[재료공학실험]Al(알루미늄)의 열분석 2부

실험 결과

1. 결과 분석

① 순수한 알루미늄(pure Al)

시간(s)	온도(℃)	시간(s)	온도(℃)	시간(s)	온도(℃)	시간(s)	온도(℃)
5	825	105	618	205	571	305	528
10	770	110	616	210	568	310	522
15	750	115	615	215	567	315	517
20	733	120	613	220	565	320	511
25	717	125	611	225	565	325	506
30	714	130	609	230	564	330	501
35	692	135	608	235	563	335	496
40	677	140	605	240	564	340	490
45	663	145	603	245	564	345	486
50	655	150	601	250	563	350	480
55	645	155	599	255	563	355	475
60	635	160	597	260	563	360	470
65	629	165	595	265	562	365	466
70	621	170	591	270	562	370	462
75	624	175	585	275	561	375	457
80	623	180	586	280	561	380	453
85	622	185	583	285	560	385	449
90	621	190	580	290	560	390	444
95	620	195	577	295	558	395	440
100	619	200	573	300	553

② Al-Si합금

시간(s)	온도(℃)	시간(s)	온도(℃)	시간(s)	온도(℃)	시간(s)	온도(℃)
5	861	135	630	265	572	395	542
10	834	140	624	270	571	400	535
15	786	145	619	275	572	405	528
20	774	150	614	280	572	410	521
25	762	155	609	285	572	415	516
30	750	160	604	290	572	420	510
35	741	165	599	295	572	425	505
40	737	170	594	300	571	430	498
45	732	175	589	305	572	435	492
50	727	180	585	310	571	440	488
55	721	185	577	315	571	445	482
60	717	190	574	320	571	450	477
65	709	195	573	325	571	455	472
70	703	200	573	330	571	460	464
75	697	205	573	335	570	465	462
80	691	210	573	340	571	470	457
85	685	215	573	345	570	475	453
90	678	220	573	350	571	480	448
95	672	225	573	355	570	485	440
100	666	230	572	360	570
105	661	235	572	365	569
110	656	240	572	370	569
115	650	245	572	375	568
120	645	250	572	380	564
125	640	255	572	385	554
130	635	260	572	390	549

토의 사항

1. 실험 고찰

Pure Al에 Si를 11%까지 첨가 시 융점이 감소하며 주조성이 향상된다. 또한 경도가 높아지며 내마모성을 향상시키나 내 충격성은 저하시킨다. Si의 첨가에 따라 양극산화 피막이 회색을 띤다. Mg와 공존할 경우 Mg₂Si를 형성하여 시효처리에 의해 강도가 향상되어 질 수 있고 열팽창 계수를 저하시킨다.

① Pure Al

Al의 melting point는 660℃이다. 실험 결과에서 melting point가 660℃보다 작은 값을 가지는 이유는 불순물의 영향도 있지만 이번 실험에서는 열 전도계의 문제로 인해 Pure Al의 melting point가 정확히 측정되지 않았다.

 

➁ Al-Si

Si의 melting point는 577℃이다. 실험 결과에서는 572℃으로 이론값과 거의 비슷한 값이 나왔는데 약간의 차이가 발생한 이유는 온도를 측정할 때 약간의 손 떨림과 열전대 끝이 도가니 중간에 고정되지 못한 것과 열전대 끝을 용접처리를 하지 않고 임시로 꼬아서 사용했기 때문에 오차가 나타난 것으로 예상할 수 있다. 또. 불순물에 의한 것이라고도 예상할 수 있다. 합금에서 고상점과 액상점은 첨가된 용질원자의 종류와 양에 의해 결정된다. 따라서 실험결과와 Al-Si합금의 상태도를 비교해 보면 Si이 약25%함유된 합금임을 알 수 있다. 

Pure Al과 Al-Si합금의 용융점을 살펴보면 차이가 나는 것을 확인할 수 가 있다. 이것은 다음과 같은 이유를 가지고 있다. 과냉 평형 상태에서 순금속은 일정한 온도에서 응고한다. 즉 열전대를 순금속의 용액에 넣고 서서히 냉각시키면 응고점까지는 온도가 서서히 하강하다가 응고점에 이르면 순금속이 응고되면서 방출한 용융잠열로 말미암아 잠시 일정온도를 유지한다. 그리고 응고가 끝나면 다시 서서히 온도가 하강한다. 그러나 실제로 용융금속을 냉각시키면 열역학적 평형융점보다 낮은 온도에서 응고가 시작된다. 즉 응고점에서 고상의 생성이 억제되는 경우가 있다.

이와 같은 평형응고온도 이하까지 액상이 냉각되는 현상을 과냉이라 한다. 응고온도 이하 ΔT만큼 과냉되면 고상의 핵생성이 급속히 일어나게 되며 응고에 따른 용융잠열의 방출에 의해 다시 평형온도까지 온도가 상승한다. 이러한 과냉은 응고진행 중 열 방출(열전달)이 클수록, 액상 금속 중에 결정핵을 형성할 수 있는 합금성분이 적을수록 더욱 커진다. 따라서 Si이 포함된 합금의 용융점이 Pure Al의 용융점보다 낮게 나타나는 것이다.

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