순수 원소 알루미늄(Al, 99.99% 또는 기술 등급)의 녹는점은 다음과 같습니다. 660.32°C(933.47K; 1,220.58°F). 실제로 상업용 알루미늄 및 엔지니어링 합금은 더 낮거나 더 넓은 용융 범위를 보여줍니다. 일반적인 주조 합금은 대략 다음과 같은 온도에서 녹기 시작합니다. 500-620 °C 까지 녹이고 (액체로) 마무리합니다. 640-660+ °C구성에 따라 다릅니다.
기본 정의: 녹는점 대 고체 및 액체
"융점"은 일반적으로 다음을 의미합니다. 순수 결정성 물질의 평형 융합 온도에서 고체와 액체 상이 공존합니다. 순수 알루미늄의 경우 이 온도는 하나의 급격한 온도입니다. 합금의 경우 용융은 여러 범위에 걸쳐 발생합니다. 고체는 용융이 시작되는 온도(첫 번째 액체가 나타나는 온도)이고 liquidus 는 용융이 완료되는 지점입니다(마지막 고체가 사라짐). 엔지니어링 실무에서는 처리 창과 미세 구조가 주어진 온도에서 얼마나 많은 액체가 존재하는지에 따라 달라지기 때문에 두 가지 엔드포인트가 모두 중요합니다.
순수 알루미늄에 대한 표준 허용 값
고품질의 출처는 원소 알루미늄의 허용되는 융합 온도에 대해 동의합니다:
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NIST/화학 웹북 열화학 데이터베이스는 핵융합점을 ~로 보고합니다.933.47 k = 660.32 °C(1,220.58 °F). 열물리 테이블에 사용되는 값입니다.
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참고 참고서(CRC 핸드북, RSC 주기율표, 브리태니커)는 기본적으로 동일한 수치(660.3°C)를 제시하며, 때로는 660°C로 반올림하기도 합니다.
이러한 권위 있는 값은 고정밀 열량 및 융점 측정을 기반으로 하며 재료 데이터 시트의 기준이 됩니다.
열역학적 및 결정학적 배경
알루미늄은 융합점까지 안정한 면 중심 입방(fcc) 결정 격자(α-Al)를 가지고 있습니다. 용융은 격자의 장거리 질서를 깨뜨려야 합니다. 포논과 결합 에너지 균형은 액체와 고체 사이의 자유 에너지 차이에 의해 열역학적으로 설명됩니다. 알루미늄의 융합 열은 크지 않습니다(≈ 10.7 kJ/mol), 내화성 금속에 비해 상대적으로 낮은 용융 온도와 일치합니다. fcc 격자는 많은 슬립 시스템을 제공하기 때문에 고체 알루미늄은 용융에 가까운 조건까지 연성이 있습니다.
합금 원소와 불순물이 용융 거동을 변화시키는 방법
합금 원소는 열역학적 평형을 변화시켜 용융 간격에 영향을 미칩니다:
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녹는점 우울증: 많은 합금 원소(Si, Cu, Mg, Zn, Fe)는 Al 격자에 용해되거나 저융 유텍틱을 형성하기 때문에 고체를 낮추거나 용융 범위를 만듭니다.
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유텍 시스템: 일부 이원 또는 다성분 Al 합금은 공융 반응을 일으켜 660°C보다 훨씬 낮은 온도에서 국부적인 액체를 생성합니다. 예를 들어, Al-Si 주조 합금은 Si 분율에 따라 약 577°C에서 공융 용융을 보입니다.
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고순도 대 기술 등급: 초고순도 Al(99.999%)은 가장 급격한 용융 고원을 보이며, 미량의 불순물이 포함된 상업용 등급은 용융 범위가 완만하게 넓어질 수 있습니다.
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분리 및 미세 구조: 응고 과정에서 용질 분할은 재가열 또는 납땜 시 국소 용융 거동에 영향을 미치는 미세 분리를 유발합니다.
공학적 의미: 용광로 또는 용접 온도를 설정할 때는 항상 합금별 고체/액체 데이터(원소 660.32°C가 아닌)를 사용하세요.
