고용도, 고용체

1. 고용도의 정의

   고용도(固溶, 굳을 고/녹을 용)란 고체 상태에서 A 금속에 고용될 수 있는 B 금속의 최대량을 말하며, A 금속에 B 금속이 고용되어 있는 물질을 고용체라고 한다. 

이것은 소금물로서 이해해 볼 수 있는데, 물에 소금을 넣으면 잘 용해되다가 일정량 이상 많이 넣으면 더이상 용해되지 않고 소금물과 소금의 형태로 존재한다. 여기서 물에 소금이 용해될 수 있는 최대량이 용해도이며, 용해도 이상 과잉으로 공급된 소금은 석출된다고 한다. 이와 비슷하게 고용도란 고체에서 이뤄지는 현상이라고 이해하면 된다. 

 

  1) 치환형 고용체 : 원자의 크기가 비슷한 금속끼리 합금하는 경우 (ex. Fe와 Ni)

  2) 침입형 고용체 : 원자의 크기가 매우 다른 금속들을 합금하는 경우 (ex. Fe와 C)

2. 합금의 고용도

   고용도는 합금하는 금속의 종류에 따라 다르다. 그 이유는 원자 반경의 크기가 다르기 때문이다. 원자 반경의 크기가 비슷한 금속끼리는 고용도가 증가하지만, 원자 반경의 크기가 다르면 결정 구조가 왜곡되어 고용도가 적다.

또한, 결정 구조가 다른 금속끼리는 고용도가 적다. 같은 FCC끼리는 고용도가 좋지만 다르다면 고용도는 적게 된다.

이렇게 고용될수록 금속의 결정 구조는 왜곡되고 전위의 이동이 어려워져서 합금의 강도는 점점 증가한다.

3. 석출물이 합금의 성질에 미치는 영향

   딱딱한 석출믈은 전위선의 이동을 방해하고, 석출물이 인접해 있는 경우는 전위선이 이동하기 어렵다. 그리고 석출물의 표면적이 넓으면 강도가 증가한다. 

4. 결정립계에 의한 강화

   우리가 사용하는 금속들은 하나의 결정립이 아닌 많은 결정립들이 모여서 이루어진 다결정체이다. 한개의 결정립 안에서는 전위의 이동이 비교적 쉽지만, A 결정립에 있던 전위가 B 결정립으로 이동하려면, 많은 힘이 필요하다. 그 이유는 A, B 결정립의 원자들이 배열되어 있는 방향이 다르므로 결정립계에서 멈출 수 밖에 없다. 

이렇게 결정립계는 금속을 강화시키는 주요한 방법 중의 하나이며, 결정립계를 많이 만들 수 있는 방법은 결정립의 크기를 줄이는 방법이다. (동일한 면적의 사각형을 두개로 나눌 때, 4개로 나눌 때, 8개로 나눌 때를 각각 생각해보면 작게 나눠질수록 경계선이 많아지므로 결정립계가 많아진다)

이와 반대로 금속에 적당한 열로 가열하면, 결정립계가 이동하여 결정립의 크기가 커져 결정립계의 총 길이는 감소하므로 강도가 작아지고 연해지기도 한다.