티타늄용 무염소 절삭유에서는 무엇이 염소를 대신하나요?

이 글은 티타늄 합금 가공에 쓰는 비수용성 절삭유와 수용성 절삭유를 다룹니다. 성형, 프레스, 인발 가공과 니켈 초합금, 스테인리스강은 다루지 않습니다. 이들은 승인 규칙이 따로 있습니다. 표에는 제품이 아니라 먼저 시험할 화학계를 적었고, 규제 현황은 2026년 10월 23일 기준입니다.

티타늄 절삭유에서 염소계 극압 첨가제를 빼는 이유는 무엇인가요?

티타늄 절삭유에서 염소계 극압 첨가제를 빼는 이유는 세 가지입니다. 잔류물이 고온의 티타늄 부품을 침식할 수 있고, 중쇄 염소화 파라핀이 이제 스톡홀름협약에 등재되었으며, 할로겐이 든 폐유는 처리하기가 더 어렵습니다. 항공우주 사용자에게는 부품 위험이 먼저입니다. 한 배합 업체는 2015년, 제트 엔진 터빈 블레이드처럼 이후 500 °F (260 °C)가 넘는 환경에서 쓰일 부품에는 초장쇄 염소화 파라핀도 쓰지 말라고 경고했습니다. 염소가 든 잔류물이 부식을 일으켜 사용 수명을 줄일 수 있기 때문입니다(Lubes'n'Greases, 2015). 세정제에 대해서도 같은 우려로 ASTM F945-22가 있습니다. 이 시험은 세정제와 접촉한 예응력 티타늄 합금이 나중에 가열될 때 균열이 생기는지 확인합니다(ASTM F945-22, 2022).

규제상의 이유는 더 최근에 생겼습니다. 당사국총회는 4월 28일부터 2025년 5월 9일까지 열린 회의에서 채택한 결정 SC-12/10으로 중쇄 염소화 파라핀을 부속서 A에 등재했습니다(Stockholm Convention, 2025). 이 등재는 적용 제외를 선택하지 않은 당사국에 대해, 수탁자가 2025년 12월 16일에 통보한 날부터 1년 뒤 발효됩니다(UN Depositary, 2025).

폐기물상의 이유는 미국에 해당합니다. 총 할로겐이 1,000 ppm을 넘는 폐유는 유해폐기물로 추정합니다. 위탁 재생(tolling) 계약으로 회수하는 염소화 파라핀 금속가공유에는 이 추정이 적용되지 않지만, 다른 방식으로 재활용하거나 폐기할 때는 적용됩니다. 위탁 재생이 아니면, 유해폐기물이 들어 있지 않다는 것을 누군가 입증해 추정을 반박하지 않는 한 그 폐유는 계속 유해폐기물로 추정됩니다(US EPA, 40 CFR 279.10, 2026).

티타늄 가공에서 염소를 대신하는 극압 첨가제와 윤활성 화학계는 무엇인가요?

티타늄 가공에서 염소를 대신하는 화학계는 인산 에스테르를 포함한 인 화합물, 황 담체, 고분자 에스테르, 과염기성 설포네이트입니다. 대개 하나만 쓰기보다 섞어서 씁니다. Lubrizol은 이 중 다섯 가지를 염소화 파라핀과 비교했습니다. 활성 황이 많은 황화 올레핀, 활성 황이 적은 황화 유지, 인 화합물, 오일에 분산한 과염기성 설포네이트, 고분자 에스테르입니다(Lubes'n'Greases, 2016).

계열마다 하는 일이 다릅니다. Rhein Chemie는 염소화 파라핀과 비교해, 활성 황이 든 황화 트리글리세라이드는 사구 융착 결과를 개선했고 고분자 에스테르는 사구 마모 결과를 개선했다고 보고했습니다(Lubes'n'Greases, 2016). 이 회사 시험에서 파라핀계 기유에 폴리설파이드와 고분자 에스테르를 50/50으로 섞어 총 5% 넣은 배합은 융착 하중 5,500 N, 마모흔 0.58 mm를 보였습니다(Lubes'n'Greases, 2016). 이 시험은 강재로 했으므로 화학계의 순위는 매기지만 티타늄에서의 성능을 입증하지는 않습니다.

티타늄에 한정하면 공개된 자료에서 가장 앞선 후보는 인계입니다. Afton은 셰필드의 Advanced Manufacturing Research Centre에서 한 밀링 시험에서, 특정 인산 에스테르가 티타늄 밀링 시 공구 수명을 늘리는 데 특히 유망했다고 보고했습니다(Lubes'n'Greases, 2016).

초장쇄 염소화 파라핀(C21 이상)을 대체품으로 제시하는 경우가 있습니다. 이 제품에는 여전히 염소가 들어 있고, 한 제조사 제품군에서는 그 양이 40~70 중량%입니다(Lubes'n'Greases, 2015). 따라서 할로겐 무함유 요건을 충족하지 못합니다.

가장 강한 무염소 절삭유가 필요한 티타늄 가공은 무엇인가요?

