알루미늄은 경량 구조나 높은 열 및 전기 전도성이 요구되는 모든 곳에 사용됩니다. 일반적인 스포츠바이크는 알루미늄 실린더 블록, 헤드, 크랭크케이스, 그리고 용접된 알루미늄 섀시와 스윙암을 갖추고 있습니다. 엔진 내에서 알루미늄이 가장 중요한 역할을 하는 것은 피스톤입니다. 피스톤은 열 전도율이 매우 뛰어나 녹는점보다 훨씬 높은 연소 온도에도 견딜 수 있습니다. 휠, 냉각수 및 오일 라디에이터, 핸드 레버와 그 브래킷, 상단 및 하단 포크 크라운, 상단 포크 튜브(USD 포크), 브레이크 캘리퍼, 마스터 실린더 역시 알루미늄으로 제작됩니다.

우리 모두는 전설적인 포커 칩 더미를 연상시키는 용접 부위를 가진 알루미늄 섀시를 감탄하며 바라보곤 했습니다. 아프릴리아 250 레이서처럼 이러한 섀시와 스윙암 중 일부는 우아한 예술 작품과도 같습니다.

알루미늄은 연강보다 높은 강도(인장강도 60,000psi)로 합금화 및 열처리될 수 있지만, 대부분의 합금은 빠르고 쉽게 가공됩니다. 알루미늄은 주조, 단조 또는 압출(일부 섀시 사이드 빔 제작 방식)로도 제작될 수 있습니다. 알루미늄은 열전도율이 높아 용접 시 높은 전류가 필요하며, 뜨거운 금속은 불활성 가스 차폐(TIG 또는 헬리 아크)를 통해 대기 중 산소로부터 보호되어야 합니다.

알루미늄은 보크사이트 광석에서 추출하는 데 많은 양의 전기가 필요하지만, 일단 금속 형태로 존재하게 되면 재활용 비용이 거의 들지 않고 강철처럼 녹슬지도 않습니다.

초창기 오토바이 엔진 제조업체들은 당시 신소재였던 이 금속을 크랭크케이스에 빠르게 채택했는데, 그렇지 않았다면 무게가 거의 세 배나 더 나가는 주철을 사용해야 했을 것입니다. 순수 알루미늄은 매우 부드럽습니다. 아버지가 1,100 합금으로 만든 이중 보일러를 임시 BB 트랩으로 사용했을 때 어머니가 얼마나 화를 내셨는지 기억납니다. 바닥에는 움푹 들어간 곳이 잔뜩 생겼습니다.

구리를 첨가한 단순 합금의 강도 향상 효과는 곧 발견되었고, 자동차 선구자 W.O. 벤틀리는 이 합금을 제1차 세계 대전 이전 실험용 알루미늄 피스톤에 사용했습니다. 당시 주류였던 주철 피스톤과 연이은 실험을 통해 벤틀리가 최초로 시도한 알루미늄 피스톤은 즉시 출력을 향상시켰습니다. 알루미늄 피스톤은 낮은 온도에서 작동하고, 유입되는 연료-공기 혼합물의 온도를 낮추며, 밀도를 더 많이 유지했습니다. 오늘날 알루미늄 피스톤은 자동차와 오토바이 엔진에 널리 사용됩니다.

보잉의 탄소섬유 강화 플라스틱 787 여객기가 등장하기 전까지는 거의 모든 항공기의 자중(empty weight)이 60% 알루미늄이라는 것이 항공계의 기본 상식이었습니다. 알루미늄과 강철의 상대적인 무게와 강도를 살펴보면, 이는 처음에는 이상하게 보일 수 있습니다. 알루미늄의 무게는 부피 대비 강철의 35%에 불과하지만, 고강도 강철은 고강도 알루미늄보다 최소 세 배는 더 강합니다. 그렇다면 얇은 강철로 비행기를 만들지 않을 이유가 있을까요?

알루미늄과 강철로 된 동등한 구조물의 좌굴 저항성에 대한 문제였습니다. 1피트당 동일한 무게의 알루미늄과 강철 튜브를 사용하고 벽 두께를 줄이면, 강철 튜브가 먼저 좌굴됩니다. 강철 튜브의 두께가 알루미늄의 3분의 1에 불과하여 자체 보강 능력이 훨씬 약하기 때문입니다.

