항공정비사 - 금속재료, 알루미늄, 철강, 합금, 복합소재, 실, 실란트

금속의 일반적 특성

-상온에서 고체이며 결정체이다.

-전기 및 열전도율이 양호하다.

-전성 및 연성이 양호하다.

-금속 특유의 광택을 가지고 있다.

재료 규격

AA(Aluminum Association)규격

-미국 알루미늄 협회가 1954년 제정한 규격으, ALCOA 규격 대신 널리 사용

-보통 4 자리 숫자로 구성, 첫째자리 숫자는 합금의 주성분, 둘째자리 숫자는 개량번호, 셋째와 넷째 숫자는 합금의 명칭기호

SAE(Society of Automotive Engineers) 및 AISI(American Iron & Steel Institute)

-SAE와 AISI는 산업용 철강재료에 대한 표준규격

-항공기용 철강재료는 대부분 AISI 

-SAE 와 AISI의 재질기호 표기방법은 동일하지만 미량성분에서 약간의 차이가 있다.

ASTM(American Society of Testing & Material)

-각종 공업용 재료규격, 재료시험규격

-항공기에서는 마그네슘합금 재료규격, 일반재료 시험규격으로 이용

MIL(Military Specification)규격

원자재, 완제품에 적용되는 광범위한 규격이다.  MIL로 정해진 항공기재료는 다른 규격보다 내구성 등이 우수하다

알루미늄 합금의 분류

-항공 분야는 국가별로 공통적으로 사용하는 AA와 Alcoa 기호로 표시

-순 알루미늄은 내식성이 우수. 전, 연성이 풍부, 가공성이 좋으나, 열처리로 경화시킬 수 없고, 냉간가공으로만 약간 강도를 증가시킬 수 있다. 

-기계적 강도 불충분, 구조재로 부적합, 내식성을 목적으로 하는 곳, 연료, 윤활유의 탱크, 파이프, 용접봉 등에 사용

알루미늄 합금의 성질

-알루미늄에 구리, 마그네슘, 규소, 망간, 니켈, 아연등을 첨가하여 강도와 내열성을 향상시켜 사용한다.

-가공성이 양호하다.

-적절히 처리하면 내식성이 양호하다.

-합금의 비율에 따라 강도가 크다.

-상온에서 기계적 성질이 양호하다.

-시효경화의 특성을 지닌다.

AA 규격 알루미늄

2017

-듀랄루민, 현재는 2024로 대체, 주로 Rivet 재료

2117

-구리, 마그네슘 함량 적음 

-경화 능력이 낮아 상온 시효한 상태로 Riveting이 가능

-주로 연질의 Rivet 재료

2024

-피로 강도 우수, 인장하중이 큰 윙 로워 스킨, 유압을 받는 동체 스킨 5-1n 에 많이 사용

-슈퍼 듀랄루민

2224, 2324

-B-767, B-747-400의 윙로워스킨, 윙 스파에 사용

-2024와 주성분은 같지만 철, 규소등 불순물 줄이고 첨가원소의 양을 미세하게 조절

-파괴 인성과 피로특성을 더 개선한 것이다.

3003

-망간 1.0 ～1.5％함유, 내식성 저하 없이 강도를 향상, 

-가공경화 한 상태로 사용

-가공성, 용접성이 좋음, 큰강도를 필요로 하지 않는 부분에 사용

5052, 5056 (알루미늄, 마그네슘 합금)

-1100, 3003보다 강한 강도를 필요로 하는 곳에 사용, 마그네슘 함유량따라 강도는 증가, 가공성, 용접성은 떨어진다. 

