철금속 대 비철금속:정의, 예, 특성 및 용도

가장 기본적인 금속 분류 방법 중 하나는 금속을 철 또는 비철로 분류하는 것입니다. 이번 글에서는 철금속과 비철금속 재료가 무엇인지, 그리고 그 특성, 예시, 용도, 차이점에 대해 알아보겠습니다.

철금속이란 무엇입니까?

철금속은 조성 중에 철의 비율이 높은 금속으로 정의됩니다. 철(ferrous)이라는 용어는 철을 의미하는 라틴어 ferrum에서 유래되었습니다. 철은 자성을 띠기 때문에 철금속도 자석에 끌릴 수 있습니다. 이러한 유형의 재료는 강도, 경도, 내구성, 무거운 하중과 가혹한 조건을 견딜 수 있는 능력으로도 잘 알려져 있습니다. 그러나 철 합금의 주목할만한 단점은 수분과 산소에 노출되면 녹과 부식에 취약하다는 것입니다. 따라서 저항성을 향상시키기 위해 보호 코팅이나 합금이 필요한 경우가 많습니다. 철금속은 건설, 자동차, 기계 제조 등의 산업에서 널리 사용됩니다.

금은 철인가요, 비철인가요?

금(Au)은 철을 함유하지 않기 때문에 비철금속입니다. 다른 귀금속에는 은과 백금이 포함됩니다. 수은이나 텅스텐과 같은 희귀 금속도 비철금속입니다.

귀금속은 모두 비철인가요?

그렇습니다. Da Cihai에 따르면 비철금속은 철, 크롬, 망간을 제외한 모든 금속 원소로 정의됩니다. 구리, 납, 아연, 니켈과 같은 중금속; 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 등의 경금속; 금, 은, 백금을 포함한 귀금속; 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨, 니오븀 및 희토류 원소와 같은 희소 금속. 희소금속은 현대 산업에서 매우 중요하기 때문에 다른 비철금속과 별개로 별도의 범주로 취급되는 경우가 많습니다.

철금속의 예시 및 용도

철 기반 금속에는 여러 가지 하위 유형이 있습니다. 이러한 일반적인 철 금속이 다양한 산업 분야에서 어떤 용도로 사용되는지 알아보세요.

탄소강
가장 일반적이고 흔히 사용되는 철금속 유형 중 하나는 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강을 포함한 탄소강(비합금강)입니다. 탄소강은 주로 철과 탄소로 구성되며 함량은 약 0.05%~1%(최대 2.1%)입니다. 다른 요소도 존재하지만 함량이 매우 낮습니다. 고층 건물, 교량, 기계 건설에 탄소강이 사용됩니다. 내구성과 경제성으로 인해 공구, 자동차 부품, 구조용 부품에도 사용됩니다.

합금강
또 다른 그룹은 크롬, 니켈, 몰리브덴, 바나듐과 같은 다양한 원소로 구성된 합금강으로, 중량의 1%~50%를 차지합니다. 이러한 추가 요소는 강도, 내식성 또는 인성과 같은 특정 특성을 향상시켜 금속을 특수 용도에 맞게 맞춤화할 수 있습니다. 합금강은 건설, 공작기계, 자동차 부품, 전기 부품 등에 널리 사용됩니다.

주철
주철은 탄소 함량이 높은(1.5-4%) 철 합금으로 매우 단단하지만 부서지기 쉽습니다. 실리콘을 첨가하면 주조성이 뛰어납니다. 주철은 또한 내마모성이 우수하고 융점이 낮아 조리기구, 자동차 브레이크 부품, 파이프 및 중장비 부품에 이상적입니다. 그러나 주철은 응력을 받으면 균열이 생길 수 있고 유연성이 떨어지기 때문에 취성이 큰 문제가 되지 않는 용도로만 사용이 제한됩니다.

스테인리스강
스테인리스강에는 최소 10.5%의 크롬이 함유되어 있으며 종종 니켈과 결합되어 있습니다. 가장 주목할만한 특성은 내식성입니다. 크롬은 모재 금속으로의 산소 확산을 방지하기 위해 수동 크롬 산화물 층을 형성합니다. 따라서 스테인레스 스틸은 빛나고 깨끗한 상태를 유지할 수 있습니다. 스테인레스 스틸 부품은 주방, 병원, 식품 가공 장비 및 가전 제품에 광범위하게 사용됩니다. 또한 수저류, 수술 기구, 건축학적 특징에도 선호됩니다.

