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순동은 연성이 매우 좋은 재료이다. 연성은 여러 가지 분야에서 매우 유익한 성질이지만, 기계가공을 하기에는 매우 불리한 성질이다. 그렇지만, 순동에 0.5%의 텔루륨으로 첨가하여 CuTe(Copper Telluride)합금을 형성시키면 순동의 가공성이 현저하게 개선된다. 그래서 텔루륨동을 일본금형업계에서는 쾌삭동이라고 부른다. 쾌삭동의 전기전도도나 열전도도 및 연성은 조금 밖에 영향을 받지 않는다.
텔루륨은 구리와 합금을 형성하면서 미세구조상에 Copper Telluride 석출물을 형성하게 된다. 이 석출물은 절삭 칩을 작은 조각으로 끊어주는 역할을 하여, 순동에 비하여 빠른 속도로 절삭가공하는 것이 가능하다. 가공성(Machinablity Index)란 동일한 표면 품질과 공구 수명을 유지하면서 낼 수 있는 가공속도를 지수로 표시한 것인데, 쾌삭황동의 가공성(Machinability)을 기준으로 하여 쾌삭황동의 가공성을 100이라고 할 때, 순동은 20에 불과한 반면, 텔루륨동은 90 수준이다. 다시 말하면 같은 표면 품질로 가공할 때 텔루륨동은 순동을 가공할 때에 비해서 이론적으로는 4.5배 빠른 속도로 가공할 수 있다는 의미이다. 즉, 순동으로 9시간 가공해야 할 전극을 텔루륨동으로는 단 2시간만에 가공할 수 있다는 뜻이다.
따라서, 시간당 임율이 높은 고속가공기를 이용하여 전극을 가공하는 경우에는 텔루륨동을 사용하여 가공시간을 단축하는 것이 전극가공비용을 절감하는 지름길이다. 가공성을 기준으로 비교해 볼 때 텔루륨동을 순동과 같은 가공조건으로 가공한다면 공구의 수명은 4.5배 더 오래 사용할 수 있다.
또한 텔루륨동은 수소약화(수소가 금속에 흡수되어 금속의 격자에 변화가 생기면서 결정이 약해져서 부스러지기 쉽게 되는 현상)에 강하다.
금속의 전기전도도를 표현하는 방법으로 흔히 % IACS를 사용한다. 여기서 IACS란 International Annealed Copper Standard의 약자로서 순동의 전기전도도를 100%, 즉 기준으로 설정하고 이것과의 상대적인 전기전도도를 표현하는 방식이다. 예를 들어 은(Ag)의 경우에는 105% IACS이다. 즉 은(Ag)는 순동에 비하여 5% 더 높은 전기전도도를 가지고 있다는 의미이다. 텔루륨동은 전기전도도 또한 높아서 약 52 m/W mm2 (90% IACS)이다. 이것은 방전가공 시에 발생시키는 에너지 또한 순동에 비하여 크게 떨어지지 않는다는 것을 의미한다.
좋은 품질의 텔루륨동
고품질의 텔루륨동을 생산하려면 고품질의 빌렛을 생산할 수 있어야 한다. 고품질의 빌렛은 산소와의 접촉이 완벽하게 차단된 분위기로에서, 탄소분말이나 일산화탄소 가스를 이용하여 구리로부터 모든 자유 산소를 제거하는 무산소동 생산과 동일한 공정으로 생산되어야 한다. 산소는 텔루륨과 재빠르게 결합하여 산화텔루륨 불순물을 형성하고, 이는 구리에 취성을 띄게 만들기 때문에 철저하게 차단되어야 한다.
좋은 품질의 텔루륨동을 얻기 위해서 필요한 또 다른 중요한 특성은 Copper Telluride의 균일한 분포이다. 앞서 말한 바와 같이 Copper Telluride는 석출물을 형성하면서 구리 입자의 입계에 분포함으로써 절삭가공시에 칩의 길이를 짧게 잘라내는 역할을 한다. 따라서 텔루륨동 내부에 Copper Telluride가 작고 고르게 분포되어 있어야만 절삭성을 개선시킬 수 있다.
<그림1. 텔루륨동의 횡절단면의 조직사진>
허브엠닷컴에서는 수평연속주조(Horizontal Continuous Casting) 방식의 무산소동을 주조할 수 있는 분위기로를 확보하여 품질좋은 텔루륨동 빌렛을 생산하고 있다. 허브엠닷컴이 생산하는 텔루륨동의 산소함량은 무산소동 수준인 10ppm이하 수준이다. 이렇게 생산된 빌렛은 압출/인발 공정을 통해서 4각 단면의 각재(Square Bar)로 가공되어 전극용 소재로 일본에 수출되고 있다.
<그림2. 수평연속주조로>
텔루륨동의 응용분야
텔루륨동은 전기전도도가 높기 때문에 전기적인 응용분야에 많이 사용된다. 특히 탁월한 절삭성을 가지고 있기 때문에 기계가공이 많이 필요한 방전가공용 전극 역시 텔루륨동이 경제적으로 유리한 분야이다.
<네이버 동영상 쾌삭동 가공>
<그림3. 가공된 전극 샘플>
그림1.의 조직사진에서 볼 수 있는 바와 같이 구리 결정의 입계에 분포한 Cu-Te(Copper Telluride)는 절삭가공 시에 그림4와 같이 일반동에 비하여 절삭칩의 길이를 짧게 만들어 주는 효가가 있다. 이로 인하여 일반동을 가공할 때에 비교하여 훨씬 빠른 절삭속도를 적용하여도, 높은 표면 품질과 공구 수명을 얻을 수 있다.
<그림4. 일반동과 쾌삭동의 절삭칩 비교>
그 외에도 전기접점으로 사용할 경우 스파크가 발생하지 않아 스위치의 접점으로 많이 사용된다. 전원용 반도체의 전기 스위치 소재뿐만 아니라 자동차의 시동 스위치로도 많이 사용된다. 또한 텔루륨동의 대표적인 응용분야로는 작은 구멍을 기계 가공하여야 하고, 형상을 유지할 수 있는 강도를 확보하여야 하는 가스 절단 노즐 같은 부품이다. | 