합금

Alloy
왼쪽에서 오른쪽으로: 3개의 합금(베릴륨 구리, 인코넬, 강철)과 3개의 순수 금속(티타늄, 알루미늄, 마그네슘)

합금은 적어도 하나가 금속화학 원소혼합물이다.금속 염기가 있는 화합물과 달리 합금은 전기 전도율, 연성, 불투명도 및 광택같은 결과 물질에 포함된 금속의 모든 특성을 유지하지만 강도 또는 경도 증가 등 순수 금속의 특성과는 다를 수 있습니다.경우에 따라 합금은 중요한 특성을 유지하면서 재료의 전체 비용을 절감할 수 있습니다.다른 경우 혼합물은 내식성 또는 기계적 강도 등의 구성 금속 원소에 시너지 특성을 부여한다.

합금은 금속 결합 [1]특성에 의해 정의됩니다.합금 성분은 일반적으로 실제 적용의 경우 질량 백분율로 측정되며 기초 과학 연구의 경우 원자 분율로 측정됩니다.합금은 합금을 형성하는 원자 배열에 따라 일반적으로 치환 합금 또는 간질 합금으로 분류됩니다.균질(단상으로 구성됨) 또는 이종(2개 이상의 단계로 구성됨) 또는 금속 간으로 분류할 수 있습니다.합금은 금속 원소의 고체 용액(모든 금속 입자(결정)가 동일한 조성을 갖는 단상) 또는 금속 상(금속 내에 서로 다른 결정의 미세 구조를 형성하는 두 개 이상의 용액)의 혼합물일 수 있습니다.

합금의 예로는 레드 골드( 구리), 스털링 실버(은 및 구리), 스틸 또는 실리콘 스틸(각각 비금속 탄소 또는 실리콘 포함), 납땜, 황동, 퓨터, 두랄루민, 청동아말감 등이 있습니다.

합금은 건물에서 자동차, 수술 도구에 이르기까지 모든 분야에 사용되는 강철 합금에서부터 항공우주 산업에 사용되는 이국적인 티타늄 합금, 비스포킹 도구용 베릴륨 구리 합금까지 다양한 용도에 사용됩니다.

특성.

주조 시 금형에 주입되는 액체 청동

합금은 화학 원소의 혼합물로, 금속의 특성을 유지하는 불순한 물질(혼합물)을 형성합니다.합금은 합금을 사용하면 첨가된 원소가 바람직한 특성을 생성하도록 잘 제어되는 반면, 연철과 같은 불순물 금속은 덜 제어되지만 종종 유용한 것으로 간주된다는 점에서 불순물 금속과 구별된다.합금은 2개 이상의 원소를 혼합하여 제조되며, 그 중 적어도 1개는 금속이다.이것은 보통 1차 금속 또는 기본 금속이라고 불리며, 이 금속의 이름은 합금의 이름이 될 수도 있습니다.다른 구성 요소는 금속일 수도 있고 아닐 수도 있지만, 용해된 베이스와 혼합되면 용해되어 혼합물에 용해됩니다.합금의 기계적 특성은 종종 개별 성분과 상당히 다릅니다.알루미늄과 같이 일반적으로 매우 부드러운(가단성) 금속은 구리와 같은 다른 부드러운 금속과 합금하여 변경할 수 있습니다.두 금속 모두 매우 부드럽고 연성이 높지만 결과적으로 알루미늄 합금의 강도가 훨씬 높아집니다.소량의 비금속 탄소를 철에 첨가하면 강철이라는 합금의 강도가 높아집니다.강철은 매우 강하지만 여전히 상당한 인성과 열처리에 의해 크게 변화할 수 있는 능력으로 인해 현대에서 가장 유용하고 일반적인 합금 중 하나입니다.강철에 크롬을 첨가함으로써 내식성이 향상되어 스테인리스강을 만들 수 있으며, 실리콘을 첨가하면 전기적 특성이 변화하여 실리콘강을 생산할 수 있습니다.