단철
단철은 탄소 함량이 매우 낮고(0.08% 미만) 불순물이 적은 거의 순수한 철입니다. 부드럽고, 가단성이 있고, 연성이며, 가열하거나 망치로 두드려서 모양을 만들기 쉽습니다. 녹과 부식에 대한 저항성은 역사적으로 장식용 울타리, 대문, 난간, 못 및 농업 도구로 인기를 끌었습니다. 오늘날 대부분 강철로 대체되기는 했지만 연철은 장식 및 복원 작업에 여전히 가치가 있습니다.

철금속의 성질

• 강도 및 내구성:철금속은 일반적으로 높은 인장 강도, 내구성 및 견고성을 갖추고 있어 구조적 응용 분야 및 기계 분야에서 오래 지속되는 성능을 보장합니다.
• 자기적 특성:많은 철 금속은 철 성분으로 인해 자기적 특성을 나타냅니다. 전기 장치에서는 자성이 중요합니다.
• 부식 취약성:철 금속은 습기와 산소에 노출되면 녹슬고 부식되는 경향이 있지만 스테인리스강은 예외입니다.
• 비용 효율성:저렴한 가격은 많은 철금속, 특히 주철의 특징입니다. 따라서 대규모 프로젝트에 더욱 경제적인 선택이 됩니다.
• 재활용성:철금속은 재활용이 가능하고 품질을 유지할 수 있습니다. 따라서 이는 새로운 재료에 대한 수요를 낮추고 천연자원을 절약합니다.
• 외관:대부분의 철 금속은 은색 또는 회색을 띕니다. 최종 모습은 특정 합금 및 처리 과정에 따라 달라집니다.
• 전기 전도성:철 금속은 우수한 전기 전도체이므로 전도성이 구리만큼 좋지는 않지만 특정 전기 응용 분야에 유용합니다.

비철금속이란 무엇인가요?

철금속과 달리 비철금속은 상당량의 철(보통 1% 미만)을 함유하지 않는 것이 특징입니다. 철이 없다는 것은 이러한 금속이 녹슬지 않고 자석에 끌리지 않는다는 것을 의미합니다. 비철금속은 경량, 우수한 전기 전도성, 내식성 등의 특성으로 인해 높이 평가되는 경우가 많습니다. 자연적인 내식성은 아래의 금속을 추가 손상으로부터 보호하는 산화물 층에서 비롯되며, 이는 합금의 수명을 연장시킵니다. 비철금속은 전기 배선, 배관, 항공우주 및 장식 품목에 사용하기에 이상적입니다.

비철금속의 성질

• 경량:비철 재료는 일반적으로 밀도가 낮기 때문에 철 재료보다 무게가 가볍기 때문에 무게 감소가 중요한 응용 분야에 더 적합합니다.
• 전기 전도성:구리 및 알루미늄과 같은 많은 비철 금속은 전기를 잘 전도할 수 있으며 에너지 손실이 거의 없이 금속을 통해 전류가 쉽게 흐를 수 있습니다.
• 생체적합성:티타늄, 금과 같은 특정 물질은 유해한 반응을 일으키지 않으므로 인체 내부에서 사용해도 안전합니다.
• 부식성:비철금속은 일반적으로 철금속보다 녹과 부식에 강합니다. 이것이 가장 큰 차이점 중 하나입니다.
• 재활용성:대부분의 비철금속은 여러 번 재활용할 수 있으므로 광석에서 생산하는 것보다 에너지를 덜 사용합니다.
• 열전도율:구리, 알루미늄 등의 비철금속은 열을 효율적으로 전달합니다. 따라서 열교환기, 조리기구 및 냉각 시스템에 사용하기에 적합합니다.
• 가단성 및 연성:많은 비철금속은 파손되지 않고 쉽게 모양을 잡거나 구부리거나 늘릴 수 있습니다. 금과 은은 특히 부드럽고 유연합니다.
• 비자성 :철금속과 달리 대부분의 비철금속은 자석을 끌어당기지 않고 자기적 성질을 가지지 않기 때문에 자기간섭을 피해야 하는 경우에 사용됩니다.
• 미적 매력:비철금속은 자연스러운 광택과 느린 산화 과정으로 인해 종종 매력적인 외관을 가지므로 보석 및 장식용으로 선택됩니다.

비철금속의 예시 및 용도

구리부터 알루미늄까지 CNC 가공 및 기타 기술로 제조할 수 있는 일반적인 비철 재료 목록은 다음과 같습니다.