-크롬, 망간 소량 첨가로 내식성을 유지

-리벳재료로 5056이 주로 사용

6061, 6003(알루미늄, 마그네슘, 규소 합금)

-열처리로 강도를 높일 수 있는 합금, 내식성이 양호, 용접 가능

-노즈 카울, 윙 팁등에 주로 사용

7075

-2024보다 강함, 구리를 적게하고 아연을 5.6％ 첨가한 열처리 강화형 합금, 엑스트라 슈퍼 듀랄루민

-윙스킨, 구조재료용

-용체화처리 후 상온시효가 매우 늦어 인공시효 한 상태(T6)에서 사용

-깨지기 쉽고 가공성이 나빠 사용에 주의

7050

-열처리 효과를 개선, 두꺼운 재료로 고강도를 얻기 위해 개발

-대형 포깅 재료

 

7150

-B-767, B-747-400의 윙 어퍼 스킨, 킬빔 

-압축응력이 큰 곳에 사용된다.

알루미늄 함금 부식방지

아노다이징:

-알루미늄 합금, 마그네슘 합금을 양극으로 하여 황산, 크롬 산등의 전해액에 담그면 양극에 발생하는 산소에 의해 산화피막이 표면에 형성되는 처리

-내식성, 내마모성이 요구될 때 사용

아노다인:

-표면에 보호피막을 만들기 위한 화학피막처리

-현장에서 작은 부품을 제작하거나 보호용 아노다이징막이 손상, 제거됐을 때 화학적 방법으로 보호막을 형성시킬 때 사용, 

-처리방법은 담가서하는 아노다인 #1200 브러시로 칠하고, 사용빈도가 높은 아노다인 #1000이 있다

도금: 

-전기화학적으로 이질금속을 철강재료 표면에 코팅하는 것

-이질금속을 양극으로 철강을 음극으로 해서 철강금속표면에 이질금속입자가 도금용액을 통해 음극으로 이동해 철강표면에 이질금속입자막을 

형성시키는 작업, 내식성, 내마멸성, 연소방지, 치수회복 목적

페인팅: 금속표면에 페인트를 칠해 부식방지

알루미늄 합금 부식 시 조치사항

-허용한계치수이내의 부식은 깨끗이 사포질하여 제거 후 알로다인 처리한 다음 프라이머, 탑코트페인트를 칠하고 제한 치를 

초과한 부식은 수리, 교환해야한다

-면적한계: 폭-깊이 최소 10배-20배

-깊이한계: 해당 항공기 정비교범에 명시

알루미늄 부식제거 절차

부식 부위검사-부식 부위를 사포로 간다-알로다인 #1200을 적용-황금색으로 변하면 물로 린스-프라이머-탑코트페인트

알루미늄합금 부식을 제거할 때 쓰는 공구

알루미늄 울, 알루미늄 와이어브러시, 로터리 파일

 

고강도 알루미늄 합금

-내식성보다 강도를 중시,

-항공기에 가장 많이 사용되고 있는 합금, 열처리한 가장 강한 상태로 사용

-구리,아연 첨가하여 시효경화, 함유량이 많은 것은 내식성이 저하되므로, Alclad 처리

내열 알루미늄 합금

-가볍고 강하며 내열성이 필요한 왕복엔진의 피스톤용

-2218(알루미늄, 구리, 마그네슘합금): 내열성을 개선, Y-합금

-4032(알루미늄 규소)합금에 구리, 마그네슘, 니켈 약 1％정도 첨가한 합금, 

Y-합금보다 강도는 낮지만 열팽창계수가 적어 피스톤용 합금으로 적합

비열처리 합금

-냉간 가공에 의해서만 강도를 높일 수 있다

-순수 알루미늄에 비해 떨어지지 않는 내식성

-3003 및 5052, 5056 등

열처리 합금

-항공기에 가장 널리 사용되는 합금, 열처리로 경화시켜 사용한다.

알클래드

-강한 합금 재질에 내식성을 개선시킬 목적

-알루미늄 합금의 양면에 순수 알루미늄을 약5½％정도에 두께로 핫롤링해 코팅한 것

-부식 물질과의 접촉을 방지, 표면이 긁힘, 융착으로 생기는 파손을 방지

-전해적으로 Core를 2중 보호

티타늄 합금

-알루미늄 합금보다 비강도, 내열성, 내식성이 양호

-기체, 엔진 등 구조용재로 사용되고 있다.