솔리더스 및 리퀴더스: 선택된 합금(표)
순수 알루미늄(참조)
| 속성 | 가치 |
|---|---|
| 융점(Tfus) | 660.32 °C |
| 켈빈 | 933.47 K |
| 화씨 | 1,220.58 °F |
| 핵융합 열(ΔHf) | ≈ 10.67 kJ/mol |
| 밀도(RT 근처 고체) | 2.70 g-cm-³ |
일반적인 Al 합금에 대한 대표적인 고체/액체(일반적인 범위)
참고: 합금 범위는 조성, 온도 제어, 측정 방법 및 표준에 따라 다릅니다(합금 데이터시트 참조).
| 합금 제품군 | 일반적인 고체(°C) | 일반적인 액체(°C) | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 1xxx(순수 알루미늄) | 660 | 660 | 기본적으로 단일 지점 |
| 2xxx(Al-Cu 계열, 예: 2024년) | 502-505 | 635-640 | 금속 간 용융으로 인한 넓은 용융 간격 |
| 3xxx(Al-Mn, 예: 3003) | ≈ 640 | ≈ 650 | 더 좁은 범위, 작업 강화 가능 |
| 4xxx(Al-Si 캐스트/로드, 예: 4032) | 577 | 615 | Al-Si 유텍틱스는 용융을 낮춥니다. |
| 5xxx(Al-Mg, 예: 5083) | ≈ 570-620 | ≈ 625-640 | Mg 함량이 범위에 미치는 영향 |
| 6xxx(Al-Mg-Si, 예: 6061) | ≈ 555-640 | ≈ 640-650 | 일반적인 압출 합금 |
| 7xxx(Al-Zn, 예: 7075) | ≈ 477-610 | ≈ 608-635 | 녹지 않는 침전물이 있을 수 있습니다. |
| 주조 합금(Al-Si) | 520-570 | 575-640 | 낮은 온도에서 우수한 주조 유동성 |
(위의 범위는 예시적인 것이며, 정확한 고체/액체는 합금 공급업체 데이터시트 또는 ASM/알루미늄 협회 시트를 참조하십시오.)
용융, 주조 및 용접에 대한 실질적인 결과
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파운드리 실습: 용융 및 유지를 위해 파운드리는 일반적으로 용해로 온도를 유지합니다. 50-150 °C 를 합금 액상보다 높게 유지하여 유동성, 탈기 및 주입에 필요한 과열을 보장합니다. 순수 알루미늄의 경우 주조 방법과 시간에 따라 용융물을 720~800°C에서 유지해야 할 수도 있습니다.
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용접/납땜: 국부 가열(예: TIG, MIG)은 접합부 근처 합금의 응고를 초과하지 않도록 해야 하며, 예열 또는 인터패스 온도를 선택하여 열 영향 구역의 용융을 방지합니다. 납땜 및 브레이징은 융점이 낮은 필러 금속을 사용합니다.
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열처리: 용액 처리는 용융 온도보다 훨씬 낮지만, 미세 구조가 초기 용융(저융성 성분이 녹는 고체 근처에서 발생하는 현상)에 접근하지 않고 강화 단계를 용해하도록 선택해야 합니다.
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재활용: 스크랩은 주조 및 단조 등급이 혼합되어 있으며, 용융 거동은 가장 낮은 용융 성분과 오염 물질(예: 아연, 납)의 존재에 의해 좌우되므로 공정 제어 및 플럭싱이 필수적입니다.
측정 방법, 보정 및 불확실성
일반적인 측정 기술:
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차등 주사 열량 측정(DSC): 열 흐름을 측정하고, 작은 시료의 정확한 시작(고체) 및 최고(융합) 온도를 제공합니다. 추적 가능한 정확도를 유지하려면 교정 표준(예: 인듐, 아연)이 필요합니다.
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차동 열 분석(DTA): DSC와 비슷하지만 더 저렴하지만 불확실성이 더 큽니다.
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열화상/광학 방법: 파운드리 규모에서 수조 온도를 모니터링하는 데 사용되며 방사율과 보정이 중요하고 고온계는 내부 평형이 아닌 표면 온도를 측정합니다.
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융점 장치/모세관 튜브: 순수한 물질을 위한 전통적인 실험실 방법.
불확실성의 원인: 시료 순도, 가열 속도(가열 속도가 높을수록 관찰된 시작 온도가 변화), 대기(산화는 절연에 의해 겉보기 온도를 높임) 및 기기 보정. 고정밀도가 필요한 경우 표준 참조 자료를 사용하고 측정 방법과 가열 속도를 보고하세요.
위상 다이어그램 및 공융 현상
위상 다이어그램(이진 및 다성분)은 주어진 구성과 온도에서 어떤 위상이 안정적인지 보여줍니다. 알루미늄 시스템의 주요 기능:
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Al-Si 바이너리: 공융점이 약 ~12.6 wt% Si인 일반적인 주조 시스템으로, 공융점 온도는 순수 Al보다 훨씬 낮습니다(Al-Si 공융점의 경우 ≈ 577°C). 이것이 바로 낮은 주입 온도와 우수한 유동성을 위해 Al-Si 주조 합금을 선택하는 이유입니다.