놋쇠 램프

기름이나 물과 마찬가지로 녹은 금속이 항상 다른 원소와 혼합되는 것은 아닙니다.예를 들어, 순수한 철은 구리와 거의 완전히 용해되지 않습니다.성분이 용해되는 경우에도 각 성분은 일반적으로 포화점을 가지며, 이 점을 초과하여 성분을 더 이상 첨가할 수 없습니다.예를 들어 철은 최대 6.67%의 탄소를 포함할 수 있습니다.합금의 원소는 일반적으로 액체 상태에서 용해되어야 하지만, 고체 상태에서는 항상 용해되지 않을 수 있습니다.금속이 고체일 때 용해된 상태로 남아 있으면 합금은 고체 용액을 형성하여 이라고 하는 동일한 결정으로 구성된 균질한 구조가 됩니다.혼합물이 식으면 성분이 불용성 상태가 되어 두 가지 이상의 다른 유형의 결정이 형성되어 서로 다른 상으로 이루어진 이종 미세 구조가 형성될 수 있으며, 일부는 서로 다른 성분보다 더 많은 성분을 가진다.그러나 다른 합금에서는 결정화가 발생할 때까지 불용성 원소가 분리되지 않을 수 있다.매우 빠르게 냉각되면 먼저 균질상으로 결정화되지만 2차 성분에 의해 과포화됩니다.시간이 지남에 따라, 이러한 과포화 합금의 원자는 결정 격자에서 분리될 수 있으며, 보다 안정되어 내부적으로 결정을 보강하는 역할을 하는 제2상을 형성할 수 있습니다.

인코넬제 게이트 밸브

의 합금인 일렉트로넘과 같은 일부 합금은 자연적으로 발생합니다.운석은 때때로 자연적으로 발생하는 과 니켈의 합금으로 만들어지지만, 지구에는 자생하지 않는다.인간이 만든 최초의 합금 중 하나는 금속 주석과 구리의 혼합물인 청동이었다.청동은 고대인들에게 매우 유용한 합금이었다. 왜냐하면 청동은 그 어떤 성분보다 훨씬 강하고 단단하기 때문이다.강철은 또 다른 일반적인 합금이었다.그러나 고대에는 철을 제조하는 동안 화재(용융)로 철광석을 가열하여 우발적인 부산물로만 생성될 수 있었다.다른 고대 합금에는 퓨터, 황동, 선철 등이 있다.현대 시대에, 강철은 다양한 형태로 만들어질 수 있다.탄소강은 탄소함유량만 변화시켜 연강과 같은 연질합금이나 스프링강과 같은 경질합금을 만들어 낼 수 있습니다.합금강크롬, 몰리브덴, 바나듐 또는 니켈과 같은 다른 원소를 첨가하여 고속강 또는 공구강과 같은 합금을 만들 수 있습니다.소량의 망간이 대부분의 현대 강철과 합금되는데, 이는 합금에 해로운 영향을 미칠 수 있는 인, , 산소와 같은 불필요한 불순물을 제거하는 능력 때문입니다.그러나 알루미늄, 티타늄, 니켈 마그네슘 합금과 같은 대부분의 합금은 1900년대까지 만들어지지 않았습니다.인콜로이, 인콘델, 하스텔로이 같은 몇몇 현대의 초합금은 다양한 다른 요소들로 구성될 수 있다.

합금은 엄밀히 말하면 불순물 금속이지만, 합금에 관해서는 일반적으로 불순물이라는 용어는 바람직하지 않은 원소를 의미합니다.이러한 불순물은 모재 및 합금 요소에서 도입되지만 가공 과정에서 제거된다.예를 들어, 유황은 강철에서 흔히 볼 수 있는 불순물이다.유황은 쉽게 철과 결합해 황화철을 형성하는데, 황화철은 매우 부서지기 쉬워서 [2]강철에 약한 부분을 만듭니다.리튬, 나트륨 칼슘은 알루미늄 합금의 일반적인 불순물로 주조물의 구조적 무결성에 악영향을 미칠 수 있습니다.반대로 단순히 원하지 않는 불순물을 함유한 순수 금속은 종종 "불순물 금속"이라고 불리며, 일반적으로 합금이라고 불리지는 않습니다.공기 중에 존재하는 산소는 대부분의 금속과 쉽게 결합되어 금속 산화물을 형성합니다. 특히 합금 과정에서 더 높은 온도에서 그렇습니다.합금 공정에서는 플럭스, 화학 첨가물 또는 기타 추출 야금 [3]방법을 사용하여 과도한 불순물을 제거하기 위해 많은 주의를 기울입니다.

