금속을 식별하는 능력은 용접, 가공, 절단, 제작 등 많은 작업에서 귀중한 기술입니다.
금속 조각을 식별하는 데 사용할 수 있는 여러 현장 식별 방법이 있습니다. 일반적인 방법으로는 외관 검사, 스파크 테스트, 칩 테스트, 자석 테스트, 때로는 경도 테스트가 있습니다. 때로는 금속의 외관만으로도 식별할 수 있습니다.
금속 작업자들은 작업장에 들어오는 금속 스크랩과 시트를 식별하기 위해 전통적인 방법부터 현대적인 방법까지 다양한 방법을 사용합니다. 이 글에서는 잘 알려진 전통적, 현대적 금속 식별 방법과 각각의 장단점을 탐구합니다.
인기 있는 전통적 테스트 방법은 외관, 스파크, 로크웰, 브리넬 경도 테스트입니다. 일반적으로 이 테스트들의 이점은 비용 효율적이지만, 단점으로는 담당자 경험에 크게 의존하고 샘플을 손상시킬 수 있는 방법이 포함됩니다.
외관 테스트가 항상 충분한 정보를 제공하는 것은 아니지만, 금속을 분류하기에 충분한 정보를 제공할 수 있습니다. 이 테스트는 금속의 색상과 금속 표면의 기계 가공 자국 유무를 고려합니다.
스파크 테스트는 금속 조각을 충분한 압력으로 고속 휴대용 또는 고정식 그라인더에 대고 스파크 스트림을 생성하여 수행합니다. 숙련된 금속 작업자가 스파크 스트림을 시각적으로 검사하여 금속을 식별하며, 금속을 식별하기 전에 스파크 스트림의 길이, 색상, 형태를 고려합니다.
이 시각적 스파크 테스트 기법을 사용할 때, 숙련된 기술자에게 이 테스트를 맡길 것을 권장합니다.
로크웰 경도 시험기가 필요합니다. 이 방법의 목적은 시험기의 원뿔형 압자(Indenter)가 만든 압입 깊이를 측정하는 것입니다.
이 특정 테스트는 금속의 많은 특성 중 하나인 경도만 드러내므로 제한적입니다. 부드러운 금속은 더 깊은 압입을, 단단한 금속은 더 얕은 인상을 남깁니다.
브리넬 경도 테스트는 의도된 물체가 남긴 금속 인상을 평가한다는 점에서 로크웰과 유사합니다. 브리넬 경도 테스트는 인상 면적을 측정한다는 점에서 다릅니다.
경화된 강구(Steel Ball)를 3,000kg 하중으로 금속 표면에 강제로 눌러 인상을 만듭니다. 인상 면적을 측정하여 경도 수치를 부여합니다. 큰 인상 면적은 더 부드러운 금속을 의미하며, 이는 더 낮은 경도 수치를 의미합니다.
눈이나 개인 경험에만 의존하지 않고, 현대적 금속 테스트 방법은 기술을 도입하여 처리 속도와 결과 정확도를 향상시키면서 샘플을 보호합니다.
인기 있는 기술 중 하나는 X선 형광(XRF)과 광학 방출 분광법(OES)을 사용하는 양성 금속 식별(PMI, Positive Metal Identification)입니다. PMI는 금속 합금을 분석하여 그 구성과 합금 등급을 식별하는 것으로, 원소의 백분율 양을 읽어 확립합니다. PMI 분석기는 산업용부터 연구용까지 재료의 상세 원소 분석을 제공합니다.
XRF와 OES 기법은 둘 다 몇 초 만에 정확한 결과를 제공하므로 산업에서 널리 사용됩니다. 아래에서 설명하듯 기법 간에는 약간의 차이가 있습니다.
광학 방출 분광법(OES)은 사용이 쉽고 빠르며 고체 재료의 정확한 정량적 분해를 정의할 수 있습니다. OES는 원자 방출 분광법으로도 알려져 있으며, 특정 파장에서 방출되는 빛의 강도를 이용해 시료의 원소 조성을 결정합니다. 지문처럼 광선과 빛의 방출은 금속 유형마다 고유합니다.
분석 결과는 백분율 분해로 제공됩니다. OES 분석은 다재다능하여 고정형, 휴대용, 이동형 환경에서 사용할 수 있습니다. 이 방법의 속도, 다재다능함, 사용 편의성을 결합하면 합금 테스트에 이상적입니다.
X선 형광(XRF)은 재료의 원소 조성을 매우 정밀하고 정확하게 측정합니다. XRF 분광기는 고에너지 X선으로 시료를 여기시켜 시료가 특정 특성 X선을 방출하게 하고, 이를 XRF 분광기가 읽습니다.
휴대용 XRF 건이 필요하지만, 공정은 몇 분의 1초 만에 발생할 수 있습니다. 고농도 금속은 판독에 몇 초가 걸릴 수 있고, ppm 수준의 금속은 몇 분이 걸릴 수 있습니다. 그래도 이보다 빠른 판독은 찾을 수 없습니다.
