하기가 쉽고, 열간 가공이 가능하다. 아연의 함유량이 많아 값이 싸며, 고온 가공하여 상온에서 완성하여 판, 봉으로 쓰인다. 내식성이 적고, 탈아연 부식을 일으키기 쉬우나, 강력하기 때문에 복수기용 판, 열교환기용 판, 볼트, 너트 등에 쓰인다.
- 황동 주물(brass castings) : 주물용으로서, 10∼40 % Zn의 것이 여러 가지의 목적으로 사용된다. 주조성을 좋게 하기 위하여 2.5% 이하의 Pb를 첨가하면 좋다. 절삭성, 내해수성, 내알칼리성을 요구하는 선박 부품, 보일러의 부품 등에 쓰인다.
- 특수 황동 : 황동에 Sn, Ni, Mn, Fe, Al 등의 원소를 첨가하여 내마멸성, 내식성, 기계적 성질을 좋게 한 것을 특수 황동이라 한다. 주석 황동 황동에 Sn을 넣으면 탈아연 부식을 억제할 수 있으며, 강도와 경도가 증가하나, 너무 많이 첨가하면 메지게 된다. 애드머럴티 황동(admiralty brass)과 네이벌황동(naval brass)이 있으며, 해수에 대한 내식성이 좋아 복수기, 증발기, 열교환기의 관에 사용된다.
- 니켈 황동 : 황동에 10∼20% Ni을 넣은 것이며, 양은(nickel silver, German silver)이라고도 한다. 전기 저항이 좋고, 내열성과 내식성이 좋으므로 정밀 저항기용 밸브, 콕, 장식품, 프로펠러, 터빈 블레이드 등에 쓰인다.
- 망간 황동 : 양은에 함유되어 있는 니켈을 대부분 망간으로 대치한 것으로, 인장 강도와 연신율은 좋아지나, 양은에 비하여 내식성, 가공성, 용접성이 떨어진다. 선박용 기기, 밸브, 프로펠러, 터빈 블레이드 등에 쓰인다.
- 델타 메탈(delta metal) : 6:4 황동에 l% 내외의 철을 가한 것으로, 강도가 높으나 2% 이상의 철을 가하면 메지게 된다. 내식성이 풍부하므로 청동의 대용품이 된다.[2]
용도[편집]
악기[편집]
금관악기를 만드는 데 사용된다. 보통 금빛을 띠고 반짝이는 금관악기는 모두 황동으로 만들어졌다. 금관악기를 영어로 brass instrument라고 하는 것도 이 같은 이유. 그래서 행진곡 등을 연주하는 금관악기를 중심으로 구성된 악대를 '브라스 밴드'라고 한다. 금색을 띠는 악기 이외에 은색의 금관악기들도 있는데 이들 은색 악기도 결국은 황동과 연관된다. 황동을 구성하는 구리, 아연에 니켈을 더하면 은빛을 띠게 되는데 이를 '니켈-실버'라고 한다. 은색을 띠는 금관악기들은 황동에 은도금이 대부분이며 니켈을 첨가하여 만들어진다면 니켈실버라고 따로 표시한다.
식기[편집]
한국에서도 안성 놋그릇(유기)가 전통적으로 매우 유명했다. 과거 신라에서 만드는 놋쇠는 특히 품질이 좋아 중국에서 신라동이라 부르며 귀하게 여겼으며, 이 기술이 이어져 지금도 한국의 유기는 세계적으로 유명하다.
가공의 용이성과 (부식되지 않았다는 전제하에) 인체에 무해한 특성, 그리고 최근 들어 항균에 탁월하다는 것이 알려져 식기나 고깃집 불판 으로의 사용이 늘었다. 다만 할머니들 중에는 놋그릇 하면 치를 떠는 경우가 많은데, 설거지가 힘들기 때문이다. 게다가 매일 쓰는 물건이 아닌 놋쇠 제기의 경우, 보관 중에 녹이 스는 경우가 많았다. 구리의 녹인 녹청은 독성이 강하므로 제거해주어야 하는데(다만, 일본에서 진행된 한 연구에서는 녹청이 인체에 무해하다고 한다.), 이것은 표면에서 잘 떨어지지 않으므로 기와를 깨뜨려 만든 사금파리 조각과 지푸라기 등으로 죽어라 문질러야 했다. 물론 지금은 대형마트 등에서 광약(유기용제+왁스+연마제)을 사와 천에 묻혀 잘 문질러 닦은 뒤 다른 천이나 결이 고운 종이로 닦아 광약을 제거하고, 마지막으로 더운 비눗물로 씻고 맑은 물로 헹구어 광약을 완전히 씻어내면 된다. 때문에 예전처럼 고생할 필요가 없긴 하지만, 그래도 그럴 필요가 없는 다른 그릇과 달리 별도로 시간을 들여 문질러 닦는 것은 상당히 고생스런 일. 조금만 관리 잘못하면 갈라지는 저질 목기보다는 낫지만 그래도 황동 식기는 잘 닦아 놓으면 광택이 아름다워 고생한 보람이 있다.