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Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn: 이러한 시스템은 금속 간 및 복잡한 기본 단계를 표시하여 강화를 제공하지만 용융 범위의 복잡성을 생성합니다.
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삼원 상호 작용: 실제 엔지니어링 합금은 다성분으로 이루어져 있으며, 상 다이어그램은 전산 열역학(CALPHAD)과 함께 사용하여 액체/고체 및 침전물 형성을 예측합니다.
용융 시 융합 열, 밀도 변화 및 열물리학적 특성
프로세스 모델링에 중요한 숫자입니다:
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융합 열 ΔHf: ≈ 10.67 kJ/mol (≈ 397 J/g).
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밀도 변경: 고체 알루미늄 밀도(RT ~2.70 g-cm-³), 용융 시 밀도 감소 - 용융 근처의 일반적인 액체 밀도 ≈ 2.37 g-cm-³. 이 수축/팽창은 주조 수축 계산에 중요합니다.
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비열 및 열전도율: 둘 다 용융 근처에서 증가하며 고체가 액체가 되면 열전도도가 급격히 감소합니다. 응고에 대한 정확한 모델은 온도에 따른 특성이 필요합니다.
안전, 산화 및 용광로 대기 제어
알루미늄은 쉽게 산화되며, 산화물 층(Al₂O₃)이 거의 즉시 형성되어 깨끗한 금속 흐름을 위한 표면 용융 요구 사항이 증가합니다. 실용적인 조치:
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플럭싱 및 드로스 제어: 플럭스와 스키밍은 산화물과 불순물을 제거하지만, 드로스는 침전된 산화물을 포함하고 있으므로 안전하게 취급해야 합니다.
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불활성 또는 환원 대기: 실험실 용융 및 특수 합금의 경우 불활성 가스(아르곤) 또는 환원 분위기가 산화를 제한합니다. 대량 파운드리 작업의 경우, 플럭싱과 우수한 용광로 설계가 표준입니다.
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오염 방지: 용융 금속 근처의 물과의 접촉을 피하세요(증기 폭발 위험). 녹는점이 낮은 슬래그 및 오염 물질(예: 아연 또는 납에 의한 오염)은 위험한 튀김을 일으킬 수 있습니다.
일반적인 산업용 설정값 및 제어 전략
파운드리 및 제련 실무는 성능 중심입니다:
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일반 주조 합금을 위한 용해로 설정값입니다: 일반적으로 700-760 °C합금 및 원하는 과열에 따라 다릅니다.
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유지 온도: 국자 및 노출 시간에 따라 달라지며, 금속 이송을 위해 충분한 과열을 유지하되 산화와 입자 성장을 최소화합니다.
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지속적인 모니터링: 열전대(유형 B, S) 및 광학 고온계는 정기적인 교정과 함께 사용됩니다. 중요 합금의 경우 주조 전에 샘플 분석을 통해 조성을 확인합니다.
측정 예(새로운 합금의 용융 데이터를 보고하는 방법)
실험실에서 주조한 합금의 용융 거동을 보고할 때는 다음 사항을 포함하세요:
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합금 화학 성분(주요 원소 wt%)
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측정 방법(DSC/DTA/온도계) 및 가열 속도
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불확실성이 있는 고체 및 액체 관찰(예: 고체 = 578 ± 2°C, 액체 = 613 ± 2°C)
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시료 준비 및 대기(아르곤, 공기)
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미세 구조 노트(공융 상, 일차 결정)
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사용된 보정 표준 참조
자주 묻는 질문
1. 순수 알루미늄의 녹는점은 얼마인가요?
660.32°C(933.47K; 1,220.58°F) 은 원소 알루미늄에 허용되는 용융 온도입니다.
2 알루미늄 합금은 왜 다른 온도에서 녹을까요?
합금 원소와 불순물은 상 평형을 바꾸고 공융을 생성하며 온도 범위(고체 → 액체)에 따라 녹는 다상 미세 구조를 생성합니다.
3. 솔리더스와 리퀴더스의 차이점은 무엇인가요?
그리고 솔리더스 는 녹기 시작하는 온도이고 liquidus 는 용융이 완료되는 곳입니다. 그 사이의 물질은 고체 + 액체의 혼합물입니다.