X선 회절(XRD)은 금속의 화학적 조성 정보를 식별하는 데 사용됩니다. XRD는 XRF와 함께 사용되어 테스트를 한 단계 더 나아가 추가 맥락을 제공할 수 있습니다.
이 공정은 존재하는 결정상을 식별하고 보관된 상 데이터베이스와 비교합니다. 원소는 분말 형태로 분석됩니다.
XRD는 광물, 폴리머, 부식 생성물 및 기타 다양한 미지의 재료를 평가하는 데 도움이 됩니다. 이 방법은 상 식별 및 정량화, 텍스처 분석에도 유용할 수 있습니다.
전통적 방법에서는 수년간의 훈련이 필요하지만, PMI 분광계를 가진 금속 작업자는 몇 분 만에 훈련되어 과제를 시작할 수 있습니다.
이 기술을 사용하는 신품 및 중고 금속 분석기는 온라인 재고에서 확인하십시오.
레이저 유도 파괴 분광법(LIBS)은 원자 방출 분광법의 한 형태이지만, 고에너지 레이저 펄스로 시료를 여기시킵니다. 이 기술은 시료에 비파괴적이며 스크랩 금속 분석에 인기가 있습니다.
철강은 철 성분을 포함하여 대부분 자성을 띠고, 비철강은 철이 포함되지 않음을 의미합니다. 철강 금속의 예는 저탄소강으로도 알려진 연강(Mild Steel)입니다. 비철강 금속의 예는 구리나 알루미늄입니다. 고물상에 갈 때 자석을 가져가는 것은 항상 좋은 생각입니다.
알루미늄은 광택 있는 회색 금속으로 공기와 접촉하면 투명한 산화막이 형성됩니다. 식별에 최선은 아닐 수 있지만, 알루미늄 녹는점은 658°C(1217°F)입니다. 또한 알루미늄은 스파크가 나지 않습니다(Non-sparking). 알루미늄 밀도는 2.70 g/cm³로, 밀도 = 질량 ÷ 부피로 재료 밀도를 구할 수 있어 식별에 좋은 방법입니다. 앞서 말했듯 알루미늄은 비철강입니다.
대부분 청동은 구리와 주석의 합금이지만, 건축용 청동에는 소량의 납이 들어있습니다. 청동은 어두운 구리빛을 띠며 시간이 지나면 녹색 산화막이 생깁니다. 청동 녹는점은 구성 비율에 따라 850-1000°C(1562-1832°F)입니다. 청동은 비철강입니다. 합금이라 밀도는 다양합니다. 청동은 치면 종처럼 진동합니다.
황동은 또 다른 구리 합금이지만 주석 대신 아연을 포함합니다. 황동은 황금색을 띱니다. 황동 녹는점은 구성 비율에 따라 900-940°C(1652-1724°F)입니다. 황동은 비철강입니다. 합금이라 밀도는 다양합니다. 황동을 치면 종처럼 진동하는데, 이것이 금 대신 황동인지 판단하는 데 사용될 수 있습니다.
크롬은 매우 광택 있는 은색이며 시간이 지나면 투명한 산화막을 형성합니다. 크롬 녹는점은 1615°C(3034°F). 순수 크롬으로 만든 물건은 드물지만, 광택과 녹 방지를 위해 많은 것들이 크롬 도금됩니다. 크롬 밀도는 7.2 g/cm³. 크롬은 비철강입니다.
구리는 황동, 청동 등 많은 합금으로 만들어집니다. 구리는 연한 붉은색을 띠며 시간이 지나면 녹색 산화막이 생깁니다. 구리는 비철강입니다. 구리 녹는점은 1083°C(1981°F). 구리 밀도는 8.94 g/cm³. 구리도 황동처럼 치면 종처럼 진동합니다.
금은 광택 있는 노란색이며 산화막이 없습니다. 금 녹는점은 1064.18°C(1947.52°F). 금은 매우 부드럽고 매우 무겁습니다. 금은 높은 전기 전도성(더 많은 전류 통과)을 가져 많은 코드 커넥터에 금 도금이 되어 있습니다. 금 밀도는 19.30 g/cm³. 금은 비철강입니다. 금은 '귀금속'으로 매우 비싸며 동전과 보석에 사용됩니다.
철은 철강(Ferrous, 드디어!)이고 자성을 띱니다. 철은 연마하지 않으면 칙칙한 회색이며 녹은 붉은색입니다. 철은 강철 등 많은 합금에 사용됩니다. 철 녹는점은 1530°C(2786°F). 철 밀도는 7.87 g/cm³.
납은 연마하지 않으면 칙칙한 회색, 연마하면 더 광택이 납니다. 납은 비교적 낮은 녹는점 327°C(621°F)를 가집니다. 납은 비철강입니다. 납은 매우 무겁고 밀도는 10.6 g/cm³입니다.
