내열 금속은 독특하고 바람직한 특성, 특히 내식성과 마모 및 열에 대한 놀라운 저항성 때문에 널리 사용됩니다.
이 금속들은 주로 공학, 과학, 야금 분야에서 사용됩니다. 이 금속 계열에 속하는 다섯 가지 주요 원소는 다음과 같습니다.
이 다섯 원소는 실온에서 높은 경도와 높은 녹는점, 특히 화씨 3,600도(섭씨 2,000도) 이상의 온도에서 공통적인 주요 특성을 공유합니다. (경도 증가에 대한 자세한 내용은: 내식성 및 내마모 피로 강도를 위한 질화 처리.)
내열 금속은 또한 높은 밀도를 가지며 화학적으로 불활성입니다. 높은 녹는점은 분말 야금술을 다양한 부품 제조의 선택으로 만듭니다.
내열 금속의 가장 일반적인 응용 분야에는 와이어 필라멘트, 공구, 부식성 분위기 내 화학 용기, 주조 금형 등이 있습니다. 매우 높은 녹는점을 가진 내열 금속은 높은 안정성을 가집니다.
이제 내열 금속의 특징, 특성, 이점 및 응용 분야에 대해 더 깊이 살펴보겠습니다:
내열 금속의 주요 식별 요소 중 하나는 내열성입니다. 이 계열의 다섯 금속 모두 화씨 3,632도(섭씨 2,000도) 이상의 녹는점을 특징으로 합니다.
내열 금속은 극한의 고온에서도 강도를 유지하며 본질적으로 단단하여 드릴링 및 절삭 공구에 완벽합니다. 내열 금속은 열충격과 같은 요인에 높은 저항성을 가집니다. 즉, 반복적으로 냉각되고 가열되어도 균열, 팽창 또는 응력을 경험하지 않습니다. (고온 금속에 대한 자세한 내용은: 고열 표면 코팅 시 고려해야 할 5가지 사항.)
또한 이 그룹의 다섯 금속 모두 높은 밀도 수준과 우수한 열 및 전기적 특성을 가집니다. 또한 크리프에 강하므로 매우 스트레스가 많은 환경이나 조건에 노출되어도 느린 변형을 겪습니다. 이는 내열 금속이 보호층을 형성할 수 있어 내식성을 가지기 때문입니다(고온에서 산화될 수 있다는 사실에도 불구하고).
내열 금속은 고유한 물리적 및 화학적 특성으로 분류할 수 있습니다. 그리고 이러한 원소를 최대한 활용하려면 이를 철저히 이해하는 것이 필수적입니다.
내열 금속은 다음과 같은 주요 물리적 특징으로 구분됩니다:
그러나 내열 금속은 주기율표의 다른 그룹에서 오기 때문에 특정 특성이 상당히 다양합니다.
예를 들어, 다섯 내열 금속 중 레늄이 화씨 5,757도(섭씨 3,186도)로 가장 높은 녹는점을 가지며, 니오븀이 화씨 4,491도(섭씨 2,477도)로 가장 낮습니다. 비등점의 경우 니오븀이 화씨 8,572도(섭씨 4,744도), 레늄이 화씨 10,105도(섭씨 5,596도)입니다. (고열 소재를 사용하는 응용 분야에 대한 자세한 내용은: 증기의 다양한 유형과 용도.)
크리프 저항성에도 동일하게 적용됩니다. 화씨 1,832도(섭씨 1,000도)에서 크리프가 시작되는 금속이 있는 반면, 화씨 932도(섭씨 500도) 미만에서 시작되는 금속도 있습니다.
내열 금속은 각각 주기율표에서 다른 분류에 속하기 때문에 다양한 화학적 특성을 가집니다.
일반적으로 이 금속들은 쉽게 산화되지만, 금속 위에 안정한 산화층을 형성함으로써 반응을 제어할 수 있습니다. 이는 레늄의 경우 특히 그렇습니다. 레늄은 휘발성이 높기 때문입니다. 따라서 고온에서 산화층이 증발하여 산소 공격에 대한 안정성을 잃을 수 있습니다.
그러나 모든 내열 금속은 산과 같은 물질에 대해 비교적 안정적입니다.
독특한 특성 덕분에 내열 금속은 다양한 응용 분야와 산업에 매우 유익합니다. 주요 이점은 다음과 같습니다:
텅스텐, 몰리브덴, 탄탈럼과 같은 내열 금속은 매우 높은 녹는점을 가져 유리 제조에 유익합니다.
내열 금속은 초고온에서도 독특하게 강합니다.