구리
구리는 수천년 동안 사용되어 왔으며 우수한 전기 및 열 전도성으로 인해 오늘날에도 여전히 인기가 있습니다. 부식에 잘 견디고 연성이 매우 높아 쉽게 성형할 수 있습니다. 구리는 탄소강에 비해 강도가 낮습니다. 구리와 황동(구리 및 아연) 및 청동(구리 및 주석)과 같은 구리 합금은 커넥터, 전기 배선, 배관, 지붕, 조리기구 및 장식품에 사용됩니다. 구리는 또한 시간이 지남에 따라 산화되어 녹색 표면을 띄게 됩니다.

황동
황동은 구리와 아연으로 만든 황금 합금입니다. 많은 금속보다 무겁고 내식성과 가공성이 우수합니다. 황동은 배관, 악기, 장식용품, 각종 산업부품에 사용됩니다. 더 많은 구리를 함유하고 밸브 및 펌프와 같은 응용 분야에 가치가 있는 적동과 같은 유형으로 제공됩니다.

브론즈
주로 구리와 주석으로 이루어진 합금인 청동은 내구성과 내식성이 뛰어난 것으로 알려져 있습니다. 따뜻한 갈색빛을 띠며 조각품, 해양장비, 악기, 건축장식 등에 사용됩니다. 청동은 역사적으로 도구와 무기 분야에서 중요했으며 여전히 예술적이고 실용적인 용도로 높이 평가됩니다.

알루미늄
알루미늄은 가볍고 은백색의 금속으로 작업이 쉽고 부식에 강합니다. 순수 알루미늄은 연성이 매우 높습니다. 구리만큼은 아니지만 열과 전기를 꽤 잘 전도합니다. 이 금속은 비행기, 자동차, 보트, 자전거 프레임, 가정용품, 건축자재 등에 널리 사용됩니다. CNCLATHING의 알루미늄 가공 서비스는 다양한 형상, 표면 마감 및 엄격한 공차를 제공합니다.

리드
납은 부드러움과 내식성으로 잘 알려진 매우 무거운 비철금속입니다. 많은 화학 물질과 쉽게 반응하지 않으며 역사적으로 총알, 파이프 및 페인트에 사용되었습니다. 오늘날 납은 주로 배터리, 전원 케이블, 산성 탱크에 사용됩니다. 납은 독성이 있으므로 취급 시 주의와 전문적인 재활용 공정이 필요합니다.

니켈
니켈은 다른 금속과 합금할 때 인성과 내식성을 추가하며 고온 및 저온에서 우수한 성능을 발휘합니다. 또한 표면을 보호하고 광택 있는 마감을 제공하기 위해 전기도금에도 사용됩니다. 니켈 합금은 항공우주, 전자, 제조 등 다양한 산업에 사용됩니다.

주석
주석은 부드럽고 가단성이 있으며 녹는점이 낮습니다. 주로 식품 캔과 같이 녹을 방지하기 위해 강철에 보호 코팅으로 사용됩니다. 주석은 전자 제품과 배관의 금속 부품을 연결하는 납땜의 핵심 구성 요소이기도 합니다.

티타늄
티타늄은 부식과 고온에 강한 강하면서도 가벼운 금속입니다. 무게 대비 강도 비율이 많은 강철을 능가하므로 항공기, 자동차, 의료용 임플란트 및 스포츠 용품에 이상적입니다. 티타늄 합금은 알루미늄 및 바나듐과 같은 다른 원소와 결합하여 거친 환경에 적합한 재료를 만듭니다.

아연
아연은 표면에 보호층을 형성하여 다른 금속이 녹슬지 않도록 보호합니다. 일반적으로 아연 도금이라는 공정에서 강철을 코팅하는 데 사용됩니다. 아연은 가드레일, 울타리, 자동차 부품, 배터리 등의 제품에 나타납니다. 또한 페인트, 고무 제조 및 해양 분야에서 부식을 방지하기 위한 희생 양극으로도 사용됩니다.

마그네슘
또 다른 인기 있는 비철금속, 마그네슘은 매우 가볍고 무게 대비 강도가 매우 높습니다. 기계 가공이 쉽고 부식에 잘 견딥니다. 이 금속은 항공우주, 자동차 부품, 전자제품, 스포츠 장비 및 의료 기기에 흔히 사용됩니다.

철금속과 비철금속을 식별하는 방법

비철 금속과 철 금속을 식별하려면 간단한 자석 테스트를 사용할 수 있습니다. 철금속은 철을 함유하고 있기 때문에 자성을 띠고 자석이 달라붙지만, 비철금속은 자석을 끌어당기지 않습니다. 철 금속은 일반적으로 더 무겁고 유연성이 떨어지며 녹슬기 쉬우며 강도와 내구성을 향상시키기 위해 합금 원소를 포함하는 경우가 많습니다. 이러한 금속은 도구, 자동차 부품, 건축 자재 등에서 흔히 발견됩니다. 이에 비해 비철금속은 일반적으로 가볍습니다.