이론.

금속 합금은 하나 이상의 다른 원소와 결합함으로써 이루어집니다.가장 일반적이고 오래된 합금 공정은 베이스 금속을 용해점 이상으로 가열하여 용질을 용해하는 것으로, 용질의 용해점이 베이스의 용해점보다 훨씬 큰 경우에도 가능합니다.예를 들어 티타늄은 액체 상태에서 대부분의 금속과 원소를 용해할 수 있는 매우 강한 용매입니다.또한 산소 등의 가스를 쉽게 흡수하여 질소의 존재 하에서 연소시킵니다.따라서 접촉 표면에서 오염될 가능성이 높아지므로 진공 유도 가열 및 특수 수냉 구리 [4]도가니에 녹여야 합니다.하지만, 철과 탄소 같은 일부 금속과 용질들은 매우 높은 녹는점을 가지고 있어서 고대인들이 녹이는 것이 불가능했다.따라서 합금(특히 간질 합금)은 선철(액체가스), 질화, 탄질화 또는 다른 형태의 케이스 경화(고체가스) 또는 블리스터강(고체가스)을 만드는 데 사용되는 석출 공정과 같은 기체 상태의 하나 이상의 성분과 함께 수행될 수도 있다.또한 고대 패턴 용접(고체-고체), 전단강(고체-고체) 또는 도가니강 생산(고체-액체) 방법에서 볼 수 있는 고체 상태의 성분 중 하나 이상 또는 전부를 사용하여 고체 확산에 의해 원소를 혼합하여 수행할 수도 있다.

금속에 다른 원소를 추가함으로써, 원자의 크기 차이는 금속 결정의 격자에 내부 응력을 생성합니다; 응력은 종종 그 특성을 강화합니다.예를 들어, 탄소와 철의 조합은 주요 원소인 철보다 강한 강철을 생산합니다.합금의 전기 및 열 전도율은 보통 순수 금속보다 낮습니다.합금의 밀도, 반응성, 영 계수 의 물리적 특성은 기본 요소의 특성과 크게 다르지 않을 수 있지만 인장 강도,[5] 연성 및 전단 강도 의 공학적 특성은 구성 재료의 특성과 크게 다를 수 있습니다.이것은 때때로 합금의 원자의 크기에 의한 결과입니다.왜냐하면 큰 원자는 이웃 원자에 압축력을 가하고 작은 원자는 이웃 원자에 인장력을 가하여 합금이 변형에 저항하는 데 도움이 되기 때문입니다.때때로 합금은 소량의 원소가 존재하는 경우에도 거동에 현저한 차이를 보일 수 있습니다.예를 들어, 반도체 강자성 합금의 불순물은 White, Hogan, Shul, Tian Abrie 및 [6][7]Nakamura에 의해 처음 예측된 것과 같이 다양한 성질을 유발합니다.

순수한 금속과 달리, 대부분의 합금은 단일 융점이 아니라 물질이 고체와 액상의 혼합(슬러시)인 용해 범위를 가집니다.용융이 시작되는 온도를 솔리더스라고 하고, 용융이 막 끝났을 때의 온도를 리퀴더스라고 합니다.많은 합금의 경우 공정 혼합물 또는 주변 조성물이라고 하는 특정 합금 비율(경우에 따라 둘 이상의 합금 비율)이 있어 합금이 독특하고 낮은 융점을 제공하며 액체/고체 슬러시 전환이 없습니다.

열처리

원자 배열의 차이를 나타내는 철의 동소체(알파 철과 감마 철)
강철 현미경 사진.상단 사진:아닐(천천히 냉각된) 강철은 상 시멘트(빛)와 페라이트(어둠)로 구성된 펄라이트라고 불리는 이종 층상 미세 구조를 형성합니다.하단 사진:급랭(급랭)된 강철마르텐사이트라는 단상을 형성하며, 이 단상에서는 탄소가 결정 안에 갇혀 내부 응력을 생성합니다.