마그네슘은 회색을 띠며 산화막이 생겨 색이 칙칙해집니다. 마그네슘 녹는점은 650°C(1202°F). 마그네슘은 분말이나 얇은 스트립 상태에서 극도로 인화성이 높습니다. 마그네슘은 매우 밝게 타며, 물을 부으면 수소와 산소 두 인화성 기체로 분리되어 매우 뜨거워 끄기 매우 어렵습니다.
산소 없이도 탈 수 있어 끄기 더 어렵습니다. 마그네슘은 밀도 1.738 g/cm³로 매우 가볍습니다. 가벼워서 자동차 엔진 블록에 사용되며, 밝게 타서 소이 무기(소각용)와 불꽃놀이에 사용됩니다.
연강은 연마하지 않으면 검정~진한 회색, 연마하면 은색입니다. 연강은 철과 같은 붉은 녹 산화막을 가집니다. 연강도 철강이고 자성을 띱니다. 연강의 다른 이름은 저탄소강(Low-carbon Steel)입니다.
연강은 연삭 시 노란 스파크를 냅니다. 연강 밀도는 약 7.86 g/cm³지만 철과 탄소의 합금(저탄소강)이라 변동됩니다. 연강 녹는점은 1350-1530°C(2462-2786°F)입니다.
니켈은 연마하면 광택 있는 은색, 연마하지 않으면 더 어둡습니다. 철 합금이 아닌 몇 안 되는 자성 금속 중 하나입니다(미국 5센트 니켈 동전은 구리-니켈 합금이라 자성이 없습니다). 니켈 녹는점은 1452°C(2645°F). 니켈 밀도는 8.902 g/cm³.
스테인리스 강은 광택 있는 은색이며 산화막을 형성하지 않습니다. 크롬(5번)이 강철에 혼합되고, 굳을 때 크롬이 산화막을 강철 위에 얇게 남기는데, 이는 너무 얇아 보이지 않아 강철 색이 드러납니다.
스테인리스 강 녹는점은 1400-1450°C(2552-2642°F). 스테인리스 강 밀도는 합금이라 다양합니다. 합금에 따라 일부 스테인리스 강은 자성을 띠지만 모두 철강입니다.
주석은 연마하면 은회색(대부분 금속처럼), 연마하지 않으면 더 어둡습니다. 주석은 비교적 낮은 녹는점 231°C(449°F)를 가집니다. 주석 밀도는 7.365 g/cm³. 주석은 비철강입니다.
티타늄은 연마하지 않으면 은회색 금속, 연마하면 더 어둡습니다. 티타늄은 연삭 시 밝은 흰색 스파크를 냅니다. 티타늄은 비철강입니다. 티타늄 녹는점은 1795°C(3263°F). 티타늄 밀도는 4.506 g/cm³.
은은 연마 전에도 광택 있는 회색이나 시간이 지나면 검은 막이 생겨 연마해야 합니다. 은 녹는점은 961.78°C(1763.2°F). 은은 모든 금속 중 가장 높은 전기 전도성을 가집니다(더 많은 전류 통과).
은 밀도는 10.49 g/cm³. 은은 비철강입니다. 은은 '귀금속'으로 비싸며 동전과 보석에 사용됩니다.
아연은 천연적으로 칙칙한 회색이며 연마하기 매우 어렵습니다. 아연은 산화막이 생기며 일부 아연을 벗겨내는데, 이 때문에 다른 것들을 아연으로 코팅해 아연이 '녹슬게' 하여 모재를 보호하는데, 이를 아연도금(Galvanization)이라고 합니다.
저렴한 비용 덕분에 아연은 미국 페니의 주 금속입니다. 아연 녹는점은 419°C(786°F). 아연은 비철강입니다. 아연 밀도는 7.14 g/cm³.
금속
금속 적층 제조는 가능하게 하는 새로운 것들로 흥미롭습니다. 이미 더 연비 효율적인 항공기를 위한 더 가벼운 부품을 만들고 맞춤형 의료 임플란트로 환자들의 삶을 개선하는 데 도움을 주었습니다. 시장도 성장하고 있어, 분석가들은 금속 적층 제조가 향후 10년간 2,280억 달러 규모의 구성요소를 생산할 것으로 예측합니다. 금속 적층 제조의 약속은 명확하지만 반드시 쉽게 실현되는 것은 아닙니다. 부분적으로 금속 적층 제조 설계에는 가파른 학습 곡선이 있기 때문입니다. 제조 산업은 감산 레거시 공정에 대해 수십 년간 축적한 기능적 지식이
메탈 스피닝(Metal Spinning / Metal Turning) = 회전 기계(주로 CNC 선반)로 금형을 금속판에 압착해 성형. 타 선삭과 달리 소재 제거 없이 형상만 변형. 금형 형상 그대로 금속에 전사. 공정 단계 (CNC 선반 기준) 원형/사각/직사각 금속판을 CNC 선반 드라이브 영역에 장착, 압력 패드로 고정 CNC 선반 회전하며 금형 압착 회전 원심력·압력으로 금속판 변형 → 금형 형상 그대로 성형 수작업 시 작업자가 금형 수동 압착 장점 상온 가공(Cold Working): 가열/용융 無 → 쉽고 안전
