금속재료/용접 기술사가 전하는 기술과 과학 이야기
1. 서론: 강함의 본질은 ‘방해’에 있다 금속이 변형된다는 것은 내부의 결함인 전위(Dislocation)가 움직인다는 것을 의미한다. 따라서 금속을 강하게 만드는 강화기구(Strengthening Mechanisms)의 모든 기술적 원리는 이 전위의 이동을 얼마나 효과적으로 방해하느냐로 귀결된다. 재료 공학자들은 원자 단위의 설계를 통해 전위의 길목에 장애물을 배치하며, 이를 ‘강화기구’라 부른다. 즉, 전위는 도로를 달리는 차와 같다. 이 차가 달리는 것을 막는 … 더 읽기
1. 서론: 철강 재료의 나침반, Fe-Fe₃C계 상태도 철(Fe)에 탄소(C)를 첨가하여 만들어지는 강(Steel)은 인류 문명을 지탱하는 가장 중요한 소재다. 탄소 함량과 온도 변화에 따라 철의 내부 조직이 어떻게 변하는지를 나타낸 ‘Fe-Fe₃C 계 상태도’는 금속 재료의 성질을 결정짓는 절대적인 지표다. 철강이나 재료를 다루는 엔지니어는 이 지도를 이해함으로써 우리는 원하는 강도와 인성을 가진 최적의 재료를 설계할 수 있다. … 더 읽기
1. 서론: 지구 위에 구현하는 태양의 에너지 요즘 업무를 하다 보면 AI 시대라는 것을 실감하고 있는데, AI를 빼고는 업무는 물론 일상 대화조차도 쉽지 않다. AI시대 가장 중요하게 인식되는 분야중에 하나가 AI에 공급하는 전기/에너지이며, 그 중 새롭게 떠오르는 분야가 바로 핵융합(Nuclear fusion)이다. 화석 연료의 고갈과 환경 오염, 기존 원자력 발전의 폐기물 문제를 한 번에 해결할 궁극의 … 더 읽기
1. 서론: 전기 저항이 사라지는 신세계 일반적인 금속 도체는 온도가 낮아짐에 따라 전기 저항이 점진적으로 감소하지만, 절대영도(0 K) 근처에서도 미세한 저항이 남는다. 그러나 초전도체(Superconductor)라 불리는 특정 물질들은 ‘임계 온도(Tc)’라고 불리는 특정 지점에서 전기 저항이 마치 스위치를 끈 듯이 ‘0’이 되는 경이로운 현상을 보인다. 이것이 바로 초전도 현상이며, 이를 구현하는 물질을 초전도체(Superconductor)라고 한다. 이는 인류가 직면한 … 더 읽기
1. 서론: ‘닥터 코퍼’에서 ‘안보 자원’으로 1편(산업의 쌀, 구리(Copper)의 특성과 글로벌 수급 환경이 만드는 투자기회)에서 살펴본 구리(Copper)의 독보적인 물리적 특성과 제한적인 공급 환경은 이제 새로운 산업 국면을 맞아 거대한 수요 폭발을 예고하고 있다. 현재 저자가 일하고 있는 플랜트와 같은 기존 산업에서 구리는 여전히 중요한 재료이지만, 인공지능(AI)의 부상, 전기차로의 전환, 그리고 신재생 에너지로의 재편은 구리를 단순한 … 더 읽기
1. 서론: 왜 다시 구리(Copper)인가? 인류가 가장 먼저 사용한 금속 중 하나인 구리(Copper)는 현대 산업에서도 ‘산업의 혈액’이자 ‘경제 지표’인 닥터 코퍼(Dr. Copper)로 불리며 그 위상을 굳건히 하고 있다. 최근 탄소 중립과 에너지 전환 기조 속에서 구리는 단순한 원자재를 넘어 국가 전략 자산으로 격상되고 있다. 본고에서는 구리의 물리적 특성과 공급 환경, 그리고 주요 산업적 활용도를 공학적 … 더 읽기
1. 서론: PAW의 개요 플라즈마 아크 용접(PAW)은 텅스텐 전극과 모재 사이에 발생하는 아크를 미세한 노즐로 압축하고, 그 사이에 가스를 통과시켜 초고온의 플라즈마(Plasma) 상태를 이용하는 용접법이다. 일반적인 아크 용접보다 에너지 밀도가 극도로 높고 아크의 지향성이 뛰어나 정밀 용접 및 고속 용접에 최적화된 공정이다. Schematic of the plasma torch Welding, 이미지 출처: Wikimedia Commons (Public Domain) PAW는 … 더 읽기
1. 서론 주철에 대한 3번째 글로서 주철의 접종(Inoculation)에 대해 알아보고자 한다. 주철은 탄소 함량이 높아 주조성이 우수하지만, 냉각 속도나 화학 성분에 따라 탄소가 흑연으로 석출되지 못하고 시멘타이트(Fe₃C) 형태인 ‘백주철’로 응고되기 쉽다. 이러한 칠(Chill) 현상은 주물의 기계 가공성을 저하시키고 취성을 유발한다. 이를 방지하기 위해 쇳물을 붓기 직전 소량의 특수 원소를 첨가하여 흑연화를 촉진하고 조직을 미세화하는 공정을 … 더 읽기
1. 서론 금속의 기계적, 물리적 성질은 결정 격자의 완벽함이 아니라 그 속에 존재하는 ‘금속결함 (Crystal defects)에 의해 결정된다. 이론적으로 완벽한 결정 구조를 가진 금속은 매우 강할 것 같지만, 실제 금속은 이론치보다 훨씬 낮은 응력에서 변형된다. 그 이유는 금속 내부에 존재하는 구조, 조성적‘결함(Defects)’ 때문이다. 아이러니하게도 엔지니어는 이 결함을 적절히 제어하여 금속의 강도를 높이는 ‘강화 기구’로 활용한다. … 더 읽기
1. 서론 순금속은 부드럽고 전연성이 좋지만, 공업적 재료로 쓰기에는 강도가 부족한 경우가 많다. 이를 보완하기 위해 다른 원소를 첨가하여 ‘합금(Alloy)’을 만드는데, 그 가장 기본 상태가 바로 고용체(Solid Solution)이다. 고용체는 용매 원자의 결정 격자 속에 용질 원자가 균일하게 녹아 들어가 단상(Single Phase)을 유지하는 상태를 말하며, 합금의 기계적 성질을 결정짓는 출발점이 된다. 현장에서 사용되는 대부분 재료는 순금속이라기 … 더 읽기