합금 소재로서 아연의 역할 (황동, 다이캐스트 합금, Zn-Al)

아연(Zinc, Zn)은 단독으로도 유용한 금속이지만, 다른 금속과 결합했을 때 훨씬 더 큰 가치를 발휘하는 원소다. 특히 구리, 알루미늄, 마그네슘 등과의 합금 형태에서는 기계적 성질과 내식성, 가공성이 향상되어 산업 전반에 걸쳐 널리 활용되고 있다. 이 글에서는 아연이 황동, 다이캐스트, Zn-Al 합금에서 어떻게 사용되는지, 그리고 합금으로서 아연이 왜 여전히 ‘실전형 금속’으로 평가받는지를 현장의 시선에서 살펴본다.

황동: 아연이 만든 구리의 진화

황동은 구리(Cu)와 아연(Zn)의 합금으로, 가장 오래된 금속 재료 중 하나다. 기원전 3000년경부터 사용되기 시작한 황동은 독특한 색감과 내식성, 그리고 우수한 가공성을 이유로 꾸준히 사용되고 있으며, 현대에 와서는 장식품부터 배관, 전자부품까지 다양한 용도에 활용된다. 황동의 특성은 아연의 함량에 따라 크게 달라진다. 일반적으로 아연이 5~40% 정도 들어가며, 아연 비율이 높을수록 강도가 증가하고 연성은 떨어진다. 내가 처음 황동의 진가를 느꼈던 건, 오디오 장비용 커넥터 부품을 제작하던 현장에서였다. 그 당시, 구리만 사용할 경우 납땜의 번짐이 지나치게 빠르거나, 표면 산화로 인해 접점 저항이 증가하는 문제가 있었다. 하지만 아연을 30% 정도 포함한 황동 합금으로 바꾸자, 기계 가공이 훨씬 쉬워졌고, 납땜도 안정적이었다. 동시에 고급스러운 금빛 색상까지 얻을 수 있어, 제품 외관에도 도움이 됐다. 황동은 단순히 색이나 가공성에서 그치지 않는다. 해수에 강하고, 녹에 잘 견디기 때문에 해양 부품, 선박용 밸브, 배관 커넥터 등에서도 널리 사용된다. 특히 고속 회전 부품에서는 윤활성이 중요하기 때문에, 자가윤활 특성을 가진 황동은 오일리스 베어링이나 브러시 소재로도 뛰어나다. 아연이 구리와 결합하면서 만들어낸 이 ‘다재다능한 금속’은 그 자체로 재료공학의 정수를 보여준다고 생각한다. 황동은 고급 소재는 아니지만, 필요한 자리에 꼭 맞는 적정기술의 결정체다.

다이캐스트 합금: 정밀성과 대량생산의 균형점

아연이 진정한 산업금속으로 각광받게 된 계기 중 하나는 다이캐스트(Die-cast) 기술의 발전이다. 다이캐스트는 금속을 높은 압력으로 주형에 주입해 복잡한 형상의 제품을 빠르게 성형하는 공정으로, 특히 정밀한 부품을 대량 생산해야 할 때 가장 이상적인 방식이다. 아연은 녹는점이 낮고, 유동성이 뛰어나 이 공정에 매우 적합한 금속이다. 아연 다이캐스트 합금(Zn-diecast)은 일반적으로 알루미늄, 구리, 마그네슘 등이 미량 포함된 형태로 쓰인다. 특히 Zamak 시리즈(Zamak 3, Zamak 5 등)는 내식성과 기계적 강도, 치수 안정성 등에서 뛰어난 특성을 보여준다. 예를 들어 자동차 내부 부품, 전자기기 케이스, 가전제품 손잡이, 의류 액세서리 등 우리 일상에서 다이캐스트 아연 합금은 매우 흔하게 사용된다. 내가 다이캐스트 아연 합금의 진가를 체감했던 건 금형 제작 회사에서 잠시 자문을 맡았을 때였다. 당시는 복잡한 곡면 형상을 가진 부품을 제작하는 것이 핵심 과제였는데, 알루미늄은 기포 문제로 불량률이 높았고, 마그네슘은 산화가 문제였다. 그런데 아연 합금은 빠르게 주형을 채우고, 냉각 수축률도 낮아 후가공이 거의 필요 없을 정도로 정밀도가 높았다. 이 효율성은 대량생산 현장에서는 엄청난 이점으로 작용한다. 다이캐스트용 아연 합금은 다른 금속보다 낮은 에너지로 주조가 가능하다는 점도 큰 장점이다. 이는 생산비용 절감과 탄소 배출 저감 측면에서도 긍정적인 요소다. 여기에 스크랩 회수와 재용해도 용이해 재활용 효율이 매우 높다. 나는 아연이야말로 ‘대량생산 시대에 최적화된 금속’이라고 생각한다. 값비싼 기술이나 희귀 자원 없이도 정밀성과 생산성을 모두 갖춘 점이 인상적이다.

