알루미늄(AL) 가공

무게부터 줄여야 하는 설계라면 소재 후보 맨 앞에 알루미늄을 올려두는 경우가 많습니다. 원자번호 13번의 이 경금속은 밀도가 약 2.7 g/cm³로 강철류(약 7.9 g/cm³)의 3분의 1 수준이라, 강성보다 무게가 우선인 부품에서 먼저 검토됩니다. 표면에 산소와 반응한 얇은 산화 피막이 저절로 생겨 일반 환경에서는 녹이 진행되지 않습니다.

순수 알루미늄은 강도가 낮아 구조 부품에 그대로 쓰기 어렵습니다. 그래서 마그네슘·규소·구리·아연 등을 첨가한 합금으로 쓰며, 첨가 원소에 따라 1000~7000계로 나뉩니다. 절삭 저항이 낮고 열이 잘 빠져 CNC 가공 속도를 높일 수 있어, 기계 부품 시제품과 양산 모두에서 가장 많이 발주되는 금속입니다.

알루미늄 합금은 네 자리 번호의 첫 자리가 주요 첨가 원소를 나타냅니다. 계열이 같으면 강도를 얻는 방식(열처리형·비열처리형)과 성격이 비슷하므로, 합금 번호를 외우기보다 계열의 성격을 이해하는 것이 선택에 유리합니다.

절삭 가공 발주의 대부분은 AL6061에서 시작합니다. 강도·내식성·가공성·가격의 균형이 좋아 특별한 이유가 없으면 6061이 기본값입니다. 무게 대비 강도가 설계의 한계라면 AL7075로 올리고, 절곡·판금 부품이면 성형성이 좋은 AL5052를 씁니다.

• AL6061(6000계): 강도·내식성·가공성의 균형이 좋은 범용 합금입니다. 지그·하우징·브래킷 등 대부분의 절삭 부품에 쓰입니다.
• AL7075(7000계): 알루미늄 중 최고 수준의 강도로 강철 부품을 가볍게 대체합니다. 드론·레이싱·항공 부품처럼 무게 대비 강도가 중요한 곳에 쓰입니다.
• AL5052(5000계): 성형성과 내식성이 좋은 판재 대표 합금입니다. 케이스·커버 같은 절곡·판금 부품에 쓰입니다.
• AL2024(2000계): 두랄루민으로 불리는 고강도·내피로 합금입니다. 반복 하중을 받는 항공 구조 부품에 쓰이며, 내식성이 낮아 표면처리를 병행합니다.
• AL5083(5000계): 비열처리형 중 강도가 가장 높고 용접 후 강도 저하가 적습니다. 선박·탱크 같은 용접 구조물에 쓰입니다.
• AL1050(1000계): 순도 99.5% 이상의 공업용 순알루미늄입니다. 전기 단자·버스바·방열 핀처럼 전도성이 중요한 부품에 쓰입니다.

같은 알루미늄이라도 합금과 조질에 따라 인장강도가 100 MPa대에서 500 MPa대까지 벌어집니다. 아래 표에 공개 물성 데이터를 2개 이상 출처로 교차 확인한 대표 조질 기준 수치를 정리했습니다.

합금 번호 뒤에 붙는 조질(temper) 기호는 소재가 어떤 열처리·가공 상태인지 나타냅니다. 열처리형 합금(2000·6000·7000계)은 T 기호, 비열처리형 합금(1000·3000·5000계)은 가공경화 정도를 나타내는 H 기호를 씁니다. 같은 AL6061이라도 조질에 따라 강도가 크게 달라지므로, 강도가 중요한 부품은 조질까지 지정해야 합니다.

국내 실무에서 쓰는 'AL6061' 표기는 국제 합금 번호 6061을 그대로 부르는 관용 표기입니다. JIS와 KS는 같은 네 자리 합금 번호 앞에 A를 붙여 표기하고(A6061), 미국 도면은 UNS 번호(A96061)나 AA 번호로 지정되는 경우가 많습니다.

가공면 그대로 쓰는 경우도 있지만, 외관·내마모·내식성이 중요한 경우라면 표면처리를 함께 지정합니다. 대표 처리는 아노다이징(양극산화)이며, 목적에 따라 화성처리·도장·기계 연마를 조합합니다.

합금에 따라 다릅니다. 5052·5083·6061은 TIG 용접을 기본으로 용접 구조물 제작이 가능합니다. 반면 7075·2024 같은 고강도 합금은 용접 시 균열이 생기기 쉬워 일반 용접은 피합니다. 고강도 합금 조립은 볼트·리벳·압입 인서트로 설계합니다.