철금속과 비철금속 – 철금속과 비철금속의 차이점

1. 철분 함량
철 금속에는 많은 양의 철이 포함되어 있으며, 종종 구성 성분의 절반 이상이 포함됩니다. 이러한 철의 존재는 핵심 특성을 정의합니다. 반면, 비철금속은 철분을 거의 또는 전혀 함유하지 않아 물리적, 화학적 특성이 매우 다릅니다.

2. 자기적 성질
철 함량으로 인해 대부분의 철 금속은 자성을 띠고 있습니다. 즉, 자석에 끌리고 자기적 행동을 나타낼 수 있습니다. 비철금속은 일반적으로 자기 특성을 나타내지 않으므로 자기 간섭을 피해야 하는 전자 장치에 유용합니다.

3. 부식 저항
철금속은 습기나 산소와 접촉하면 시간이 지남에 따라 녹슬고 부식되는 경향이 있습니다. 이 취약성은 환경과 반응하는 철에서 비롯됩니다. 반면, 비철금속은 부식에 훨씬 더 잘 견디기 때문에 지붕이나 배관과 같은 실외나 습한 환경에 선택되는 경우가 많습니다.

4. 밀도와 무게
철 금속은 일반적으로 밀도가 더 높고 무겁기 때문에 중부하 작업에서 강도와 내구성이 향상됩니다. 비철금속은 일반적으로 무게가 가볍고 밀도가 낮기 때문에 항공우주나 자동차 부품과 같이 경량이 중요한 경우에 선호됩니다.

5. 강도와 내구성
철금속은 인상적인 강도와 인성으로 유명합니다. 무거운 하중과 가혹한 조건을 견딜 수 있기 때문에 건설, 기계, 차량에 사용됩니다. 비철금속은 강도가 매우 다양합니다. 티타늄과 같은 일부는 매우 강한 반면, 알루미늄과 같은 일부는 가벼움과 함께 적당한 강도를 제공합니다.

6. 전기 및 열 전도성
철금속은 일반적으로 비철금속과 마찬가지로 전기나 열을 전도하지 않습니다. 두 가지 일반적인 비철 금속인 구리와 알루미늄은 우수한 전도체이므로 전기 배선, 전자 제품 및 열 교환 시스템에 이상적입니다.

7. 가단성과 연성
비철금속은 유연성과 연성이 더 높은 경우가 많습니다. 즉, 파손되지 않고 더 쉽게 모양을 만들고 늘릴 수 있습니다. 철 금속은 유연성이 떨어지는 경향이 있지만 특정 용도에 맞게 이러한 특성을 향상시키기 위해 합금하거나 처리할 수 있습니다.

8. 비용
철금속은 일반적으로 철이 풍부하고 구하기 쉽기 때문에 가격이 저렴합니다. 비철금속은 상대적인 희소성과 추출 및 가공의 복잡성으로 인해 가격이 더 비싼 경향이 있습니다. 금, 은과 같은 귀금속이 이 범주에 속하며 특히 가치가 높습니다.

9. 재활용
철금속과 비철금속 모두 재활용이 가능하지만, 철금속은 자기적 특성과 잠재적인 오염물질로 인해 보다 세밀한 분류와 처리가 필요합니다. 비철금속은 품질 저하 없이 식별 및 반복 재활용이 더 쉽습니다.

10. 속성 기반 애플리케이션
철금속은 자동차, 건물, 중장비 등 강도, 내구성, 자기적 특성이 필수적인 곳에 주로 사용됩니다. 비철금속은 배선, 지붕, 전자 제품 및 장식 품목을 포함하여 내식성, 경량 또는 전기 전도성이 요구되는 상황에서 선호됩니다.

11. 역사적 사용
구리, 금, 은과 같은 비철금속은 인간이 사용한 최초의 금속 중 하나입니다. 고고학적 증거에 따르면 인간은 기원전 9000~8000년경에 구슬 장식과 작은 도구를 만들기 위해 천연 구리를 사용하기 시작했습니다. 나중에 철 도구와 무기가 청동으로 만들어진 도구와 무기를 대체하기 시작하면서 철 금속이 널리 보급되었으며 이는 상당한 기술 발전으로 이어졌습니다.