1970년대에 저는 프레임 제작자 프랭크 카밀리에리와 함께 일했습니다. 그에게 왜 더 가볍고 단단한 프레임을 만들기 위해 더 큰 직경의 얇은 두께의 강철 튜브를 사용하지 않았는지 물었더니, 그는 이렇게 답했습니다. "그렇게 하면 엔진 마운트 같은 부품에 균열을 방지하기 위해 재료를 많이 추가해야 하므로 무게를 줄이는 효과가 사라지게 됩니다."

가와사키는 1970년대 초, 자사의 MX 바이크에 알루미늄 스윙암을 처음 채택했고, 다른 제조사들도 이를 따랐습니다. 1980년에는 야마하가 케니 로버츠를 사각 단면 압출 알루미늄 튜브로 제작된 프레임을 장착한 500마력 2행정 GP 바이크에 태웠습니다. 수많은 설계 실험이 필요했지만, 결국 스페인 엔지니어 안토니오 코바스의 아이디어를 바탕으로 야마하의 GP 로드 레이스 프레임은 오늘날 우리가 흔히 보는 대형 트윈 알루미늄 빔으로 진화했습니다.

물론 다른 유형의 섀시도 성공적인 사례가 있습니다. 두카티의 강철 튜브 "트렐리스" 섀시나 1990년대 초 존 브리튼의 "스킨 앤 본즈" 탄소 섬유 섀시가 그 예입니다. 하지만 오늘날에는 트윈 알루미늄 빔 섀시가 주류를 이루고 있습니다. 내구성 있는 볼트 체결 지점과 일반적으로 입증된 지오메트리만 있다면, 성형 합판으로도 실용적인 섀시를 제작할 수 있다고 확신합니다.

강철과 알루미늄의 또 다른 중요한 차이점은 강철에는 피로 한계라는 것이 있다는 것입니다. 피로 한계란 부품의 수명이 사실상 무한대에 가까운 작동 응력 수준을 말합니다. 대부분의 알루미늄 합금에는 피로 한계가 없기 때문에 알루미늄 동체는 계획된 사용 시간만큼 "수명"이 보장됩니다. 이 한계 이하에서는 강철은 우리의 잘못을 용서하지만, 알루미늄은 보이지 않는 내부 피로 손상의 형태로 모든 손상을 기억합니다.

1990년대의 아름다운 GP 섀시는 결코 대량 생산의 기반이 될 수 없었습니다. 당시 섀시는 기계 가공, 프레스 가공, 그리고 주조 알루미늄 부품을 용접하여 제작되었습니다. 이는 복잡할 뿐만 아니라, 세 가지 합금 모두 상호 용접이 가능해야 합니다. 용접은 생산 로봇으로 수행하더라도 비용과 시간이 많이 소요됩니다.

오늘날의 경량 4행정 엔진과 주조 섀시를 가능하게 한 기술은 저난류 금형 충진 방식입니다. 이 방식은 용융 알루미늄에 즉시 형성되는 산화 알루미늄 피막을 형성하지 않습니다. 이러한 피막은 금속에 취약한 영역을 형성하여, 과거에는 충분한 강도를 얻기 위해 훨씬 더 두꺼운 주물을 필요로 했습니다. 이러한 새로운 공정을 통해 주조된 부품은 상당히 복잡할 수 있지만, 오늘날의 알루미늄 섀시는 한 손에 꼽을 정도로 많은 용접으로 조립할 수 있습니다. 새로운 주조 방식은 양산 오토바이의 무게를 30파운드(약 13kg) 이상 줄이는 것으로 추산됩니다.

알루미늄은 다양한 강철과 함께 인류 문명의 기본 동력원이지만, 현대 오토바이에는 그 이상의 의미를 지닙니다. 오토바이의 핵심 부품으로, 너무나 흔해서 우리는 거의 눈에 띄지 않고, 오토바이의 성능에 알루미늄이 얼마나 큰 역할을 하는지조차 알지 못합니다.