녹슬지 않는 알루미늄의 역사와 특징

녹슬지 않는 알루미늄의 역사와 특징

녹슬지 않는 알루미늄의 역사와 특징

알루미늄이 금보다도 비싼 금속으로 인정받을 수 있었던 이유 중 하나가 녹슬지 않는다는 것이었습니다. 왜 알루미늄은 녹슬지 않을까요? 철은 금방 녹스는데 왜 알루미늄은 녹슬지 않는지, 그렇다면 철도 녹슬지 않게 하는 방법이 없을지 이에 대해 연구하기 시작하였습니다. 그 결과, 금속 가공기술은 계속 진화하게 되었습니다. 철이 보편적으로 사용되기 시작하면서 사람들은 철을 여러 곳에 사용하였습니다. 하지만 철의 가장 큰 단점은 녹이 슨다는 것입니다. 강철, 주철 모두 녹이 습니다. 앞의 청동의 경우에는 녹이 슬지 않지만 색이 바랩니다. 지금까지 나온 금속들은 알루미늄을 제외하고 모두 녹이 습니다. 하지만 알루미늄 자체를 여러 곳에 쓰려고 하였을 때 문제점이 있었습니다. 알루미늄을 녹여내는 데에는 보크사이트(Bauxite)를 3000도 이상에서 녹여내야 합니다. 빙정석으로 보크사이트(Bauxite)를 녹여낸다고 하여도 1000도 이상의 온도가 필요합니다. 알루미늄 자체의 녹는점은 600도 근방입니다. 따라서 알루미늄은 온도가 많이 올라가는 곳에는 사용할 수 없었습니다. 사람들은 알루미늄 외에 녹슬지 않는 다은 금속을 찾으려 하였습니다.

녹슬지 않는 금속 역사

전 세계는 전쟁으로 얼룩진 역사를 가지고 있습니다. 20세기 초반에는 1차 세계 대전이 있었고 그 이후에는 2차 세계 대전이 있었습니다. 전쟁이 끊이질 않는 상황에서 과학기술, 공학이 발달하다 보니 대포에서부터 무기들도 큰 발전을 하게 되었습니다. 그중 대포의 경우에는, 화약을 터뜨려서 탄환을 쏩니다. 그 결과 대포의 온도가 매우 높아지게 됩니다. 그리고 화약이 터질 때에는, 황(S)과 같은 금속을 쉽게 부식시키는 가스들이 뿜어져 나오게 됩니다. 그래서 몇 번 쏘지 못하고 총신이 금세 녹이 슬어 교체를 해줘야 했습니다. 그래서 사람들은 녹이 슬지 않는 금속을 만들 수 없을까 고민을 많이 하였습니다. Sheffield 회사의 연구소에 Harry Brearley라는 사람이 있었는데 그는 녹슬지 않는 강철을 발견하기 위해 많은 노력을 하였습니다. 산화반응이라는 것은 온도가 높을수록 빨리 일어나므로 산화가 일어나지 않게 하기 위해서는 강철의 녹는점을 올리면 어떨까 생각하였습니다. 그 당시에 강철에 크롬(Chromium)을 넣어주면 녹는점이 올라간다는 것은 알려졌었습니다. 그는 단순하게 녹는점을 올리면 녹이 슬지 않을 것이다 생각을 하고 크롬을 넣는 실험을 하였습니다. 여러 농도의 크롬을 넣어보던 중, 13~26% 정도의 크롬이 들어가는 강철에서만 녹이 슬지 않는 것을 발견하였습니다. 그 외에 다른 범위에서는 부식 등의 이유로 쓸 수 없는 강철이었습니다. 그는 이에 대해 특허를 냈고 이 강철을 무기에 쓰는 것을 생각하였습니다. 하지만 사람들은 이 강철을 보고 식기를 떠올렸습니다. 알루미늄은 그 당시에도 아직 비싼 축에 속했기 때문에 사람들은 식기를 이 강철로 대체하면 좋겠다고 생각하였고 신문에도 나오게 되었습니다. 역사적인 발견이었습니다. 크롬을 집어넣었더니 녹이 슬지 않았는데 그렇다면 알루미늄과 강철에 크롬을 넣으면 연관이 있을지 분석하였고 실제로 연관이 있다는 것을 발견하였습니다. 알루미늄은 황동보다 부식에 더 강합니다. 황동(Brass)이라고 하는 것은 아연(Zinc)을 넣어준 것입니다. 청동(Bronze)은 주석(Tin)을 넣어준 것으로 황동과 다릅니다. 황동(Brass)은 부식에 강하다고 알려져 있었습니다. 프랑스에서 미국에 자유의 여신상을 독립기념 선물로 주었습니다. 그런데 자유의 여신상 그림을 보시면 아시겠지만 처음 선물로 보냈던 자유의 여신상의 색은 황동색이었습니다. 원래는 황동(Brass)으로 만들었기 때문에 황동색이었지만 지금의 자유의 여신상은 푸른색입니다. 이제까지 구리는 귀금속이라고 하여 녹이 슬지 않는다고 하였습니다. 하지만 구리도 오랜 세월 동안 해풍을 맞으면서 변색이 되었습니다. 변색의 원인이 무엇인지 살펴보았습니다. 구리는 물, 이산화탄소와 결합을 하여 수산화구리를 만들게 되었고 결국 탄산구리를 만들게 되었습니다. 이것이 푸른색을 만드는 원인이 되는 것입니다.

알루미늄이 부식 안 되는 이유

알루미늄이 황동보다도 부식에 강합니다. 구리는 귀금속이기 때문에 부식이 안 된다고 생각했지만 알루미늄은 어떤 이유로 부식이 안 되는 것인지 살펴보겠습니다. 역설적으로, 부식이 너무 잘되기 때문에 부식이 안 되는 것입니다. 알루미늄의 경우에는 반응성이 매우 좋기 때문에 공기 중에 노출이 되면 공기가 닿는 부분이 모두 산화알루미늄으로 순식간에 덮이게 됩니다. 알루미늄을 조각 내면 순식간에 조각난 알루미늄들이 산화알루미늄으로 덮이게 됩니다. 산화알루미늄의 두께는 수 나노미터 밖에 안되기 때문에 눈으로는 보이지 않고 마치 알루미늄만 있는 것처럼 보이게 됩니다. 즉 실제 알루미늄 위에는 산화알루미늄 막이 주변을 막고 있는 것입니다. 같은 이유로 강철에 크롬을 넣어주게 되면 크롬이 양이 적을 때는 그렇지 않지만 일정량 이상이 되면 표면에 나와 있게 되고 이는 산소를 만나 산화크롬을 형성합니다. 산화크롬은 표면을 덮으면서 더 이상 산화가 되지 않도록 코팅을 해준다고 말할 수 있습니다. 마치 금속이 산화되지 않도록 페인트 칠을 해주는 것과 비슷한 원리입니다. 즉, 철의 경우도 크롬이 코팅층을 형성해주기 때문에 부식이 되지 않는 것입니다. 굉장히 역설적이지만, 부식을 막기 위해서 더 부식이 잘되게 만들어 주면 되는 것입니다.