7075 알루미늄 분말 개요
7075 알루미늄 분말은 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리 및 소량의 실리콘, 철, 망간, 크롬 및 티타늄으로 만든 매우 강한 알루미늄 합금입니다. 항공우주 및 항공 부품과 같이 높은 중량 대비 강도와 우수한 피로 강도가 요구되는 분야에 널리 사용됩니다.
7075 알루미늄 분말은 우수한 강도 특성, 우수한 내피로성, 평균적인 가공성을 가지며 열처리가 가능합니다. 압출, 단조 또는 압연을 통해 가공할 수 있으며 분말, 시트, 판재, 바, 압출 등 다양한 형태로 제공됩니다.
7075 알루미늄 분말의 몇 가지 주요 특성과 특성:
- 높은 강도와 경도 - 최종 인장 강도는 510-570 MPa, 브리넬 경도는 150-190입니다.
- 우수한 내피로성 - 7050과 같은 다른 7xxx 시리즈 알루미늄 합금보다 약 30-40%의 피로 강도가 우수합니다.
- 경량 - 밀도가 2.81g/cm3로 강철 합금보다 가볍습니다.
- 열처리 가능 - 용액 열처리, 담금질 및 인공 노화와 같은 열처리 공정을 통해 강화할 수 있습니다.
- 우수한 인성 - 50mm 구간에서 11%의 연신율.
- 우수한 치수 안정성 - 변형 경화 문제가 발생하지 않습니다.
- 내식성 - 크롬을 첨가하여 각질 부식을 방지합니다.
- 용접 가능 - 가스 텅스텐 아크 용접 및 가스 금속 아크 용접을 사용하여 용접할 수 있습니다.
- 전도성 - 열 전도성은 130W/m-K, 전기 전도성은 43% IACS입니다.
7075 알루미늄 소재
7075 알루미늄은 고강도 알루미늄 합금인 7xxx 시리즈 또는 Al-Zn-Mg-Cu 시리즈에 속합니다. 일반적인 구성은 아래와 같습니다:
| 요소 | Zn | Mg | Cu | Fe | Si | Mn | Cr | Ti | Al |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 무게 % | 5.1-6.1 | 2.1-2.9 | 1.2-2.0 | 최대 0.5 | 최대 0.4 | 최대 0.3 | 0.18-0.28 | 최대 0.2 | 잔액 |
- 아연은 강수량 경화를 통해 강도를 제공하는 주요 합금 원소입니다. 마그네슘과 구리도 강수량 경화에 도움이 됩니다.
- 크롬은 응력 부식 균열 저항성을 향상시킵니다.
- 철, 실리콘, 망간, 티타늄이 불순물로 존재합니다.
아연, 마그네슘 및 구리의 조합으로 7075는 적절한 성형성, 용접성, 가공성 및 내식성을 유지하면서 매우 강합니다.
7075 알루미늄의 기계적 특성
7075 알루미늄 분말은 우수한 강도 특성과 함께 우수한 파단 인성을 가지고 있습니다. 어닐링 및 다양한 열처리 온도에서의 기계적 특성은 다음과 같습니다:
표 1. 7075 알루미늄의 기계적 특성
| 성질 | 항복 강도(MPa) | 인장 강도(MPa) | 연신율(%) |
|---|---|---|---|
| O | 103 | 241 | 17 |
| T6 | 503 | 572 | 11 |
| T651 | 469 | 524 | 12 |
| T7351 | 503 | 572 | 8 |
| T736 | 455 | 496 | 10 |
- 어닐링된 O 템퍼에서는 연신율은 높은 반면 강도는 낮습니다.
- 최고 숙성 T6 템퍼에서 항복 강도는 503MPa, 인장 강도는 572MPa에 달하며 연신율은 11%입니다.
- 숙성된 T7351 템퍼는 또한 연성이 감소하면서 강도가 높습니다.
- T651 및 T736과 같은 저숙성 템퍼는 강도와 성형성의 균형이 잘 잡혀 있습니다.
7075 알루미늄은 내피로성이 강철과 거의 비슷할 정도로 우수합니다. T6 템퍼에서 33MPa√m의 우수한 파단 인성을 가지고 있습니다. 또한 균열 성장 저항성도 우수합니다.