예를 들어, 텅스텐으로 만든 로켓 콘은 일반 온도에서 철의 2배 인장 강도를 가집니다. (자세한 내용은: 강도와 인성의 차이점은 무엇인가?)
특히 합금 형태의 내열 금속은 밸브 시트, 씰, 노즐 등 고마모 부위의 수명을 연장할 수 있습니다.
화학 플랜트의 배관은 일반적으로 내열 금속으로 만들어져 스테인리스 강에 비해 높은 수준의 내식성을 제공합니다.
텅스텐과 같은 금속은 열로 인한 급격한 팽창으로 인한 응력을 견딜 수 있습니다.
텅스텐은 매우 높은 녹는점을 가지며 온-오프 사이클을 반복해도 무결성에 영향을 주지 않고 견딜 수 있습니다.
많은 전자 또는 전기 응용 분야 외에도 텅스텐, 몰리브덴과 같은 내열 금속은 우수한 방열판 역할을 합니다.
오늘날 가장 널리 사용되는 절삭 공구는 텅스텐 카바이드와 같은 소재로 만들어집니다.
내열 금속은 채굴 및 석유/가스 시추에서 금속과 강철을 성형하는 데에도 탁월합니다. (석유 및 가스 산업에 대한 자세한 내용은: 석유 및 가스 산업의 원격 부식 모니터링 시스템.)
대부분의 내열 금속은 높은 밀도를 가져 골프 클럽 헤드와 항공기 자이로스코프 제작에 매우 유용합니다.
일부 내열 금속은 뛰어난 방사선 차폐체 및 화학 촉매 역할을 하는 등 매우 유용한 능력을 가집니다.
다섯 가지 내열 금속이 있으며 각각 고유한 특성과 응용 분야를 가집니다.
전반적으로 내열 금속의 일반적인 응용 분야에는 와이어 필라멘트, 공구, 부식성 분위기 내 화학 용기, 주조 금형이 있습니다. 매우 높은 녹는점을 가진 내열 금속은 높은 안정성을 가집니다.
다섯 가지 내열 금속 각각에 대한 더 구체적인 응용 분야는 다음과 같습니다:
텅스텐은 내열 금속 중 가장 풍부합니다. 내열 금속 중 가장 높은 녹는점과 가장 높은 금속 밀도 중 하나를 가집니다. 탄소와 같은 다른 원소와 결합하면 매우 단단해질 수 있습니다. 또한 내식성이 높습니다.
텅스텐은 가정에서 사용되는 대부분의 백열 전구 필라멘트와 같이 와이어 필라멘트에 널리 사용됩니다. 또한 산업용 아크 램프와 조명에도 흔히 사용됩니다. (산업 응용 분야에 대한 자세한 내용은: 폴리우레아 코팅에 대해 알아야 할 8가지.)
무대 조명은 TV 스튜디오와 사운드 스테이지, 연극 제작, 콘서트, 기타 라이브 이벤트가 열리는 장소에서 사용됩니다. 무대 조명은 여전히 백열 기술을 사용하지만, 일반적으로 전체 장면 렌더링을 제어하기 위해 신중하게 보정된 색온도 값을 가진 독점 고성능 텅스텐-할로겐(또는 쿼츠-할로겐) 램프 형태입니다.
코로나 방전은 도체 주변의 공기가 이온화될 때 생성되는 플라즈마 커튼입니다.
코로나 방전은 종종 텅스텐 와이어로 수행되며, 이것이 가장 효과적입니다. 공기 여과, 프린터, 복사기 및 기타 응용 분야에서 오직 텅스텐 와이어만이 충분한 이온화와 표면 수정을 생성합니다.
텅스텐 와이어는 산업용 오븐에서 지지 또는 당김 작용을 제공하는 데 널리 사용됩니다.
이는 텅스텐 와이어의 비처짐 특성과 내열성 때문입니다. 예를 들어, 텅스텐 와이어는 종종 산업용 오븐, 용해로, 가마의 엔지니어링된 핫 존에서 물체를 제자리에 위치시키고 고정하는 데 사용되는 매트로 짜여집니다.
텅스텐 와이어의 강성은 매우 작은 직경에서도 유지되어 반도체 웨이퍼 테스트에 사용되는 캔틸레버 반도체 테스트 프로브를 포함한 다양한 유형의 프로브에 사용하기에 적합합니다.
강성은 의료 진단 및 치료에 사용되는 신경 프로브용 텅스텐 와이어에도 이점입니다. (의료 분야의 재료 과학에 대한 자세한 내용은: 재료 과학자로서 경력을 시작하는 방법.)
절삭 공구와 부품은 높은 내마모성이 필요하므로 텅스텐 카바이드로 만듭니다.
