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두랄루민
두랄루민(Duralumin)은 항공기 등에 쓰이는 합금이다. 알루미늄, 구리를 주로 하는 합금이며 망간, 마그네슘도 첨가된다. 본래 알루미늄은 가볍지만 강도가 너무 낮아 실제 사용에 문제가 있었는데, 이 합금의 발견으로 알루미늄의 활용도가 크게 높아졌다. 가볍고도 단단한 합금으로, 비행기 합판이나 자동차 패널에 사용되며 방위 산업에서 장갑차 재료로도 쓰인다.
개요
두랄루민(duralumin 또는 duraluminum, duraluminium, duralum, dural(l)ium 또는 dural)은 독일 알루미늄 회사(Durener Metallwerke AG.)의 금속공학자이던 알프레드 빌름(Alfred Wilm, 1869∼1937)이 20세기 초에 발명한 것으로 구리 4%, 마그네슘 0.5%를 알루미늄에 넣은 합금이다. 이 합금은 고온에서 급랭시켜 평온에 방치해 두면 점점 단단해져서 강하게 되는 특별한 성질이 있다. 이러한 현상을 시효경화라고 한다. 강력한 알루미늄 합금은 대개 시효경화를 이용하여 만든다. 빌름의 두랄루민은 제1차 대전 때 런던 공습을 한 비행선 체펠린에 이용되어 하늘을 나는 금속으로서 크게 유명해졌다.
1931년 미국에서는 두랄루민 속의 마그네슘을 1.5%로 양을 늘려서 보다 강한 합금으로 개량한 초(超)두랄루민을 만들어 냈다. 1936년 일본에서는 초두랄루민보다도 더욱 강한 극초두랄루민을 발명했는데, 이것은 오늘날 초두랄루민과 함께 세계의 항공기 재료의 주류를 차지하고 있다.
최근에는 항공기 외에도 노트북, 등산용 지팡이 등을 만드는데 두랄루민이 폭넓게 사용되는 추세다.
원리
두랄루민이 딱딱해지는 경화원리는 석출경화(Precipitation Hardening)이다. 본래 알루미늄 결정격자 내부에 녹아있던(고용되어 있던) 불순물이 온도가 낮아지고 시간이 지나면서 석출돼 작은 석출물(합금원소) 입자를 알루미늄 기지(α matrix) 내부에 형성하는 걸 원리로 한다. 석출물은 전위(Dislocation) 이동을 방해해 층밀림 변형을 억제한다. 이러한 경화현상이 나타내기 위해 불순물이 석출되는 데 시간이 걸리므로, 두랄루민은 제작 후 며칠~몇 주간 상온에 놓아두어야 한다. 그래서 이를 시효경화(Age Hardening)라고 부르기도 한다.
두랄루민의 시효경화현상은 독일의 야금학자 알프레드 윌름이 발견했다. 이걸 발견한 계기가 재미있는데, 알루미늄으로 단단한 합금을 만들려다가 전부 실패하고 실망한 뒤 머리를 좀 식히려고 열흘간 뱃놀이를 갔다왔더니 그 동안 햇볕을 쨍쨍 받았던 두랄루민이 단단해져 있었던 것이다. 당시 현미경의 성능은 위의 석출 경화 현상을 관측하기엔 턱없이 부족했기에 이후 30년간 업계 누구도 이유를 모른 채 대장간마냥 경험에 의존하여 두랄루민을 만들어야 했다.
윌름에 의해 처음 만들어진 두랄루민은 알루미늄에 구리 4%, 마그네슘 0.5%, 기타 마그네슘, 아연, 규소 중 1~2종이 미량 섞인 합금이었다. 비중은 2.8로 알루미늄의 비중 2.7과 비슷하다.
사용
두랄루민은 가볍고 강도가 좋다는 이점 때문에 과거부터 전투기 구조물의 재료로 애용되어 왔다. 대표적인 사례가 제로센. 중량 대비 강도가 우수한 두랄루민이 없었다면 제로센처럼 극도로 경량화된 전투기를 만들기 힘들었을 것이다. 다만 일본 해군의 요구 스펙을 맞추기 위해 기골마다 구멍을 너무 많이 뚫어 기체강도가 약해져 급강하 속도 650km/h를 넘기면 분해되는 결점이 생겼다.