4. 알루미늄 합금을 녹이기 위한 용광로 온도는 어떻게 선택하나요?
합금의 액상 온도보다 높은 온도를 적절한 슈퍼히트 (일반적으로 50-150°C)에서 유동성을 보장하는 동시에 산화와 가스 흡수를 최소화합니다.
5. 불순물이 알루미늄의 녹는점을 높이거나 낮추나요?
가장 일반적인 불순물 lower 유효 용융 온도(용융점 우울증)를 낮추거나 저용융 유텍틱을 생성합니다. 예외는 특정 위상 동작에 따라 다릅니다.
6. 산화알루미늄(알루미나)은 알루미늄의 녹는점과 같은가요?
아니요. Al₂O₃(알루미나) 은 금속 Al(≈ 660°C)보다 훨씬 높은 온도(~2,000°C)에서 녹습니다. 산화물 층은 용융과 주조를 복잡하게 만들지만 원소 융점을 변화시키지는 않습니다.
7 녹는점 측정은 얼마나 정밀한가요?
실험실 DSC/DTA는 적절한 교정을 통해 용융 온도를 ±0.5-2°C까지 해결할 수 있지만, 산업용 고온 측정은 방사율과 표면 효과로 인해 불확실성이 더 큽니다.
8. 집에서 전기로에서 알루미늄을 녹여도 되나요?
소규모 알루미늄 용해는 가능하지만 적절한 장비(내화 도가니, 플럭싱, 환기)가 필요합니다. 안전 위험(뜨거운 금속, 연기, 물 접촉)으로 인해 숙련되지 않은 취미 활동가에게는 위험할 수 있습니다.
9. 용융은 알루미늄 재활용과 어떤 관련이 있나요?
재활용 스트림에는 합금과 오염 물질이 혼합되어 있으며, 용융 거동은 가장 낮은 용융 성분과 오염 물질(예: 아연, 납)에 의해 결정되므로 품질을 유지하려면 선별과 플럭싱이 필수적입니다.
10. 특정 합금에 대한 권위 있는 고체/액체 데이터는 어디에서 찾을 수 있나요?
정확한 합금별 온도 데이터는 합금 데이터시트(알루미늄 협회, ASM, MatWeb, CRC), 동료 검토를 거친 상 다이어그램 편집본 및 CALPHAD 데이터베이스를 사용합니다.
엔지니어를 위한 실용적인 테이블
전환 빠른 참조
| 단위 | 가치 |
|---|---|
| K | 933.47 K |
| °C | 660.32 °C |
| °F | 1,220.58 °F |
권장 처리 온도
| 운영 | 합금 유형 | 권장 범위 |
|---|---|---|
| 용융(파운드리) | 주조 Al-Si 합금 | 700-760 °C |
| 용융(파운드리) | 단조 합금(재활용 혼합) | 720-780 °C |
| 보유(단기) | 일반 | 액체 + 50-100 °C |
| 용액 처리 주의 사항 | 저융점 공융 특성을 가진 합금 | 초기 용융을 방지하기 위해 ≤ (고체 - 10 °C)를 유지합니다. |
문서화를 위한 권위 있는 참고 사항 및 모범 사례
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항상 측정 방법 및 보정 인용 멜팅 데이터를 게시할 때
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계약서 또는 도면에 처리 온도를 지정할 때는 다음을 인용하십시오. 솔리더스/리퀴더스 (원소 녹는점뿐만 아니라).
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사용 추적 가능한 표준 합금 동작이 제품 승인에 중요한 경우 공급업체 인증서.
제한 사항 및 주의 사항
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게시된 용융 값은 다음을 가정합니다. 열역학적 평형급격한 가열 또는 냉각은 관찰된 동작을 변경할 수 있습니다.
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작은 시료 순도 차이와 표면 산화물은 측정된 시작점을 이동시킵니다.
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다중 구성 요소 시스템에는 이진 위상 다이어그램을 넘어 정확한 예측을 위한 계산 열역학이 필요합니다.
마무리 요약
순수 알루미늄은 다음 온도에서 녹습니다. 660.32°C(933.47K; 1,220.58°F). 그러나 엔지니어링 작업의 경우, 합금 조성, 미세 구조 및 가공 이력 용융이 시작되고 완료되는 실제 온도를 결정합니다. 안전한 주조, 용접 및 열처리 실습을 위해 다음을 활용하세요. 합금별 고체 및 액체 공인된 표준 및 공급업체의 값, 적절한 과열을 적용하고 대기 및 드로스 형성을 제어합니다.
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