열처리형 합금은 용접열로 열영향부가 연화되어 모재보다 강도가 낮아질 수 있습니다. 용접 구조물의 강도가 중요한 경우 용접 후 열처리 여부와 보강 설계를 함께 검토해야 합니다. 바로발주에서는 가공과 용접·조립을 한 번의 발주로 묶어 진행할 수 있으며, 조립 구조가 있으면 어셈블리 도면을 함께 올려 주세요.

표면 산화 피막 덕분에 알루미늄은 붉은 녹이 슬지 않지만, 조건이 나쁘면 부식이 진행됩니다. 습기·염분 환경에서는 흰 가루 형태의 부식 생성물(백청)과 표면이 국부적으로 파이는 점식이 생길 수 있습니다. 해안·옥외 환경에서 쓰시는 경우라면 내식성이 좋은 5000계를 선택하거나 아노다이징·도장을 병행하는 것이 안전합니다.

실무에서 더 자주 문제가 되는 것은 갈바닉 부식(이종 금속 접촉 부식)입니다. 알루미늄이 스테인리스·구리 같은 금속과 접촉한 상태로 수분에 노출되면 알루미늄 쪽이 먼저 부식됩니다. 스테인리스 볼트로 알루미늄 부품을 체결하는 옥외 조립부가 대표적인 사례로, 절연 와셔·부싱이나 표면처리로 두 금속의 직접 접촉을 끊어 예방합니다.

두 소재는 발주 단계에서 가장 자주 비교되는 소재로, 판단 기준을 네 가지로 정리했습니다. 무게가 중요하면 알루미늄, 표면 경도·위생·세척 환경이 중요하면 스테인리스가 기본입니다.

무게까지 넣어 계산하면 결과가 달라집니다. AL6061-T6의 인장강도(약 310 MPa)는 SS400 같은 일반 구조용 강재(400 MPa대)나 스테인리스보다 낮지만, 밀도가 3분의 1 수준이라 같은 무게로 낼 수 있는 강도(비강도)는 오히려 알루미늄이 앞섭니다. 무게 예산이 정해진 이동 장비·로봇 부품에서 알루미늄이 기본값이 되는 이유입니다.

절삭 저항이 낮고 열이 잘 빠지는 만큼, 알루미늄은 높은 절삭 속도를 쓸 수 있습니다. 같은 형상이면 스테인리스·강재보다 가공 시간이 짧아 가공비가 낮은 구조적 이유이기도 합니다. 다만 무른 소재 특유의 주의점은 짚고 넘어가야 합니다.

• 용착(구성인선): 무른 알루미늄이 공구 날에 눌어붙어 표면 품질을 떨어뜨립니다. 날카로운 전용 공구와 충분한 절삭유로 관리합니다.
• 얇은 벽 변형: 얇은 리브·벽은 절삭력과 클램핑 힘으로 휘기 쉽습니다. 벽 두께를 여유 있게 설계하면 정밀도가 안정됩니다.
• 긁힘·눌림 자국: 표면이 무른 편이라 취급 중 흠집이 나기 쉽습니다. 외관 부품은 표면처리와 포장 요구를 함께 지정합니다.
• 잔류응력 휨: 두꺼운 판재를 깊게 파내면 내부 응력이 풀리며 휠 수 있습니다. 정밀 부품은 T651 같은 응력 제거 소재를 검토합니다.

소재비가 비교적 낮고 절삭 속도가 빠른 덕분에, 알루미늄은 금속 CNC 가공 중에서도 비용 효율이 가장 좋은 축에 속합니다. 가공비는 소재 크기·제거량·공차와 표면 사양·수량이 결정하며, 합금 중에서는 7075·2024 같은 항공 계열이 6061보다 소재비가 높습니다.

가공비가 고민이라면 순서대로 점검해 보세요. 합금 하향 검토(7075가 정말 필요한 강도인지), 조질·표면처리의 선별 지정, 공차 완화 순으로 살펴보면 견적을 낮출 여지를 찾을 수 있습니다.

• 합금·조질 지정: 'AL'이 아니라 'AL6061-T6'처럼 합금 번호와 조질까지 적어 주세요. 지정이 없으면 범용(AL6061) 기준으로 산출됩니다.
• 표면처리: 아노다이징 색상·광택, 분체도장 색번호(RAL) 등 외관 요구를 요청사항에 적어 주세요.
• 사용 환경: 옥외·해안·전기 접점·이종 금속 체결 여부를 알려 주시면 합금·처리 제안이 정확해집니다.
• 공차 선별 지정: 필요한 부위에만 정밀 공차를 지정하면 가공비가 내려갈 수 있습니다.
• 용접·조립 여부: 어셈블리 도면을 함께 올리면 용접·조립 포함 견적으로 진행됩니다.