합금 원소는 모재에 첨가되어 경도, 인성, 연성 또는 기타 바람직한 특성을 유도한다.대부분의 금속과 합금은 결정 구조에 결함을 만들어 경화시킬 수 있습니다.이러한 결함은 해머링, 굽힘, 압출 등에 의한 소성 변형 중에 발생하며, 금속이 재결정화되지 않는 한 영구적입니다.그렇지 않으면 일부 합금의 특성이 열처리에 의해 변경될 수 있습니다.거의 모든 금속은 합금을 재결정하여 결함을 수리하는 어닐링을 통해 연화할 수 있지만, 제어된 가열 및 냉각으로 경화할 수 있는 금속은 많지 않습니다.알루미늄, 구리, 마그네슘, 티타늄 니켈 합금의 대부분은 열처리를 통해 어느 정도 강화될 수 있지만 [8]강철과 같은 수준으로 반응하는 경우는 거의 없습니다.

강철로 알려진 철-탄소 합금의 기본 금속 철은 특정 온도(일반적으로 탄소 함량에 따라 1,500°F(820°C)와 1,600°F(870°C) 사이)에서 결정 매트릭스 원자의 배열(합금성) 변화를 겪습니다.이것은 더 작은 탄소 원자들이 철 결정의 틈새로 들어갈 수 있게 해줍니다. 확산이 일어날 때, 탄소 원자는 철에 용해되어 오스테나이트라고 불리는 특정한 단일 균질 결정상을 형성한다고 합니다.강철이 천천히 냉각되면, 탄소는 철 밖으로 확산되어 점차 저온 동소체로 돌아가게 됩니다.천천히 냉각되는 동안 탄소 원자는 더 이상 철과 함께 용해되지 않고, 순수한 철 결정 사이의 공간에서 더 농축된 형태의 철 탄화물(FeC3)로 핵을 형성하면서 용액 밖으로 침전될 것입니다.강철은 시멘트(또는 카바이드)라고 불리는 철-탄소 상과 순수 철 페라이트라는 가지 상으로 형성되기 때문에 이질적으로 변합니다.이러한 열처리를 통해 강철이 상당히 부드러워집니다.그러나 강철이 빨리 냉각되면 탄소 원자가 확산되어 탄화물로 침전될 시간이 없어지고 철 결정 안에 갇히게 됩니다.급속히 냉각되면 무확산(마텐사이트) 변환이 일어나 탄소 원자가 용액에 갇힙니다.이것은 결정 구조가 낮은 온도 상태로 변화하려고 할 때 철 결정을 변형시켜 결정들을 매우 단단하게 만들지만 훨씬 덜 연성(더 부서지기 쉽습니다.

강철의 고강도는 확산과 침전을 방지(마텐사이트 형성)할 때 나타나는 반면, 열처리 가능한 합금은 대부분 석출 경화 합금으로, 합금 원소의 확산에 따라 강도가 결정된다.가열하여 용액을 형성한 후 빠르게 냉각하면 이러한 합금은 무확산 변환 중에 평소보다 훨씬 부드러워지지만 시간이 지남에 따라 경화됩니다.이러한 합금의 용질은 시간이 지남에 따라 침전되어 금속 간상을 형성하게 되며, 이러한 상은 기본 금속과 구별하기 어렵습니다.고체 용액이 서로 다른 결정상(탄화물과 페라이트)으로 분리되는 강철과 달리, 석출 경화 합금은 동일한 결정 내에서 서로 다른 상을 형성합니다.이러한 금속간 합금은 결정 구조에서 균일하게 보이지만, 이질적으로 작용하여 딱딱해지고 다소 [8]부서지는 경향이 있습니다.

1906년 Alfred Wilm에 의해 석출 경화 합금이 발견되었다.알루미늄, 티타늄 및 구리의 특정 합금과 같은 석출 경화 합금은 열처리 가능한 합금으로, 급랭(빠르게 냉각)하면 부드러워졌다가 시간이 지남에 따라 경화됩니다.Wilm은 기관총 카트리지 케이스에 사용하기 위해 알루미늄 합금을 경화하는 방법을 찾고 있었습니다.알루미늄-구리 합금이 어느 정도 열처리가 가능하다는 것을 알고 Wilm은 알루미늄, 구리 및 마그네슘 첨가로 이루어진 3원 합금을 담금질하려고 시도했지만 처음에는 결과에 실망했습니다.하지만 윌름은 다음 날 그것을 다시 시험했을 때, 상온에서 숙성시키면 합금의 경도가 증가한다는 것을 발견했고, 그의 예상을 훨씬 뛰어넘었다.현상에 대한 설명은 1919년까지 제공되지 않았지만, 두랄루민은 최초의 "연령 경화" 합금 중 하나였으며, 최초의 제플린의 주요 건축 재료가 되었고, 곧 다른 [9]많은 합금들이 그 뒤를 이었다.이러한 합금은 종종 고강도 및 저중량의 조합을 나타내기 때문에 현대 항공기 [10]제작 등 다양한 형태의 산업에서 널리 사용되었습니다.