태평양 전쟁이 끝난 직후의 일본에선 두랄루민이 주방용품의 재료로 쓰이기도 했다. 특히 오키나와 전투로 가재도구를 몽땅 잃어버린 오키나와 주민들이 버려저 나뒹굴고 있던 제로센 등의 전투기 잔해를 가져다가 냄비, 솥, 주전자 등으로 재활용해 유용하게 썼다. 일본 본토의 경우 미쓰비시 등에서 제로센 생산용으로 쓸 예정이었던 두랄루민으로 '제로센 냄비'(ゼロ戦鍋)를 만들었는데 특히 GHQ의 배급품 밀가루로 빵을 굽는 데 많이 썼다고 한다. 철도차량에서는 대표적으로 일본국유철도 63계 전동차의 재료로 쓰이기도 했다.
자전거 애호가들이라면 한번쯤은 들어봤을 시마노사의 하이엔드 로드 컴포넌트 부품인 듀라에이스(Dura-Ace)가 이 합금을 쓰는 걸로도 유명하다. 또 자전거와 스포츠 용품 중 알루미늄 재질로 표시한 것들도 대부분 그냥 알루미늄이 아닌 알루미늄 합금인 두랄루민이다. 맨 알루미늄은 상기했듯이 강도가 형편 없어서 장식품이나 조각품 등 힘 받지 않는 데는 쓸 수 있어도 구조재로는 못 쓴다. 인라인 스케이트 프레임, 골프 채의 헤드나 그립, 자전거 페달, 등산 스틱, 테니스 라켓, 보트의 노, 대다수의 풀 메탈 요요 및 요요의 금속링 부분 등 많은 건 두랄루민으로 만든다. 그러니 시중의 알루미늄 프레임 자전거를 두랄루민 자전거라고 해도 된다. 단, 티타늄과의 합금은 따로 타이태널(Titanium-Aluminium alloy)이라고 하며 통상 두랄루민에 포함하지 않는다.
삼성 SENS의 시리즈 9은 노트북을 두랄루민으로 제조해 무게를 줄였다. 사실 무게는 당연히 플라스틱이 더 가볍다. 물론 두랄루민은 가벼운 동시에 튼튼하고, 무엇보다 시리즈 9의 세일즈 포인트 자체가 두랄루민이란 '뭔가 간지나는 신소재'에 있는 터라… 때문에 성능상 큰 차이가 없는 울트라북인 시리즈 5보다 수십만 원 이상 비싸다.
기타
두랄루민은 KS 규격이나 NAS 규격 등에서 따로 정의하고 있진 않다. 다만 알루미늄 합금 중 2000번대 계열 및 기타 일부 번호대가 두랄루민에 해당한다. 항공기용 구조재로 쓰이는 대표적인 두랄루민은 A2024와 A7075 계열. 다만 국내에선 수요가 거의 없기에 대부분 생산하지 않는다. 그래서 해외에서 구매한다. 근데 이거 미사일이나 전투기 구조물의 재료로도 쓰이기에 미국 등의 나라에선 수출통제 품목이기도 하다. 아예 안 파는 건 아닌데 대량으로 구매시 어디다 쓸 건지 밝혀야 한다.
외래어 표기법에서 규정된 표준은 두랄루민이다.
- 미국식으론 두랄루민이 표준이다. 듀랄루민은 표준에 버금가는 표현일 뿐이다.
- 영국식으론 듀랄루민이 표준이다.
- 알루미늄을 주 성분으로 한 합금이라 그런지, 두랄미늄이라 부르는 사람들도 있다.
참고자료
- 〈두랄루민〉, 《나무위키》
- 〈두랄루민〉, 《위키백과》
- 문은혜 기자, 〈쉽게 배우는 철강용어 두랄루민(Duralumin)〉, 《산업경제》, 2013-10-12
같이 보기