물리적 속성
7075 알루미늄 분말은 밀도가 낮고 열 및 전기 전도성이 높으며 내식성이 우수합니다. 밀도는 2.81g/cm3로 강철 합금의 3분의 1에 불과합니다.
표 2. 7075 알루미늄의 물리적 특성
| 속성 | 가치 |
|---|---|
| 밀도 | 2.81g/cm3 |
| 녹는점 | 475°C |
| 열 전도성 | 130 W/m-K |
| 전기 전도성 | 43% IACS |
| 탄성 계수 | 71.7 GPa |
| 푸아송 비율 | 0.33 |
| 열 팽창 | 23.6 x 10-6/K |
열전도율은 폴리머보다 훨씬 높지만 순수 알루미늄과 구리보다는 낮습니다. 열팽창률은 연강보다 50% 높습니다.
가공 특성
7075 알루미늄의 평균 가공성 등급은 황동 가공의 용이성과 비교할 때 65%입니다.
- 선삭 - 카바이드 절삭 공구를 권장합니다. 높은 절삭 속도와 낮은 이송 속도가 선호됩니다.
- 밀링 - 나선 각도가 높은 카바이드 엔드밀을 사용해야 합니다. 클라임 밀링은 더 나은 마감을 제공합니다.
- 드릴링 - 고속 강철 또는 카바이드로 만든 트위스트 드릴이 적합합니다. 칩 제어가 중요합니다.
- 연삭 - 하중을 견디는 레진 본딩 휠이 효과적입니다. 냉각수를 충분히 사용합니다.
- 톱질 - 미세한 톱니날로 낮은 이송 속도로 매끄러운 마무리를 제공합니다. 에어 또는 미스트 시스템이 칩 제어를 도와줍니다.
유황을 첨가하여 칩 파쇄를 개선하면 가공성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 단단한 설정과 날카로운 공구를 사용하여 작업물이 경화되는 것을 방지하세요.
용접성
7075 알루미늄 합금은 적절한 기술을 따르면 용접성이 상당히 우수합니다.
- 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)이 일반적으로 사용됩니다. 4043 알루미늄 필러 합금은 가장 강력한 용접을 생성합니다.
- 가스 금속 아크 용접(GMAW)도 사용할 수 있지만 고온 균열을 줄이기 위해 열 입력을 최소화해야 합니다.
- 잘린 원뿔 전극을 사용한 저항 스폿 용접은 매우 잘 작동합니다. 용접 인터페이스는 철저히 청소해야 합니다.
- 마찰 교반 용접은 7075 알루미늄의 모든 온도에서 고품질의 솔리드 스테이트 용접을 생성할 수 있습니다.
- 열 영향 영역은 기본 금속보다 부드러워집니다. 용액 처리 및 노화는 특성을 복원합니다.
내식성
7075 알루미늄 파우더는 대기 및 담수에서의 일반적인 부식에 대한 내성이 우수합니다.
- 얇은 표면 산화막은 중성 용액에서 부식에 대한 효과적인 장벽을 제공합니다.
- 아연, 마그네슘, 구리, 크롬과 같은 합금 원소는 내식성을 제공합니다.
- 크롬을 첨가하면 입자 간 부식 및 각질 부식에 대한 취약성을 방지할 수 있습니다.
- 알칼리성 용액에 대한 내성이 약하지만 아노다이징으로 개선할 수 있습니다.
- 일부 환경에서는 스트레스를 많이 받으면 응력 부식 균열에 민감합니다.
- 더 귀한 금속과 결합하면 갈바닉 부식이 발생하기 쉽습니다. 스테인리스 스틸과의 접촉을 피하세요.
전반적으로 7075 알루미늄은 대부분의 일반적인 건축, 해양 및 산업 분야에서 만족스러운 내식성을 가지고 있습니다.