메커니즘

순수한 금속, 치환, 간질 및 두 가지 조합이 나타나는 합금 형성의 서로 다른 원자 메커니즘

용융된 금속이 다른 물질과 섞일 때, 합금을 형성할 수 있는 두 가지 메커니즘이 있는데, 원자 교환 메커니즘과 인터스티셜 메커니즘이라고 불립니다.어떤 메커니즘이 발생하는지 결정하는 데 있어서 혼합된 각 요소의 상대적 크기가 주된 역할을 합니다.원자의 크기가 비교적 비슷할 때, 일반적으로 금속 결정을 구성하는 원자의 일부가 다른 구성 요소의 원자로 대체되는 원자 교환 방법이 발생합니다.이것은 치환 합금이라고 불립니다.치환합금의 예로는 청동과 황동을 들 수 있으며, 구리 원자의 일부는 각각 주석 또는 아연 원자로 치환된다.

인터스티셜 기구의 경우, 보통 한쪽 원자가 다른 쪽 원자에 비해 훨씬 작기 때문에 모재 결정에서 다른 한쪽 원자를 성공적으로 대체할 수 없다.대신, 작은 원자들은 틈새라고 불리는 결정 매트릭스의 원자 사이의 공간에 갇히게 된다.이를 인터스티셜 합금이라고 합니다.강철은 매우 작은 탄소 원자가 철 매트릭스의 틈새에 들어맞기 때문에 간질 합금의 한 예입니다.

스테인리스강은 탄소 원자가 틈새에 맞기 때문에 간질 합금과 치환 합금의 조합의 한 예입니다. 하지만 철 원자의 일부는 니켈과 크롬 [8]원자로 대체됩니다.

이력 및 예시

운석, 운석 철로 만든 도끼

운석철

인간에 의한 합금의 사용은 니켈과 철의 자연적으로 발생하는 합금인 운석 철의 사용으로 시작되었다.그것은 철 운석의 주요 성분이다.철과 니켈을 분리하는 야금 공정이 없었기 때문에 [11]합금을 그대로 사용했다.운석 철은 도구, 무기, 못과 같은 물체를 만들기 위해 붉은 열로 단조될 수 있다.많은 문화권에서 그것은 차가운 망치로 칼과 화살촉을 두드려 모양을 만들었다.그것들은 종종 앤빌로 사용되었다.운석 철은 매우 희귀하고 값진 것으로 [12]고대인들이 작업하기 어려웠다.

청동과 놋쇠

기원전 1100년 청동도끼
청동 문고리

철은 [13]보통 지구상에서 철광석으로 발견되는데, 그린란드에는 이누이트족에 의해 사용된 토종 철분이 매장되어 있다.그러나 토종 구리는 신석기 시대부터 도구, 보석, 그리고 다른 물건들을 만드는 데 사용되었던 은, , 백금과 함께 전 세계적으로 발견되었다.구리는 이 금속들 중 가장 단단하고 가장 널리 분포되어 있었다.그것은 고대인들에게 가장 중요한 금속 중 하나가 되었다.약 10,000년 전 아나톨리아의 고지대에서 인간은 광석에서 구리와 주석과 같은 금속을 제련하는 법을 배웠다.기원전 2500년경, 사람들은 두 금속을 합금하여 청동을 만들기 시작했는데, 청동은 재료보다 훨씬 더 단단했다.그러나 주석의 경우 영국에서 거의 발견되지 않았다.중동에서 사람들은 구리와 아연을 합금하여 [14]황동을 만들기 시작했다.고대 문명은 다양한 온도 조건과 작업 경화 조건에서 경도,[15] 인성, 녹는점 등 혼합물과 다양한 특성을 고려했으며, 현대 합금 위상도에 포함된 많은 정보를 개발했습니다.예를 들어, 중국 진나라(기원전 200년 경)의 화살촉은 종종 단단한 청동 머리를 가지고 만들어졌지만,[16] 사용 중에 둔해지고 부서지는 것을 방지하기 위해 합금을 조합하여 더 부드러운 청동탕으로 만들어졌다.