-비중은 4.5, 알루미늄 보다 무겁고 CRES 보다는 가볍다. 

-인성과 피로에 대한 저항이 강하고 열전도율이 알루미늄과 철 보다 낮다.

-항공기에 사용하는 티타늄 합금은 알루미늄, 주석, 몰리브덴, 바나듐 등 첨가, 내식성, 내열성을 향상

마그네슘 합금

-비중 1.74, 실용 금속 중에서 가장 가볍다

-전․연성 풍부, 절삭성이 좋음, 내열성, 내마모성 떨어진다 

-경합금 재료로 적합, 부품 무게 경감, 제작비 절감 효과

마그네슘합금 부식제거법, 방식처리법

부식제거법

-기계적인 방법: 스티프 호그브리슬 브러시로 제거하거나 ABRASIVE 페이퍼 240으로 갈고 400으로 마감

-화학적인 방법: 크롬산용액-DOW#15FMF 부식 표면에 바른 후 10분 간 건조시켜 물로 세척

방식처리법

-마그네슘 합금을 끓는 중크롬산용액에 담궈 피막형성

모넬

-대표적인 니켈 합금

-고강도, 뛰어난 부식 저항 

-니켈 68, 구리 1%, 철 0.2%, 열처리로 강해지지 않고, 냉간가공하면 인장강도가 50%이상 증가한다. 

-주조와 열간가공, 냉간가공, 용접작업 가능, 기어, 체인, 배기관, 기화기 밸브 재료

구리

-은 다음으로 전기 전도도가 우수

-높은 전기, 열전도성, 전․연성 우수 

-주요 합금으로는 황동과 청동 

황동은 구리, 아연으로 된 황색 합금, 실용 황동은 아연 함유량이 약 40% 이하, 주조성, 가공성이 좋고, 기계적 성질, 내식성도 양호

청동은 구리, 주석 합금으로 황동보다 내식성, 내마멸성이 좋으며, 항공기에서는 구리의 비중이 커, 주로 전기 계통에 사용

철금속 재료

-철은 탄소의 함유량에 따라 순철, 강, 주철로 크게 분류

-탄소의 함유량이 0.025% 이하인 것을 순철, 2.0% 이하인 것을 강, 2.0% 이상인 것을 주철

탄소강

-저 탄소강 탄소 0.1 ～ 0.3％를 함유량 강, 연강

-전, 연성이 좋다, 절삭가공성을 중요시하는 구조용 볼트, 너트, 핀 등에 사용

-항공기에서는 안전결선(Safety Wire), 케이블 부싱, 나사, 로드 등에 사용하며, 판재로는 2차 구조재로 사용

중탄소강 

-탄소 0.3 ～ 0.5％를 함유한 강. 탄소량이 증가하면 강도 및 경도가 향상 

-기계가공, 단조작업에 적합, 표면경화가 필요한 곳에 사용

고탄소강 

-탄소 0.5 ～ 1.05％ 를 함유한 강, 강도, 경도가 매우 크고, 전단, 마멸에 잘 견디며 충격에 강하다. 

-높은 인장력이 필요한 철도 레일, 기차 바퀴, 공구강 등에 사용

특수강 

-보통 탄소강에 한 개 이상의 특수 합금 원소를 첨가, 탄소강에서 얻을 수 없는 특수한 성질을 가지도록 한 강, 합금강

-철에 탄소, 규소, 망간, 인, 황 등 5대 원소만 함유되어 있을 때는 합금강이라 하지 않는다. 

-탄소 함유량은 0.25 ～ 0.55％, 특수 원소의 첨가량이 10％미만은 저합금강, 10％이상은 고합금강이라 한다. 

-사용되고 있는 중요 특수 원소는 니켈, 크롬, 규소, 몰리브덴, 바나딘, 코발트, 텅스텐, 붕소, 티탄 등

-특수강은 성질에 따라 구조용 특수강, 공구강, 특수 용도강으로 분류한다.