Zn-Al 합금: 경량성과 강도의 균형을 잡다

아연과 알루미늄의 조합으로 만들어진 Zn-Al 합금은 비교적 최근에 주목받고 있는 고기능 소재다. 이 합금은 가볍고 단단하면서도 내식성과 내마모성이 뛰어나 기어, 베어링, 엔진부품 등의 고강도 정밀부품에 사용된다. 대표적으로는 ZA8, ZA12, ZA27 등이 있으며, 숫자가 클수록 알루미늄 함량이 높고 경도가 높아진다. Zn-Al 합금의 가장 큰 장점은 기계적 강도와 주조 유동성의 절묘한 조화다. 알루미늄만 사용할 경우 고온에서 유동성이 떨어지거나, 수축률이 커서 미세한 형상 구현이 어려운 반면, Zn-Al은 유동성과 냉각 안정성이 뛰어나 복잡한 부품 형상에도 적합하다. 게다가 열전도성과 전기전도성도 준수한 편이라, 방열부품이나 터미널 하우징 등에도 쓰인다. 개인적으로 Zn-Al 합금이 인상 깊었던 건, 한 스타트업이 전기자전거 기어 하우징을 Zn-Al로 제작한 사례였다. 초기엔 단가 때문에 알루미늄 주조를 시도했지만 내구성 문제로 전량 교체됐고, 이후 Zn-Al로 바꾸자 내충격성과 강성이 대폭 향상됐다. 이 경험을 통해 알게 된 건, 경량화 트렌드 속에서도 여전히 기계적 성능은 타협할 수 없다는 점이었다. Zn-Al 합금은 기존의 ‘무겁지만 단단한’ 아연 합금 이미지를 바꾸고 있다. 고급화된 형상 정밀도와 내마모성, 그리고 경량성까지 갖춘 이 소재는 자동차 경량화, 로봇 부품, 기계장비 분야에서 더 넓은 쓰임새를 확보하고 있다. 나는 이 합금이 미래 산업에서 ‘엔지니어가 믿고 쓰는 기본소재’ 중 하나가 될 가능성이 높다고 본다. 신소재가 아닐 뿐이지, 쓰임새는 이미 고성능 금속 그 자체다.

아연, 고정관념을 깬 실전형 합금 원소

아연은 ‘도금용 금속’이라는 고정관념을 넘어, 합금 소재로서도 확고한 존재감을 보이고 있다. 황동에서의 균형미, 다이캐스트에서의 정밀성, Zn-Al에서의 고기능성까지, 아연은 실용성과 생산성을 동시에 만족시키는 보기 드문 금속이다. 나는 아연이야말로 ‘현장에 강한 금속’이라고 믿는다. 기술이 복잡해질수록, 오히려 이런 기본기 강한 금속이 더 빛날 것이다.