아말감스

수은은 수천 년 동안 시나바르에서 용해되어 왔다.수은은 금, 은, 주석과 같은 많은 금속을 녹여 아말감(주변 온도에서 부드러운 페이스트 또는 액체 형태의 합금)을 형성합니다.아말감은 기원전 200년부터 중국에서 갑옷이나 거울과 같은 물건을 귀금속으로 도금하는 데 사용되어 왔다.고대 로마인들은 갑옷에 금을 입히기 위해 종종 수은 주석 아말감을 사용했다.아말감은 페이스트로 바르고 수은이 증발할 때까지 가열되어 [17]금, 은 또는 주석을 남겼습니다.수은은 [18]광산에서 금이나 은과 같은 귀금속을 추출하는 데 종종 사용되었다.

귀금속

과 금의 천연 합금인 Electrum은 동전을 만드는 데 종종 사용되었다

많은 고대 문명들은 순수한 미적 목적을 위해 금속을 합금했다.고대 이집트와 미케네에서 금은 종종 구리와 합금되어 붉은-금, 철은 밝은 버건디-금을 생산했습니다.금은 종종 은이나 다른 금속과 합금되어 다양한 종류의 유색 금을 생산했다.이 금속들은 또한 보다 실용적인 목적을 위해 서로를 강화하기 위해 사용되었습니다.구리는 종종 은에 첨가되어 스털링 실버를 만들었으며, 접시, 은 식기, 그리고 다른 실용적인 물품에 사용하기 위한 강도를 증가시켰다.귀금속은 구매자를 [19]속이기 위한 수단으로 가치가 낮은 물질과 합금되는 경우가 꽤 많았다.기원전 250년경, 아르키메데스는 시러큐스 으로부터 왕관에 있는 금의 순도를 확인하는 방법을 찾도록 의뢰받았고, 아르키메데스의 [20]원리를 발견하면서 "유레카!"라고 외치는 유명한 목욕탕이 되었다.

백랍

퓨터라는 용어는 주로 주석으로 구성된 다양한 합금을 포함합니다.순수한 금속으로서, 주석은 너무 부드러워서 대부분의 실용적인 용도로 사용할 수 없다.하지만, 청동기 시대에, 주석은 유럽과 지중해의 많은 지역에서 희귀한 금속이었기 때문에, 종종 금보다 더 높게 평가되었다.보석, 커틀러리 또는 다른 물건을 주석으로 만들기 위해, 일꾼들은 보통 그것을 다른 금속과 합금하여 강도와 경도를 높였습니다.이 금속들은 보통 납, 안티몬, 비스무트 또는 구리였다.이 용질들은 때때로 개별적으로 첨가되거나 함께 첨가되어 접시, 수술 도구, 촛대 또는 깔때기 같은 실용적인 물품에서 귀걸이, 머리핀과 같은 장식 물품에 이르기까지 매우 다양한 물건들을 만들었다.

퓨터의 가장 초기의 예는 기원전 1450년경 고대 이집트에서 유래되었다.퓨터의 사용은 프랑스에서 노르웨이, 그리고 영국 (고대 주석의 대부분이 채굴된 곳)과 [21]근동에 이르기까지 유럽 전역에 널리 퍼졌다.합금은 중국과 극동에서도 사용되어 서기 800년경에 일본에 도착하여 [22]신사에서 사용되는 의식용 그릇, 찻통, 성배 등의 물건을 만드는 데 사용되었다.

1637년경 중국에 웅덩이를 만들었죠대부분의 합금 공정과는 반대로 액체 선철을 용기에서 주입하여 이산화탄소를 생성하는 탄소를 제거하기 위해 교반하여 연강에서 단철로 남깁니다.