가장 강한 무염소 절삭유가 필요한 티타늄 가공은 태핑과 브로칭이고, 그다음이 드릴링입니다. 이 가공에서는 공구가 절삭면에 계속 닿아 있어, 절삭유가 냉각보다 윤활을 해야 하는 몫이 크기 때문입니다. Afton은 티타늄의 열전달 특성이 매우 나빠 공구와 부품이 닿는 곳의 온도가 지나치게 높아질 수 있다고 설명했습니다(Lubes'n'Greases, 2016).

태핑은 윤활에 가장 크게 의존합니다. 한 절삭공구 유통사의 안내에 따르면 비수용성 절삭유가 일반적으로 탭 성능이 가장 좋고, 수용성 배합은 대부분 태핑에 적합하지 않습니다. 태핑, 특히 전조 탭을 쓰는 태핑은 냉각보다 윤활이 더 필요하기 때문입니다(Cutting Tool Supply, 2026). 따라서 태핑과 브로칭에는 황이 허용되는 경우 황-인계 극압 첨가제를 넣은 비수용성 절삭유가 맞습니다.

스톡홀름협약도 금속가공유 면제가 적용되는 고부하 공정을 정의할 때 같은 작업을 듭니다. 티타늄을 포함한 금속의 브로칭, 정밀 절삭과 드릴링, 태핑, 연삭 등입니다(Stockholm Convention, 2025). 이 면제는 면제를 등록한 당사국과, 회수 체계를 갖춘 전문 또는 산업 현장에 한정됩니다.

선삭과 정면 밀링 같은 연속 절삭은 가벼운 쪽에 속합니다. 여기서는 에스테르나 인산 에스테르 윤활성 패키지를 넣은 수용성 절삭유를 첫 시험 후보로 삼을 만합니다. 다만 이것은 규칙이 아니라 시험해 볼 출발점으로 보아야 합니다. 티타늄 선삭에서 무염소 절삭유의 공구 수명 데이터를 공개된 자료에서 찾지 못했기 때문입니다.

티타늄 가공과 제한 조건에 맞는 무염소 절삭유 고르기

티타늄 가공에 무염소 절삭유를 맞추려면 가공 종류, 절삭유 형태, 고객의 제한 조건을 함께 보고 한 화학계부터 시험합니다. 아래 표를 보면 조건마다 어떤 계열을 시험 목록에 올릴지 정할 수 있습니다.

표는 고객의 제한 조건부터 보고, 다음에 가공 종류, 마지막으로 절삭유 형태를 봅니다. 제한 조건은 어떤 계열을 쓸 수 있는지를 정합니다. 가공 종류는 절삭에 극압 성능이 얼마나 필요한지를 정합니다. 절삭유 형태는 그 극압 성능을 담을 수 있는지를 정합니다. 수용성 절삭유로 태핑하면 비수용성 절삭유로 태핑할 때보다 윤활성 패키지에 더 많은 것을 요구하기 때문입니다. 한 기계가 섬프 하나로 여러 가공을 한다면 그 기계에서 가장 가혹한 가공(대개 태핑)을 기준으로 계획하고, 무거운 패키지 때문에 가벼운 가공이 나빠지지 않는지 확인합니다.

각 행은 완성된 배합이 아니라 시험 목록에 먼저 올릴 계열을 적은 것입니다. 첨가 농도, 기유, 유화제 선택은 절삭유 제조사가 정합니다. 그 계열을 목록에 남길지는 아래에서 설명하는 토크 시험과 고객 승인으로 정합니다.

결정을 가장 많이 바꾸는 행은 황 금지입니다. 고객이 염소와 황계 극압 첨가제를 모두 금지하면, 태핑을 포함한 모든 티타늄 가공에서 시험 목록이 에스테르와 인계 화학으로 줄어듭니다.

무염소 절삭유가 염소계 극압 첨가제와 같은 성능을 내는지에 대해 자료마다 의견이 다른 이유는 무엇인가요?

자료마다 의견이 다른 이유는 시험한 금속, 가공, 가혹도가 서로 다르고, 실험실 시험이 현장 결과를 늘 예측하지는 못하기 때문입니다. Lubrizol은 첨가제와 오일을 20/80으로 섞은 대체 배합 다섯 가지가 모두 1018 탄소강과 316 스테인리스강의 절삭 태핑과 전조 태핑에서 장쇄 염소화 파라핀과 같은 성능을 냈다고 밝혔습니다. 이 회사는 이 가공을 가장 가벼운 가혹도 범주에 넣었습니다(Lubes'n'Greases, 2016). 그러나 1008 강재에 50 MPa로 한 비틀림 압축 시험에서는 무염소 배합의 마찰이 65~90초 뒤 올라갔고, 염소계 대조군은 2분 시험 내내 안정적이었습니다(Lubes'n'Greases, 2016). 더 단단한 304 스테인리스강에 50 MPa로 시험했을 때는 무염소 절삭유가 5~10초 만에 파손되었고 염소계 대조군은 40초를 버텼습니다. Lubrizol은 현재의 첨가제 화학이 특정 가혹 가공에서는 염소화 파라핀을 대체하기에 충분하지 않을 수 있다고 결론지었습니다(Lubes'n'Greases, 2016).