-SAE, AISI 규격으로 분류

인산염피막처리(PARKERIZING)

철강재료의 방식법으로 흑갈색 인산염피막을 철강표면에 형성시켜 표면부식으로부터 보호

BONDERIZING 

파커라이징 용액(인산+이산화망간+물)에 인산동용액을 첨가해 철강표면에 동을 석출시킴으로 방식피막을 가속화시키는 방법

 

니켈강 

-탄소강에 니켈이 2～5% 함유된 것을 주로 사용

-탄소강에 니켈을 첨가하면 결정입자를 미세하게 해, 연신율을 감소없이 인장강도, 경도, 증가, 고온에서의 기계적 성질을 높인다

-강도가 크고 내마멸성, 내식성이 우수, 고온에서 사용하는 재료에 적합, 볼트, 터미널 키, 링크, 핀 등의 부품 사용

크롬강 

-탄소강에 크롬이 0.5～2% 함유되면 충격 저항, 내부식성 증가, 자경성이 있어 강도, 경도 증가. 

-크롬이 12.5～18%까지 함유되면 내식성이 커져 내식강으로 취급한다.

*담금질 온도에서 대기 속에 방랭(放冷)하는 것으로 마텐자이트 조직이 생성되어 단단해지는 성질. Ni, Cr, Mn 등이 함유된 특수강에서 볼 수 있는 현상

니켈-크롬강 니켈

-크롬강은 니켈과 크롬의 장점을 조합하여 만듦

-니켈 1.0～1.5%, 크롬 0.8～1.5%, 강인, 점성이 크고, 담금질 특성이 좋다 병기, 자동차 부품, 연결봉, 크랭크축, 와셔 등에 사용

니켈-크롬-몰리브덴강 

-니켈-크롬강에 0.3% 정도의 몰리브덴을 첨가. 강인성을 향상

-고급 내연 기관의 크랭크축 등의 기계 부품, 랜딩 기어, 강력 볼트 등에 주로 사용

크롬-몰리브덴강 

-크롬강에 몰리브덴을 첨가, 인장 강도와 충격 저항을 증가, 니켈-크롬강 대용 강. 각종 축류, 기어, 볼트 등에 사용

크롬-니켈강 

-주합금 원소는 크롬

-크롬-니켈강의 종류에는 페라이트형, 마텐자이트형, 오스테나이트형 등이 있다

-페라이트형은 강인성과 내식성이 증가된 강, 탄소를 0.1% 이하, 크롬을 12～18% 함유, 단조, 압연이 쉽다. 스테인리스강

-마텐자이트형은 탄소가 0.15～0.3%, 크롬이 12～14% 함유, 열처리로 쉽게 경화, 경화  후 기계적 성질과 내식성이 모두 향상. 

제트 기관의 흡입관, 압축기 베인, 터빈 배기구 등에 사용

-오스테나이트형은 크롬이 18%, 니켈이 8% 함유된 강, 18-8 스테인리스강

-비자성체, 내식성이 우수, 충격 저항과 기계가공성이 좋다

-점 용접, 가스 용접등을 하기 쉽다. 판재, 관재, 선재로 모두 사용, 열처리할 때 급히 냉각시키면 균열이 일어나기가 쉽다.

-항공기 터빈 부품 재료

비철금속 재료 

-철보다 다른 원소가 더 많이 함유되어 있는 금속. 

-구리, 알루미늄, 마그네슘, 티탄, 아연, 니켈, 납, 주석, 베릴륨 등 다른 원소와 합금으로 만들어져, 강도와 경도 등 기계적 성질을 개선해 사용.