최초의 철의 제련은 기원전 1800년경 아나톨리아에서 시작되었다.블로머리 공정이라고 불리는, 그것은 매우 부드럽지만 연성있는 단철을 생산했다.기원전 800년까지 제철 기술은 유럽으로 전파되어 서기 700년경에 일본에 도착했다.과 탄소의 매우 단단하지만 부서지기 쉬운 합금인 선철은 기원전 1200년 초에 중국에서 생산되었지만 중세까지 유럽에 도착하지 않았다.선철은 철보다 녹는점이 낮아서 주철을 만드는 데 사용되었다.그러나 이 금속들은 기원전 300년경 도가니강이 도입되기 전까지는 실용성이 거의 없었다.이러한 강철은 품질이 낮았고, AD 1세기 경 패턴 용접의 도입으로 합금의 극한 특성 균형을 유지하여 보다 견고한 금속을 생성하려고 했습니다.서기 700년경, 일본인들은 검의 강도를 높이기 위해 블루머리와 주철을 번갈아 접기 시작했고, 슬래그와 불순물을 제거하기 위해 점토 플럭스를 사용했습니다.일본식 도공법은 고대 [15]세계에서 가장 순수한 강철 합금 중 하나를 만들었다.

철의 사용이 기원전 1200년경부터 널리 퍼지기 시작한 반면, 주로 주석의 무역 경로의 중단으로 인해, 금속은 청동보다 훨씬 부드러웠다.그러나 매우 적은 양의 강철(철 합금과 약 1%의 탄소)은 항상 블로머리 공정의 부산물이었다.강철의 경도를 열처리에 의해 수정하는 능력은 기원전 1100년부터 알려져 왔으며, 이 희귀한 재료는 도구와 무기 제조로 평가되었다.고대인들은 철을 완전히 녹일 만큼 높은 온도를 생산할 수 없었기 때문에, 중세에 물집강이 도입될 때까지 상당한 양의 강철이 생산되지 않았다.이 방법은 연철을 숯에 장기간 가열하여 탄소를 도입하였으나, 이러한 방식으로 탄소의 흡수가 매우 느려서 침투 깊이가 그리 깊지 않아 합금이 균질하지 않았다.1740년, 벤자민 헌츠먼은 탄소 함량을 균일하게 하기 위해 도가니에서 물집강을 녹이기 시작했고, 공구 강철의 대량 생산을 위한 첫 번째 공정을 만들었습니다.헌츠먼의 공정은 1900년대 [23]초반까지 공구강 제조에 사용되었다.

중세 유럽에 용광로가 소개되면서 사람들은 연철보다 훨씬 더 많은 양의 선철을 생산할 수 있었다.선철은 녹을 수 있기 때문에 사람들은 강철을 만들기 위해 액체 선철의 탄소를 줄이는 공정을 개발하기 시작했다.퍼들링은 1세기부터 중국에서 사용됐으며 1700년대 유럽에서 공기 중에 녹은 선철을 교반해 산화에 의해 탄소를 제거하는 방식으로 도입됐다.1858년 헨리 베세머는 탄소 함량을 줄이기 위해 액체 선철을 통해 뜨거운 공기를 불어넣어 제강 공정을 개발했습니다.베세머 공정은 최초의 대규모 [23]철강 제조로 이어졌다.

강철은 철과 탄소의 합금이지만, 합금강이라는 용어는 보통 바나듐, 몰리브덴 또는 코발트와 같은 다른 원소를 함유한 강철을 말합니다. 이는 기본 강철의 특성을 바꿀 수 있는 양입니다.고대부터, 강철이 주로 도구와 무기로 사용되었을 때, 금속을 생산하고 가공하는 방법은 종종 철저히 비밀에 부쳐졌다.이성의 시대가 한참 지난 후에도, 철강 산업은 매우 경쟁력이 있었고 제조사들은 그들의 공정이 드러날까 두려워 과학적으로 분석하려는 어떠한 시도도 거부하면서 그들의 공정을 비밀로 유지하기 위해 많은 노력을 했다.예를 들어, 영국의 철강 생산 중심지인 셰필드 사람들은 산업 스파이 행위를 막기 위해 방문객과 관광객들의 마을 출입을 일상적으로 금지한 것으로 알려져 있다.따라서 1860년까지 강철에 대한 야금학적 정보는 거의 존재하지 않았다.이러한 이해 부족으로 인해, 강철은 1930년에서 1970년 사이에 수십 년 동안 합금으로 여겨지지 않았다. 그래서 "합금강"은 3차 및 4차 강철 [24][25]합금의 인기 있는 용어가 되었다.