7075 알루미늄의 응용 분야
고강도, 경량, 내피로성 및 합리적인 비용의 독특한 조합으로 7075 알루미늄은 다양한 까다로운 응용 분야에 적합합니다:
표 3. 7075 알루미늄의 응용 분야
| 산업 | 애플리케이션 |
|---|---|
| 항공우주 | 날개, 동체, 격벽, 프레임, 패스너와 같은 항공기 구조 부품 |
| 미사일 및 로켓 케이스, 발사 튜브, 패스너, 브래킷 | |
| 위성 접시 및 구조물 | |
| 자동차 | 섀시, 링크, 드라이브 라인 요크, 샤프트, 밸브, 피팅 |
| 해양 | 마스트, 안테나 지지 구조물 |
| 보트 선체, 통로, 상부 구조물, 프로펠러 | |
| 방어 | 장갑차 선체, 하우징, 지뢰 청소 시스템 |
| 총기 마운트, 로켓 발사기, 포탄 케이스 | |
| 일반 엔지니어링 | 지그, 픽스처, 로봇 암, 밸브, 기어, 샤프트 |
| 모터 하우징, 커플링, 실린더 라이너, 블로우 몰드 |
항공우주 분야는 엄격한 강도와 무게 요구 사항으로 인해 대부분의 용도를 차지합니다. 자동차 및 고성능 해양 부품에도 7075 알루미늄 압출 및 단조가 사용됩니다.
7075 알루미늄 분말의 종류
7075 알루미늄 파우더는 생산 공정과 입자 특성에 따라 다양한 유형으로 제공됩니다:
분무형 7075 알루미늄 분말
- 용융된 7075 알루미늄 합금을 미세한 물방울로 분무하여 분말로 고형화하여 생산합니다.
- 10~180미크론의 넓은 크기 분포를 가진 불규칙한 모양의 입자입니다.
- 압축 및 소결을 통해 부품을 만드는 분말 야금 경로에 사용됩니다.
표 4. 분무 7075 알루미늄 분말의 사양
| 속성 | 가치 |
|---|---|
| 파티클 모양 | 불규칙, 구형 |
| 입자 크기(미크론) | 10 – 180 |
| 겉보기 밀도(g/cc) | ~ 2.7 |
| 실제 밀도(g/cc) | 2.8 |
| 유량(s/50g) | ~ 28 |
가스 분무 7075 알루미늄 분말
- 불활성 기체를 매우 미세한 구형 입자로 원자화하여 생성합니다.
- 매끄러운 표면, 규칙적인 모양, 좁은 크기 분포.
- DMLS 및 SLM 적층 제조와 같은 고급 금속 AM 공정에 사용됩니다.
표 5. 가스 분무 7075 알루미늄 분말의 사양
| 속성 | 가치 |
|---|---|
| 파티클 모양 | 구형 |
| 입자 크기(미크론) | 15 – 45 |
| 겉보기 밀도(g/cc) | ~ 2 |
| 실제 밀도(g/cc) | 2.8 |
| 유량(s/50g) | ~ 25 |
밀링 7075 알루미늄 플레이크
- 7075 알루미늄 분말 공급 원료를 분쇄하여 생성되는 불규칙한 플레이크와 같은 입자.
- 코팅 및 프라이머에 사용되는 표면적이 넓은 벗겨지기 쉬운 입자입니다.
- 폭발물 및 불꽃놀이의 연료 첨가제로도 사용됩니다.
표 6. 밀링된 7075 알루미늄 플레이크의 사양
| 속성 | 가치 |
|---|---|
| 파티클 모양 | 플레이크 |
| 화면비 | ~ 10:1 |
| 두께(미크론) | 0.5 - 4 |
| 겉보기 밀도(g/cc) | 0.25 - 1 |
| 실제 밀도(g/cc) | 2.8 |
7075 알루미늄 분말 가공
7075 알루미늄 분말은 분말 야금 프레스 및 소결 경로와 적층 제조 기술과 같은 방법을 사용하여 완제품 부품으로 가공할 수 있습니다:
분말 야금 가공
일반적인 단계는 다음과 같습니다:
- 압축 - 냉간 압착 후 등방성 압착을 통해 65-90% 이론 밀도의 녹색 콤팩트 부품을 제작합니다.
- 소결 - 600-650°C에서 1-3시간 동안 진공 소결하여 폐쇄 다공성 및 95% 밀도를 달성합니다.