연마된 절삭 날을 가진 텅스텐 카바이드 인서트는 브레이징이나 기계적 체결로 강철 공구 본체에 부착됩니다. 텅스텐 카바이드 공구 사용은 더 높은 절삭 속도와 더 긴 공구 수명을 보장합니다. 텅스텐 카바이드 다이는 와이어 드로잉에 일반적으로 사용됩니다.
몰리브덴은 다른 금속보다 저렴하고 합금으로 만들면 크리프와 고온에 매우 강해질 수 있기 때문에 가장 많이 사용되는 내열 금속입니다.
이 금속은 아말감을 생성하지 않아 내식성을 가집니다. 주로 구조용 배관 및 튜빙에서 강철 합금을 강화하는 데 사용됩니다. 몰리브덴은 우수한 마찰 방지 특성을 가져 자동차에 사용되는 오일과 그리스의 이상적인 구성 요소입니다. (자동차 산업의 부식에 대한 자세한 내용은: 자동차 응용 분야에 사용되는 경량 소재의 부식.)
스테인리스 강은 크롬 함량이 강철 표면에 얇고 보호적인 수동 피막을 자발적으로 형성하기 때문에 내식성을 가집니다.
몰리브덴은 이 수동 피막을 강화하고 염화물에 의해 파괴될 경우 빠르게 재형성되도록 돕습니다. 스테인리스 강의 몰리브덴 함량을 늘리면 점식 및 틈새 부식 저항성이 증가합니다.
공구강에 몰리브덴을 첨가하면 경도와 내마모성이 증가합니다. 임계 냉각 속도를 낮춤으로써 몰리브덴은 왜곡이나 균열 없이 급속 냉각할 수 없는 거대하고 복잡한 금형에서도 최적의 마르텐사이트 매트릭스 형성을 촉진합니다.
5~10% 몰리브덴을 첨가하면 금속 절삭 시 발생하는 고온에서 고속도강의 경도와 인성을 효과적으로 극대화하고 이러한 특성을 유지할 수 있습니다. (금속 절삭에 대한 자세한 내용은: 열간 단취와 용접이 금속 부식에 미치는 영향.)
전자 기술에서 와이어와 케이블 절연체는 소방관과 항공기, 병원 내부에 있는 사람들에게 화재 및 연기 위험을 초래합니다. 옥타몰리브데이트 암모늄은 PVC와 함께 사용하여 연기 생성을 억제합니다.
몰리브덴은 실온에서 평방 인치당 47×10^6 파운드의 탄성 계수를 가지므로 고속 내부 연삭기의 보링 바와 퀼에 사용됩니다. 이는 진동과 채터로부터 자유를 보장합니다.
탄탈럼은 가장 내식성이 강한 내열 금속입니다.
의료 및 수술 환경과 강한 산성 환경에서 자주 사용됩니다. 탄탈럼은 또한 컴퓨터와 휴대폰 회로 또는 커패시터의 주요 구성 요소입니다.
알루미늄보다 상당히 비싸지만 탄탈럼은 두 가지 주요 이점을 가집니다:
탄탈럼은 또한 전자 산업에서 구리가 실리콘을 오염시키는 것을 방지하는 배리어로 사용됩니다. 컴퓨터 칩과 저장 장치와 같은 제품에서 이 분리는 구리의 실리콘 내 존재가 장치 저하와 고장을 초래하기 때문에 필요합니다. (구리 부식에 대한 자세한 내용은: 통기대에서의 구리 부식 증가율 설명.)
탄탈럼은 생체 불활성으로 인해 수술 및 생물의학 응용 분야에 사용됩니다. 이는 탄탈럼 금속이 공기에 노출될 때 표면에 자발적으로 부착된 산화층이 형성되기 때문입니다.
또한 탄탈럼은 체액에서 불활성이며 우수한 기계적 특성을 가집니다. 의학 분야에서의 응용 예시는 다음과 같습니다:
탄탈럼의 연성과 우수한 내식성은 고온에서 부식성 조건 하에서 작동하는 화학 공정 장비에 사용하기 적합하게 만듭니다.
금속의 내식성은 장비를 보호하고 취급 화학 물질의 순도를 유지하는 데 기여합니다. 탄탈럼과 그 합금은 염산, 브롬산, 질산, 황산을 취급하는 데 사용될 수 있습니다. 탄탈럼이 사용될 수 있는 화학 플랜트 장비 예시는 다음과 같습니다:
니오븀은 항상 탄탈럼과 함께 사용됩니다. 매우 독특하며 고탄성과 강도를 얻기 위해 쉽게 가공할 수 있습니다.