벤자민 헌츠만이 1740년에 도가니강을 개발한 후, 그는 망간과 같은 원소를 첨가하는 실험을 시작했습니다. 망간은 인과 산소와 같은 불순물을 제거하는 데 도움을 주었습니다; 베세머에 의해 채택되었고 여전히 현대 강철에 사용되고 있습니다.탄소강으로 [26]간주되어야 한다.)그 후, 많은 사람들이 다양한 강철 합금을 실험하기 시작했지만 큰 성공을 거두지 못했다.그러나 1882년, 철강 야금의 선구자였던 로버트 해드필드는 관심을 가져 약 12%의 망간을 함유한 강철 합금을 생산했습니다.망갈로이라고 불리는 이 금속은 매우 단단하고 인성이 강해 상업적으로 사용할 수 있는 최초의 [27]합금강재가 되었다.그 후, 그는 다른 가능한 강철 [28]합금을 찾기 위해 실리콘 강철을 만들었다.

로버트 포레스터 뮈셰는 강철에 텅스텐을 첨가함으로써 고온에서 단단함을 잃지 않는 매우 단단한 모서리를 만들 수 있다는 것을 발견했습니다."R. Muschet의 특수강"[29] (RMS)은 최초의 고속강이 되었다.Muschet의 강철은 1900년 Taylor and White에 의해 개발된 탄화 텅스텐 강철로 빠르게 대체되었습니다. 이 강철은 텅스텐 함량을 두 배로 늘리고 소량의 크롬과 바나듐을 첨가하여 선반과 기계 공구에 사용할 수 있는 우수한 강철을 생산했습니다.1903년 라이트 형제는 비행기 엔진의 크랭크축을 만들기 위해 크롬 니켈 강철을 사용했고, 1908년 헨리 포드는 높은 강도와 [30]고온에 대한 저항력 때문에 그의 모델 T 포드의 크랭크축과 밸브와 같은 부품에 바나듐 강철을 사용하기 시작했다.1912년 독일의 크룹 제철소는 21%의 크롬과 7%의 니켈을 첨가하여 내청강을 [31]개발하여 최초의 스테인리스강을 생산하였습니다.

다른이들

높은 반응성 때문에, 대부분의 금속은 19세기까지 발견되지 않았다.보크사이트에서 알루미늄을 추출하는 방법은 1807년 험프리 데이비전기 아크를 사용하여 제안했다.그의 시도는 실패했지만, 1855년까지 순 알루미늄의 첫 판매는 시장에 도달했다.그러나 추출 야금이 아직 초기 단계였기 때문에, 대부분의 알루미늄 추출 공정은 의도하지 않은 합금을 생산해 광석에서 발견되는 다른 원소로 오염시켰습니다. 그 중 가장 풍부한 원소는 구리였습니다.이러한 알루미늄-구리 합금(당시 "알루미늄 브론즈"라고 불림)은 순 알루미늄보다 앞서 있었으며, 부드럽고 순수한 금속에 비해 강도와 경도를 높였으며, 열처리가 [32]약간 가능한 것으로 확인되었습니다.그러나 연성과 제한된 경화성 때문에 이 합금은 1903년 [30]라이트 형제가 최초의 비행기 엔진을 만들기 위해 알루미늄 합금을 사용하기 전까지는 실용성이 거의 없었고, 더 신기했다.1865년에서 1910년 사이에 크롬, 바나듐, 텅스텐, 이리듐, 코발트, 몰리브덴과 같은 많은 금속을 추출하는 과정이 발견되었고 다양한 합금이 [33]개발되었습니다.

1910년 이전에, 연구는 주로 개인 개인들이 그들의 실험실에서 손장난을 하는 것으로 구성되었다.그러나 항공기와 자동차 산업이 성장하기 시작하면서, 1910년 이후 자동차의 피스톤과 바퀴, 레버와 손잡이용 포트 메탈, 그리고 기체 프레임과 항공기 가죽용으로 개발된 알루미늄 합금이 [30]사용되면서 합금에 대한 연구가 산업적으로 이루어졌습니다.

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레퍼런스

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참고 문헌

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