- 침투 - 용융 알루미늄을 압력 하에서 침투시켜 밀도를 99% 이상으로 높였습니다.
- 열처리 - 용액 열처리 후 담금질 및 숙성 과정을 거쳐 필요한 특성을 얻습니다.
분말 야금 경로를 사용하면 복잡한 그물 모양 부품을 공차 범위 내에서 생산하여 낭비되는 가공을 방지할 수 있습니다.
적층 제조
7075 알루미늄 분말은 다음과 같은 분말 베드 융합 기술을 사용하여 전체 밀도 구성 요소로 가공됩니다:
- 직접 금속 레이저 소결(DMLS) - 집중된 레이저 빔을 사용하여 CAD 모델을 기반으로 파우더 레이어를 선택적으로 융합합니다.
- 선택적 레이저 용융(SLM) - 완전 용융을 통해 미세한 미세 구조를 가진 완전 밀도 구성 요소를 얻을 수 있습니다.
- 전자빔 용융(EBM) - 빌드 속도는 더 빠르지만 진공 상태에서만 수행됩니다.
AM을 사용하면 우수한 기계적 특성과 재료 활용도를 갖춘 복잡하고 가벼운 형상을 제작할 수 있습니다.
7075 알루미늄 분말의 공급 및 가격
7075 알루미늄 분말의 주요 글로벌 공급업체는 다음과 같습니다:
표 7. 7075 알루미늄 분말 공급업체 및 가격
| 공급업체 | 성적 | 입자 크기 | 가격 범위 |
|---|---|---|---|
| 알코아 | 7075, Z7075 | 10-180 μm | $10-15/lb |
| 발리멧 | 7075 | 15-63 μm | $13-17/lb |
| 45~105μm | $11-14/lb | ||
| TLS 테크닉 | 7075 | 20-90 μm | $15-22/lb |
| 샌드빅 | 7075 | 15-45 μm | $18-25/lb |
| LPW 기술 | 7075 | 15-45 μm | $22-30/lb |
| AP&C | 7075, 7075-O | 5-50 μm | $25-40/lb |
- 원자화된 7075는 프레스 및 소결 애플리케이션을 위한 가장 저렴한 등급입니다.
- AM용 가스 분무 분말은 구형 및 크기 제어로 인해 비용이 더 많이 듭니다.
- 최소 주문량은 공급업체에 따라 25kg에서 500kg까지 다양합니다.
- 맞춤형 입자 크기 분포와 정밀한 크기 제어를 위해서는 프리미엄 가격이 필요합니다.
- 가격은 순도, 생산 방법, 크기 범위, 구매 수량에 따라 달라집니다.
다른 알루미늄 합금과의 비교
7075 알루미늄은 아래에서 다른 인기 있는 7xxx 및 2xxx 시리즈 알루미늄 합금과 비교됩니다:
표 8. 7075 알루미늄과 다른 합금의 비교
| 합금 | 항복 강도(MPa) | 피로 강도(MPa) | 골절 인성(MPa√m) | 내식성 | 용접성 | 비용 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2024 Al | 440 | 159 | 29 | 평균 | 공정 | 낮음 |
| 6061 Al | 290 | 115 | 15 | 양호 | 우수 | 낮음 |
| 7050 Al | 455 | 165 | 25 | 평균 | 공정 | 높음 |
| 7075 Al | 470 | 208 | 33 | 평균 | 양호 | 보통 |
| 7178 Al | 490 | 170 | 20 | 평균 | 공정 | 매우 높음 |
- 7075는 강도, 인성, 용접성 및 비용 면에서 최고의 조합을 자랑합니다.
- 2024는 저렴하지만 강도와 골절 인성이 떨어집니다.
- 7178은 가장 강력하지만 매우 비싸고 인성이 떨어집니다.
- 6061은 내식성과 용접성이 우수하지만 강도는 낮습니다.
- 7050은 7075보다 약간 강하지만 피로 강도와 인성은 낮습니다.
대부분의 고강도 항공우주 및 방위 산업 분야에서 7075는 물성과 비용의 균형을 가장 잘 맞출 수 있는 소재입니다. 자동차 및 일반 엔지니어링 분야에서도 쉬운 가용성, 기계 가공성 및 아노다이징 반응성 때문에 7075를 선호합니다.
