개념 한 쪽
비철금속재료는 철을 주성분으로 하지 않는 금속과 그 합금이다. 이 세트는 구리의 물성과 구리 합금인 톰백·모넬메탈·콘스탄탄, 알루미늄 합금인 라우탈·두랄루민, 결정 구조가 없는 비정질 합금을 묻는다. 선지 판단은 「어느 금속에 무엇을 몇 퍼센트 넣었는가」와 「그 합금의 이름이 무엇인가」를 짝짓는 데서 갈린다.
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구리는 전연성이 좋아 가공이 매우 용이하고, 전기·열 전도성이 우수하며 아름다운 광택을 가진다. 비중은 8.9, 용융점은 1083℃다. 구리에 아연을 8~20% 넣으면 α고용체만으로 구성되어 냉간가공이 쉬운 톰백이 되고, 단추·금박·금 모조품에 쓰인다. 아연 함량이 더 높아 β상이 섞이는 델타 메탈·니켈 실버·문쯔 메탈은 단단한 쪽이다. 구리에 니켈을 60~70% 넣은 모넬메탈은 내식성이 좋아 화학 공업용 재료로 쓰이고, 니켈을 40~45% 넣은 콘스탄탄은 통신기·전열선의 전기저항 재료로 쓰인다. 니크롬은 내열 저항체, 인바와 엘린바는 저팽창 합금이라 용도가 다르다.
알루미늄 합금은 이름과 성분 조합이 짝을 이룬다. 라우탈은 Al-Cu-Si 3원소계 합금으로 주조성이 좋고 열처리로 기계적 성질을 개량할 수 있다 — 구리는 강도 향상, 규소는 주조성 향상에 기여한다. 두랄루민은 Al-Cu-Mg-Mn 계 단조용 합금으로 열처리로 강도가 크게 올라 항공기·차량부품에 쓰인다. Y합금은 Al-Cu계 주조합금, 실루민은 Al-Si계 주조합금, 켈멧합금은 Al-Si-Cu계 내마모성 주조합금이다.
나머지 비철 재료도 이름과 성분이 짝을 이룬다. 비정질 합금은 결정 구조가 없는 아몰포스 구조로 경도와 강도가 높고 인성이 우수하며 자기적 특성이 좋아 변압기 철심에 쓰인다. 구리 합금도 강철처럼 금속 결합을 하는 금속 재료이므로 비금속 재료 분류에는 들어가지 않는다.
출제는 조성 비율과 합금 이름, 용도를 서로 뒤섞는다. ① 구리 합금 — 아연 8~20%면 톰백, 니켈 60~70%면 모넬메탈, 니켈 40~45%면 콘스탄탄이다. ② 알루미늄 합금 — 주조성과 열처리 개량이면 라우탈(Al-Cu-Si), 단조용 고강도 항공기 재료면 두랄루민(Al-Cu-Mg-Mn)이다. ③ 구리의 성질 — 「가공이 용이하지 않다」처럼 전연성이 좋다는 사실을 뒤집는 선지가 나온다. ④ 비정질 합금 — 「결정 구조가 없는 아몰포스 구조, 변압기 철심」을 연결한다.
Cu에 60~70%의 Ni 함유량을 첨거한 Ni-Cu계의 합금이며, 내식성이 좋으므로 화학 공업용 재료로 많이 쓰이는 재료는 어느 것인가?
정답 ③ · Cu에 Ni 60~70%를 첨가한 내식성 합금의 명칭을 묻는 문제이다. 모넬메탈은 니켈 60~70%, 나머지 구리 정도의 조성을 가진 Ni-Cu계 합금으로 내식성과 내식성을 요구하는 화학 공업용 재료로 널리 쓰이므로 3번이 맞다.
구리(Cu)에 니켈(Ni) 60~70%를 합금한 내식성 합금은 모넬메탈로, 화학 공업용 재료로 널리 쓰인다.
구리에 니켈 40~45%의 함유량을 첨가하는 합금으로 통신기, 전열선 등의 전기저항 재료로 이용되는 것은?
정답 ② · 구리에 니켈 40~45%를 첨가한 전기저항 재료용 합금을 묻는 문제이다. 콘스탄탄은 구리에 니켈 40~45%를 함유한 Cu-Ni계 합금으로 온도에 따른 저항 변화가 적어 통신기, 전열선 등의 전기저항 재료로 이용되므로 2번이 맞다.
구리-니켈 합금 중 전기저항 재료로 쓰이는 것은 니켈 40~45% 함유한 콘스탄탄이다.
비금속 재료에 속하지 않는 것은?
정답 ④ · 비금속 재료가 아닌 것을 고르는 문제이다. 합성수지와 네오프렌은 고분자 재료이고 도료도 유기화합물 계열로 모두 비금속 재료에 속한다.
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