-비자성체, 알루미늄, 마그네슘, 티탄 합금 등은 가볍고 강도가 높아 항공기, 자동차, 선박 등의 구조용 재료로 많이 사용

복합소재

두 종류 이상의 물질을 인위적으로 결합해 각각의 물질 자체보다 뛰어난 성능, 아주 새로운 성질을 갖도록 만들어진 재료

-고체형태인 강화제, 액체형태인 모재로 구성

복합소재의 장점

-단위무게당 강도가 높다(비강도)

-유연성이 크고 진동으로 인한 피로강도에 대해 높은 저항력

-부식, 침식이 일어나지 않는다

-복잡하고 큰 제품의 제작이 용이하고 디자인이 쉽다

-수리시 파트를 감소시켜 무게를 줄일 수 있다

복합소재의 강화제 종류

-분산강화, 입자강화, 섬화강화, 

-섬유강화- FRR(고무) FRP(플라스틱) FRM(메탈) FRC(세라믹)

-FRP- GFRP(유리) CFRP(카본) AFRP(아라미드)

 

복합소재의 강화제와 사용처

종류: 유리섬유, 카본/그라파이트 섬유, 아라미드/케블라 섬유, 세라믹섬유

사용처: 레이돔, 랜딩기어도어, 엔진카울링, 에일러론, 러더, 윙투보디페어링

어드밴스드 콤포짓 마테리얼의 강화제

글래스섬유: 

흰색, 내열성, 내화학성이 우수하나 기계적강도가 낮고 가격이 저렴, 레이돔, 엔진카울 등 2차 구조재에 널리 사용

카본(유럽)/그라파이트(미국): 

검은색, 고강도, 열팽창계수가 낮아 치수 안전성, 피로응력이 높으며 리브나 윙 서페이스등의 1차구조재로 사용

아라미드섬유: 

케블라,노란색, 경량, 뛰어난 유연성, 높은 응력, 진동을 받는 곳에 사용

보론섬유: 

텅스텐의 얇은 필라멘트에 보론을 붙게 해 만듦, 가공, 취급이 힘드나 인성, 강도가 높다, 전투기에 사용

세라믹:

고온(1200'C)이 요구되는 곳에 사용, 우주 왕복선, 항공기 방화벽 제작, 열저항이 크고 열분산이 빠르다

복합소재 모재의 종류

열경화성 수지:

-열을 가하여 성형하면 그 형태가 영구히 변하지 않는 수지

- 에폭시수지, 페놀수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄수지

열가소성수지:

-열을 가하여 성형 후 다시 열을 가하면 형태 변형이 가능한 수지

-폴리염화비닐수지, 나일론수지, 폴리에틸렌수지, 폴리메타크릴산수지

수리절차

1.코인테스트, 초음파검사로 손상부위 검사

2.SRM, M/M에 의거 손상된 스킨 절단(스킨은 절단선과 같게 절단, 코어는 손상범위보다 0.5인치 크게 절단)

3.샌드페이퍼로 샌딩

4.MEK, 아세톤으로 세척

5.동일한 재질로 코어플러그 제작

6.접착제 BMS 5-129와 BMS 5-90을 사용해 코어플러그 삽입, 접착

7.메뉴얼을 참조해 레이업

8.배깅절차에 따라 바큠백을 설치

9.해당 메뉴얼을 참조해 온도, 시간을 설정 후 경화

10.NDI를 이용 수리부위보다 2인치 넓게 검사

11.콘트롤 서페이스를 수리한 경우 밸런스 체크가 요구되는지 M/M 확인

복합소재에 사용되는 접착제

1액형: 네오플랜계, 니트릴-페놀수지, 실리콘고무

2액형: 티오콜계, 에폭시수지계

기타: 순간접착제, 염기성접착제

고무제품 보관법

-오존, 빛, 열, 산소 침입 방지(노화)

-24'c 이하로 보관

-습도 50 ~ 55%, 암실에 보관

-두꺼운 종이로 밀폐

-고무에 굴곡, 늘림, 일그러짐이 없이 보관

실의 사용 목적

프레셔 실, 도어 실, 윈도우 실 등 기체구조의 기밀유지, 유압, 연료, 엔진오일,산소 등 여러 계통에 사용되는 기체, 액체의 누설방지

실란트 사용목적 

-먼지 침투 방지

-수분 침투 방지

-액체 누설 방지

-내부 공기 압력 누설 방지

-기체 표면 흠을 메워 공기저항 감소

실링하는 부위

연료부, 압력부, 부식부, 방화벽부, 전기부

실 주의사항

-큐어 데이트(사용만료일자) 확인

-꼬이지 않게 장착

-윤활하여 사용

-규격품만 사용

-재사용 금지

-포장하지 않은 것은 사용금지

실링에 관련한 용어

에플리케이션 타임: 