한계와 단점
7075 알루미늄은 장점에도 불구하고 몇 가지 한계가 있습니다:
- 다른 알루미늄 합금보다 응력 부식에 더 취약합니다.
- 2024 및 2024와 같은 2xxx 합금보다 낮은 파단 인성.
- 5xxx 해양 등급 합금보다 내식성이 낮습니다.
- 4xxx, 5xxx, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금보다 용접이 더 어렵습니다.
- 250°C 이상의 고온 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
- 6061 및 5052 알루미늄과 같은 합금보다 훨씬 더 비쌉니다.
- 최적의 속성을 얻기 위해 열처리 처리가 필요합니다.
7075 알루미늄 분말 - FAQ
Q. 7075 알루미늄은 2024 알루미늄과 어떻게 다른가요?
A. 7075는 2024 알루미늄보다 강도, 경도, 피로 강도가 높고 응력 내식성이 우수합니다. 파단 인성과 성형성이 낮습니다. 또한 7075는 합금 원소 함량이 높아 2024 알루미늄보다 30~40% 더 높습니다.
Q. 7075-T6과 7075-T651의 템퍼가 같은가요?
A. T6은 최대 강도를 제공하는 최고 숙성 성질을 의미합니다. T651은 T6보다 약간 낮은 강도에서 더 나은 인성을 제공하는 약간 덜 숙성된 성질입니다.
Q. 7075 알루미늄에 함유된 아연, 마그네슘, 구리의 함량은 얼마인가요?
A. 일반적인 구성은 아연 5.1-6.1%, 마그네슘 2.1-2.9%, 구리 1.2-2.0%입니다. 나머지는 알루미늄 및 크롬, 실리콘 등과 같은 기타 미량 합금 원소입니다.
Q. 7075 알루미늄을 양극산화 처리할 수 있나요?
A. 예, 7075 알루미늄을 양극산화 처리하여 부식과 내마모성을 향상시키는 산화물 코팅을 할 수 있습니다. 하드 아노다이징은 코팅 두께를 최대 75마이크론까지 만들 수 있는 반면, 일반 아노다이징은 최대 25마이크론까지 만들 수 있습니다.
Q. 7075-T6 알루미늄의 경도는 얼마인가요?
A. 7075-T6 알루미늄의 브리넬 경도 값은 150-190 범위입니다. 해당 로크웰 경도는 로크웰 B 95-105입니다.
Q. 7075 알루미늄이 항공기에 사용되나요?
A. 예, 7075 알루미늄은 동체 스킨, 날개, 리브 및 격벽과 같은 항공기 구조 부품에 광범위하게 사용됩니다. 무게 대비 강도가 높기 때문에 항공기 무게를 줄이는 데 매우 중요합니다.
Q. 7075와 7050 알루미늄 합금의 차이점은 무엇인가요?
A. 주요 차이점은 7075는 강도가 약간 더 높은 반면 7050은 응력 내식성이 약간 더 우수하다는 것입니다. 또한 7075는 피로 강도도 더 우수합니다. 전반적으로 7075는 대부분의 응용 분야에서 더 나은 특성 조합을 제공합니다.
Q. 7075 알루미늄 파우더는 어떻게 보관해야 하나요?
A. 7075 알루미늄 분말은 밀폐된 용기에 담아 서늘하고 건조한 환경에 보관해야 합니다. 습기에 노출되면 산화될 수 있으며 극한의 온도는 분말의 특성과 유동성에 영향을 줄 수 있습니다. 보관 수명은 이상적인 보관 조건에서 최대 1~2년입니다.
결론
7075 알루미늄 분말은 가볍고 내구성이 뛰어난 알루미늄 합금으로 강도가 우수하여 항공우주, 항공기, 방위산업 및 고성능 자동차의 까다로운 응용 분야에 적합합니다. 또한 가공성, 용접성 및 내식성이 우수하여 일반 엔지니어링 분야에서도 사용할 수 있습니다. 다른 알루미늄 합금과 비교했을 때 강점과 한계를 신중하게 고려하면 특정 설계 요구 사항에 가장 적합한 소재를 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다.