두랄루민

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1. 개요2. 원리3. 사용4. 기타5. 관련 문서

1. 개요

Duralumin

항공기 등에 쓰이는 알루미늄 합금. 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.

2. 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.[1] 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 1903년에 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 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.

3. 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. 또한 두랄루민 중에서도 경량이 극대화된 초초두랄루민을 사용하여 내부식성이 좋지 못했다. 문제는 제로센은 함재기라 소금기에 끝없이 노출되었다는 점.

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 연합군 최고사령부의 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.[2] 또 자전거와 스포츠 용품 중 알루미늄 재질로 표시한 것들도 대부분 그냥 알루미늄이 아닌 알루미늄 합금이다. 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.[3] 물론 두랄루민은 가벼운 동시에 튼튼하고[4], 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.
단, 노트북의 소재를 두랄루민으로 하는 것은 분명한 장점이 있는데, 금속, 그것도 알루미늄계 금속은 열 전도를 잘 한다.[5] 따라서 노트북 외피 전체가 방열판 역할을 하므로 열 관리에 유리하다. 내장 팬 가동을 줄여서 소음을 줄이기도 하지만 아예 팬리스 시스템으로 만드는 것도 무척 유리하므로 소음은 물론 팬 삭제로 인한 무게 감소 효과까지 얻을 수 있다.

4. 기타

두랄루민은 KS 규격이나 NAS 규격 등에서 따로 정의하고 있진 않다. 두랄루민은 기본적으로 상표명이기 때문. 알루미늄 합금중 2000번대 계열 및 기타 일부 번호대가 두랄루민에 해당한다. 항공기용 구조재로 쓰이는 대표적인 두랄루민은 A2024[6]와 A7075[7] 계열. 다만 국내에선 수요가 거의 없기에 대부분 생산하지 않는다. 그래서 해외에서 구매한다고... 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.[출전]
영국식으론 듀랄루민이 표준이다.[출전]
알루미늄을 주 성분으로 한 합금이라 그런지, 두랄미늄이라 부르는 사람들도 있다.

포켓몬스터 시리즈에 등장하는 포켓몬 두랄루돈의 모티브이다.

5. 관련 문서

[1] 맨 알루미늄이라면 원자가 이리저리 쉽게 움직여서 무르고 강도가 낮은데, 알루미늄 상 안에 불순물이 적절한 크기로 적절하게 배치되면 이 움직임을 방해하여 합금의 강도가 늘어나는 효과를 보인다. 7075-T6처럼 알루미늄 합금 번호 뒤에 붙는 기호는 이 불순물 상의 크기와 배치를 조작하는 열처리 기법을 나타내는 기호다. [2] 정확히는 듀라 에이스만이 아닌, 시마노의 로드계열 최 하위 등급인 소라(Sora)까지 두랄루민으로 만든다. 구동계 등급이 오를수록 더 비싼 합금을 쓰고, 가공 정밀도가 높고 마무리가 좋을 뿐. 물론 가공 비용이 달라 가격 차이도 날 수밖에 없다. [3] 강성을 위해 금속보다 더 두꺼운 플라스틱을 사용한다면, 플라스틱제품이 금속제품보다 더 무거워 질 수는 있다. [4] 튼튼하면 튼튼할수록 가공이 어렵다. 가공하는데 시간이 많이 들면 그 자체로 비용이 상승한다. [5] 당장 CPU 방열판이 뭘로 만드는지 생각해 보자. [6] '초두랄루민'이라는 별명이 있다. [7] 다만 7075는 두랄루민으로 분류하지 않는 경우가 많다. 스미토모 금속공업에서 처음 개발해 두랄루민의 어원(독일의 지명 '뒤렌' + 알루미늄) 및 두랄루민의 발명자와도 별 관계가 없고, 조성에 있어서도 구리 함유량이 2~6%인 2000시리즈 알루미늄 합금에 비해 낮은 1.6%이기 때문. [출전] Oxford Dictionary of English 3rd Ed. [출전]