-실란트를 혼합한 후 실링하기 위해 실링건에서 잘 빠져나올 수 있을 때까지의 사용가능시간

스퀴즈아웃라이프: 

-실란트를 혼합하여 페잉서페이스 실링을 하기위해 패스너를 장착했을 때 접합면의 겹치는 부분으로 실란트가 밀려나올 수 있을 때까지의 시간

택스프리타임: 

-실링한 후 손으로 만져봤을 때 손에 묻지 않을때까지의 시간

큐어타임: 

-완전히 굳을 때까지 시간

실을 포장한 겉표지 용어

-P/N: 파트 넘버

-COMPOSITION:실의 실제구성재료

-CURE DATE: 사용만료일자

-MFG DATE: 제조일자

-VENDOR: 제조자

실링작업절차

알로다인-프라이머-솔벤트세척-프리코트실링- 메인실링-탑코트 실링-큐링

 

실링의 방법

페잉 서페이스 실링: 

-부품 조립 후 접촉면 사이에 실란트를 발라 접착하는 실링, 웻실링

필렛실링: 

-부품연결 접합부 모서리나 패스너헤드 위에 발라주는 실링

인젝션실링: 

-비어있는 공간으로 압력을 가해 실란트를 메꾸어 밀폐시키는 실링

프리코트실링:

-맨 처음 필렛의 접착성을 증가시키기 위해 서페이스에 붓 등으로 얇게 칠한 초벌 실링

프리팩실링:

-부품을 장착하기 전에 비어잇는 공간,구멍을 메꿔 밀폐시키는 실링

종류

-고정부위의 기밀을 유지 합성고무계 가스켓, 실란트- 압력 실, 도어 실, 윈도우 실로 사용

-움직이는 부위의 작동유, 연료 오일등의 누설을 방지하기 위한 오링, 오일 실, 메카니컬 실

패킹과 가스켓의 차이

-밀폐를 목적으로 사용하지만 패킹은 상대운동이 있는 곳 가스켓은 상대운동이 없는 곳

오링 장착 시 유의 사항

-두께는 홈의 깊이보다 10%정도 크게, 재사용 금지, 사용처에 맞는 재질 사용, 유통기한 확인

오링의 컬러 코드

제작사를 표시하는 닷과 재질을 표시하는 스트라이프를 혼동하는 경우가 있으므로 컬러코드와 외관에 의해 선정하지 말고 부품번호를 보고 선정

-녹색줄무늬: 부틸고무, 

-백색줄무늬: 에틸렌프로필렌고무

백업링의 구별 및 역할

-테프론이나 가죽으로 되어있고 압력이 걸렸을 때 오링이 밀려나와 손상되는 것을 방지하기 위해 장착

-압력이 걸리지 않는 다운스트림(오링 뒤쪽)에 위치한다

밀폐제의 종류

케빈프레셔실란트: 

-객실 압력유지

퓨엘탱크실란트: 

-THIOKOL계 합성고무가 주 성분인 밀폐제

레더실란트: 

-기체외부나 주익연결부의 갭 부분 방수가 목적

세퍼레이터블 실란트: 

-퓨엘 탱크의 엑세스도어 실

전기 커넥터 포팅 컴파운드

고온용실란트:

-고온덕트 등 내열성이 요구되는 부분에 사용, 실리콘이 주성분

안티세이즈 컴파운드: 

-각종 유체 튜브의 스레드 연결부나 너트에 사용

러스트 프리벤티브 컴파운드: 

-일정기간이나 일시적으로 철 등의 부식을 방지하기 위함