니오븀의 주요 용도는 철 야금 분야입니다.
전 세계 니오븀 생산량의 약 75%가 강철 산업에서 다양한 강철 합금(마이크로 합금강 및 저합금강)을 생산하는 데 사용되며, 여기에는 다른 금속이 소량 포함되어 내식성, 강도, 인성 등의 특성을 개선합니다.
니오븀은 고강도 저합금강 및 마이크로 합금강에서 결정립 미세화제 및 석출 경화제 역할을 하여 기계적 강도, 고온 강도, 인성, 내식성을 동시에 향상시킵니다.
이 강철들은 파이프라인, 수송, 구조 응용 분야에 사용됩니다. (수송에 대한 자세한 내용은: 보관, 수송 및 취급 중 임시 부식 방지.)
니오븀 합금은 초전도 자석 제조에도 사용됩니다. 이 초전도 자석은 다음에 사용됩니다:
니오븀 합금은 화씨 3,300도까지 다른 내열 금속보다 선호됩니다. 낮은 산화 저항성으로 인해 니오븀 합금은 고온에서 구조적 응용 분야로 사용이 제한됩니다.
레늄은 가장 최근에 발견된 내열 금속입니다.
다른 금속과 초저농도로 함께 존재할 수 있습니다. 다른 내열 금속 광석에도 존재합니다. 레늄은 높은 인장 강도와 연성으로 알려져 있습니다.
레늄은 또한 매우 희귀하여 매우 비쌀 수 있습니다.
레늄은 초합금을 만드는 첨가제로 사용되며, 종종 철, 코발트, 니켈, 텅스텐, 몰리브덴과 함께 사용됩니다. 레늄을 첨가하면 초합금의 전반적인 크리프 강도가 향상되어 제트 엔진 부품과 가스 터빈 엔진에 탁월한 소재가 됩니다. (제트 엔진 및 터빈에 대한 자세한 내용은: 가스 터빈 부품의 고온 부식.)
레늄 화합물은 많은 산업에서 균일 및 비균일 촉매 반응의 촉매로 사용됩니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:
백금-레늄 촉매는 석유 정제에서 촉매 개질이라고 불리는 화학 공정에 필수적입니다. (석유에 대한 자세한 내용은: 원유에서 발견될 수 있는 6가지 부식성 성분.)
텅스텐-레늄 및 몰리브덴-레늄 합금은 주로 열전소자 제조에 사용됩니다.
용도에는 반도체, 발열체, 금속 코팅, 용접봉이 포함됩니다.
특히 텅스텐-레늄 합금은 회전 X-선 양극을 만드는 데 사용됩니다.
고온에서 레늄은 수소 및 불활성 분위기에서 공격에 강합니다. 염산 및 해수 부식에 강하며 전기 침식의 기계적 영향에도 강합니다.
내열 금속은 많은 응용 분야와 이점을 가집니다. 그러나 우리가 아직 완전히 이해하지 못하는 것도 많습니다.
다양한 공정을 개선하기 위해 야금 분야에서 충분한 연구가 필요합니다.
장비 유지 보수 및 수리
몰딩 샌드(Molding Sand)란? 몰딩 샌드는 주조용 모래(Foundry Sand)라고도 하며, 습윤·압축 또는 오일링/가열 시 잘 뭉쳐 형상 유지하는 모래. 사형 주조(Sand Casting) 공정에서 금형 캐비티 준비에 사용. 주조 주원료는 몰딩 샌드인데, 다른 재료로 얻기 힘든 주요 특성 제공 때문. 몰딩 샌드는 서리, 바람, 비, 열, 물살 같은 자연력 작용으로 암석 분해되어 생성된 입상 입자. 암석은 복잡한 구성으로 모래에 암석 대부분 원소 포함. 이 이유로 몰딩 샌드는 세계 지역별로 상당히 다름. 자연 상태에서 강바
액세스 플랫폼은 작업자에게 다양한 높이에서 작업할 수 있는 임시 또는 영구적인 방법을 제공합니다. 다양한 구성으로 제공되며 유틸리티 유지보수부터 곡물 가공까지 다양한 작업에 사용됩니다. 안정적이고 잘 제작된 액세스 플랫폼은 작업자에게 자신감을 주고 산업재해와 장비 손상 가능성을 줄여줍니다. 기업은 종종 용례를 고려해 한 유형의 액세스 플랫폼을 다른 유형보다 선택해야 합니다. 다양한 액세스 플랫폼 유형 살펴보기 액세스 플랫폼은 고정식 또는 조절식 구성요소, 계단 또는 사다리, 동력 또는 수동 승강 기능을 가질 수 있습니다. 가장 흔