군용[편집]
황동이 가장 많이 쓰이는 곳 중 하나는 탄피다. 내압에 쉽게 터지거나 찢어지지 않으면서 경도는 철(대부분의 총포에서 약실의 모재료)에 비해 낮으므로, 황동은 현재 탄피로써 가장 이상적인 재질이다. 특히 순간적인 압력변화는 크면서도 크기의 제약 때문에 두껍게 만들기는 힘든 소구경탄(즉 돌격소총, 권총 등 개인화기용)의 경우 대부분 황동으로 만들어진다. 또 군대 계급장도 한때는 황동제여서 영어 Brass 라는 단어는 군 장성 등 고위 군인 또는 군대조직 자체를 말하기도 한다.
공업용[편집]
접착력이 좋아서 가스가 잘 새지 않기 때문에 공업용으로 쓰일 때에는 가스통같은 압력용기의 연결부분에 많이 사용된다. 또한 가스, 스팀, 물에 대한 내식성이 철에 비해 월등히 높으면서 가격은 스테인리스 재질의 자재보다 저렴하고 작업도 편리하기 때문에 밸브와 배관 부속으로 엄청나게 많이 사용된다. 보통 흔히 볼 수 있는 금속제 열쇠 중에서도 이것을 사용한 예가 많다. 시계 중에도 저가의 제품 중에는 케이스(시계 몸통)를 구리가 적게 들어간 황동 합금으로 만드는 경우가 있는데 스테인리스 스틸보다 저렴하지만 무겁고 스크래치가 잘 나며 도금을 해서 만드는 경우가 많아 잘 벗겨진다.
또한 사포를 쓰기 힘들 정도로 굴곡이 많고 깊은 금속 제품을 다듬어 내거나 녹을 벗겨내는데 황동 솔이 쓰인다. 일반 섬유로 된 솔은 금속의 녹을 벗기거나 연마하는 데 쓰기에는 너무 약하고, 철제 솔은 금속을 필요 이상으로 심하게 손상시키기 때문. 현장에서는 주로 신주솔이라는 이름으로 불리워 진다.
건축 자재용[편집]
일본어의 영향을 받아 일반적으로 '신주' 라고 불린다. 실외에 설치하는 계단 층계 끄트머리에 미끄럼 방지용으로 홈이 난 길다란 황동 판이 사용된다. 또한 수전금구(수도꼭지) 몸통의 주 원료이며 산업용 시설의 배관자재뿐만 아니라 주거, 상업용 건축물의 배관자재로도 많이 쓰인다.
문구류[편집]
샤프에서도 많이 사용된다. 특히 제도 샤프의 경우 적당한 무게감(대략 20~25g 사이)을 위해서 사용하는데, 고급형 제도샤프는 바디까지 황동으로 하는 경우도 있고[16], 저가형 제도샤프의 경우는 바디는 대충 플라스틱으로 만들더라도 선단이나 내부 스프링부분을 황동으로 쓰는 경우가 많다. 최근에는 회사 창립 70주년 한정판이랍시고 그립부 황동에 18K 금도금을 한 샤프도 나왔다.
동전[편집]
대한민국 1원(1966~67년), 5원(1966년~), 10원(1966~2006)짜리 동전, 일본 5엔짜리 동전의 재질로 쓰인다. 일부 국가에서는 황동 코팅한 철동전을 사용하기도 한다.
기타[편집]
가죽 공예에 쓰이는 똑딱이, 기타 장식들 같은 파츠금속 파츠들은 대부분 황동으로 만든 제품을 사용한다. 일본의 KANE사 제품을 일반적으로 가장 많이 사용한다. 황동의 녹스는(에이징되는) 특성이 가죽과 잘 맞고, 번쩍거리는 은색보다 덜 튀어서 가죽과 잘 어울리기 때문. 그리고 앤틱 가구의 손잡이등등 생활공예품들의 금색 파츠들은 대게 이 황동으로 만들었을 가능성이 높다. 구리가 비싸서 일반 철, 니켈로 된 파츠들보다 가격이 비싸기 때문에 고급 제품들에 이용되는 경우가 많다. 때문에 가죽 공예의 경우 저렴한 제품들에는 니켈로 된 은색 파츠를 사용하는 경우도 있다.
러시아의 유명한 사모바르도 황동으로 만든다. 사실 초창기 사모바르는 순 구리로 만들어졌지만 변색이 쉽고, 또 당시의 방법대로 변색을 닦아내면 (벽돌 깬 가루와 잿가루로 문질렀다) 구리가 깎여버려 금새 구멍이 뚫리거나 문제가 생겼기 때문에 황동을 쓰게 됐다. 또한 최초로 사모바르 공장을 설립한 리시친 가문이 원래 포와 총기를 주조하던 집안이라 황동을 사용한 경험이 풍부하기때문이기도 했다.
너클의 경우에도 황동으로 만드는 경우가 잦다. 브래스 너클(Brass Knuckle)이라는 명칭이 붙은 것도 이 때문이다.
각주[편집]
- ↑ KaNonx카논, 〈황동, 구리의 특성과 용도에 대해서 전문가의 해설!〉, 《티스토리》, 2020-07-28
- ↑ 공학나라, 〈황동 (brass) :: 공학나라 기계 공학 기술정보〉, 《티스토리》, 2017-03-13
참고자료[편집]
- 〈황동〉, 《두산백과》
- 〈황동〉, 《나무위키》
- 〈황동〉, 《위키백과》
- 공학나라, 〈황동 (brass) :: 공학나라 기계 공학 기술정보〉, 《티스토리》, 2017-03-13
- KaNonx카논, 〈황동, 구리의 특성과 용도에 대해서 전문가의 해설!〉, 《티스토리》, 2020-07-28
같이 보기[편집]