Rhein Chemie는 대부분의 금속가공유에서 염소화 파라핀을 대체하기가 간단하지 않다고 결론지었습니다. 그러면서도 절삭유와 성형유에서는 황과 인 배합을 최적화해 염소화 파라핀과 같거나 때로 더 나은 성능을 낼 수 있다고 보았습니다(Lubes'n'Greases, 2016). 이 회사의 브로칭 현장 시험에서는 사구 시험 결과가 가장 좋았던 절삭유가 공구 마모를 그다지 막지 못했고, 점수가 더 낮았던 배합이 더 잘 막았습니다(Lubes'n'Greases, 2016).

Afton은 티타늄에 대해, 공구 접촉부의 열 때문에 항공기 티타늄 부품을 밀링하는 데 염소계 극압 첨가제가 꼭 필요했다고 말했습니다(Lubes'n'Greases, 2016). 이렇게 읽는 것이 타당해 보입니다. 무염소 배합은 가벼운 가공에서 염소계 극압 첨가제와 같은 성능을 낼 수 있지만, 티타늄 태핑과 브로칭처럼 단단한 합금의 가혹 가공에서는 입증되지 않았으므로 티타늄으로 시험해야 합니다.

티타늄 절삭유를 바꾸기 전에 고객 승인에는 무엇이 담겨야 하나요?

티타늄 절삭유를 바꾸기 전에 받는 고객 승인에는 정확한 절삭유, 승인이 적용되는 사용 영역이나 부품군, 금지 성분, 고객이 확인해야 하는 근거가 담겨야 합니다. 항공우주 승인은 사용 영역별로 납니다. Boeing의 BAC5008에서 영역 6은 티타늄 합금 단품과 조립품의 기계가공, 연삭, 절단을 다룹니다(Fabricating and Metalworking, 2009). 영역 2와 3에 승인된 절삭유는 갈바닉 부식과 미세조직 결함에 대해 광범위한 시험을 거쳐야 합니다(FMA, 2014). 승인서에 해당 부품을 다루는 사용 영역이 적혀 있는지 확인합니다.

승인을 요청하기 전에 태핑 토크 시험으로 후보를 비교합니다. ASTM D8288-25는 금속가공유의 상대적인 윤활 특성을 예측하는 데 쓸 수 있고, 기준 절삭유 대비 효율을 보고합니다(ASTM D8288-25, 2025). 이전의 ASTM D5619는 2016년에 폐지되었고, ASTM이 대체 규격을 지정하지 않았습니다(ASTM D5619-00(2011), 2016). 시험은 고객의 티타늄 합금으로 하고, 지금 쓰는 염소계 절삭유를 기준으로 삼습니다.

제한 조건은 제안서 자체에 적습니다. 할로겐 한도, 황 한도, 부품 사용 온도, 가공 후 세정 단계입니다. 루빈플라의 제품 추천은 고객의 승인 요건과 금지 성분을 먼저 모든 후보에 필수 요건으로 적용하고, 승인 여부를 확인할 수 없는 후보는 미확인으로 남깁니다. 이 문서의 구성은 화학제품 제안서에 무엇을 담아야 하는지에서 볼 수 있습니다.

티타늄 가공을 무염소 절삭유로 바꿀 때 흔한 실수

티타늄 가공을 무염소 절삭유로 바꿀 때 흔한 실수는 전환을 인증 절차가 아니라 제품 교체로 다루는 데서 나옵니다. 다음 다섯 가지가 반복됩니다.

1. 무염소 요건을 맞추려고 초장쇄 염소화 파라핀을 고르는 것. 한 제조사 제품군에서는 여전히 염소가 40~70 중량% 들어 있습니다(Lubes'n'Greases, 2015).

2. 사구 융착이나 마모 결과로만 후보 순위를 매기는 것. 한 브로칭 현장 시험은 사구 시험 순위를 따르지 않았습니다(Lubes'n'Greases, 2016).

3. 강재로 시험하고 그 결과가 티타늄에도 맞는다고 가정하는 것. 태핑 동등성 결과는 1018 강재와 316 강재에서 나온 것입니다(Lubes'n'Greases, 2016).

4. 새 절삭유로 섬프를 보충하는 것. 염소가 넘어와 할로겐 무함유 주장이 무너지지 않도록, 두 절삭유의 물질안전보건자료(SDS)에서 세정제 상용성과 개인 보호 사항을 확인하고 계통을 비우고 청소합니다.

5. 빼낸 염소계 절삭유를 일반 폐유로 내보내는 것. 미국에서는 총 할로겐이 1,000 ppm을 넘는 폐유를 반박되지 않는 한 유해폐기물로 추정합니다(US EPA, 40 CFR 279.10, 2026). 내보내기 전에 SDS와 지역 폐기물 규정을 확인합니다.