알루미늄은 경량 구조 또는 높은 열전도율과 전기전도율이 요구되는 모든 곳에 사용됩니다. 일반적인 스포츠 바이크는 알루미늄 실린더 블록, 헤드, 크랭크케이스와 용접된 알루미늄 섀시 및 스윙암을 갖추고 있습니다. 엔진 내부에서 가장 중요한 알루미늄 부품은 피스톤입니다. 피스톤은 열전도율이 매우 뛰어나 녹는점보다 훨씬 높은 연소 온도에서도 견딜 수 있습니다. 휠, 냉각수 및 오일 라디에이터, 핸들 레버와 브래킷, 상단 및 (종종) 하단 포크 크라운, 상단 포크 튜브(USD 포크의 경우), 브레이크 캘리퍼 및 마스터 실린더 또한 알루미늄으로 제작됩니다.

우리는 모두 용접 부위가 마치 쓰러진 포커 칩 더미처럼 보이는 알루미늄 섀시를 감탄하며 바라본 적이 있을 겁니다. 아프릴리아의 250cc 2행정 레이서에 사용되는 섀시와 스윙암처럼, 일부 모델은 그 정교한 용접 솜씨를 예술 작품이라 할 수 있습니다.

알루미늄은 합금 및 열처리를 통해 연강(인장강도 60,000psi)보다 높은 강도를 얻을 수 있으며, 대부분의 합금은 가공이 빠르고 용이합니다. 또한 알루미늄은 주조, 단조 또는 압출(일부 섀시 측면 빔 제작 방식)이 가능합니다. 알루미늄의 높은 열전도율 때문에 용접 시 높은 전류가 필요하며, 고온의 금속 표면은 대기 중 산소로부터 보호하기 위해 불활성 가스 차폐(TIG 또는 헬리 아크 용접)가 필수적입니다.

알루미늄은 보크사이트 광석에서 추출하는 데 막대한 양의 전기가 필요하지만, 일단 금속 형태로 만들어지면 재활용 비용이 거의 들지 않고 강철처럼 녹슬어서 손실되지도 않습니다.

초창기 오토바이 엔진 제조업체들은 크랭크케이스에 당시 신소재였던 알루미늄을 재빨리 채택했습니다. 알루미늄이 아니었다면 크랭크케이스는 무게가 거의 세 배나 더 나가는 주철로 만들어야 했을 것입니다. 순수 알루미늄은 매우 무릅니다. 저는 아버지가 어머니의 1,100 합금으로 만든 중절모를 즉석에서 BB탄 방지용으로 사용했을 때 어머니가 얼마나 화를 내셨는지 기억합니다. 중절모 바닥은 온통 움푹 패인 자국 투성이였습니다.

구리를 첨가한 단순 합금의 강도 증가 효과가 곧 발견되었고, 자동차 산업의 선구자인 WO 벤틀리는 제1차 세계 대전 이전에 이러한 합금을 사용하여 실험적인 알루미늄 피스톤을 개발했습니다. 당시 주류였던 주철 피스톤과의 비교 테스트에서 벤틀리의 최초 알루미늄 피스톤은 즉시 출력을 향상시켰습니다. 알루미늄 피스톤은 작동 온도가 낮았고, 유입되는 연료-공기 혼합물의 온도를 낮추었으며, 혼합물의 밀도를 더 많이 유지했습니다. 오늘날 알루미늄 피스톤은 자동차와 오토바이 엔진에 널리 사용되고 있습니다.

보잉의 탄소섬유 강화 플라스틱(CFP) 787 여객기가 등장하기 전까지, 거의 모든 항공기의 공중량 중 60%가 알루미늄으로 구성되어 있다는 것은 항공 업계의 기본적인 사실이었습니다. 알루미늄과 강철의 상대적인 무게와 강도를 살펴보면, 이는 처음에는 이상하게 보일 수 있습니다. 실제로 알루미늄은 부피당 강철의 35%밖에 되지 않지만, 고강도 강철은 고강도 알루미늄보다 최소 세 배 이상 강합니다. 그렇다면 왜 얇은 강철로 비행기를 만들지 않는 것일까요?

이 문제는 알루미늄과 강철로 만든 동일한 구조물의 좌굴 저항력에 관한 것입니다. 동일한 길이(피트당 무게)의 알루미늄 튜브와 강철 튜브를 사용한다고 가정하고 벽 두께를 줄이면, 강철 튜브가 먼저 좌굴됩니다. 강철 튜브는 알루미늄 튜브보다 두께가 3분의 1밖에 되지 않기 때문에 자체 보강 능력이 훨씬 떨어지기 때문입니다.

1970년대에 저는 프레임 제작자인 프랭크 카밀리에리와 함께 일했습니다. 그에게 왜 더 가볍고 단단한 프레임을 만들기 위해 더 얇은 벽 두께의 더 큰 직경의 강철 튜브를 사용하지 않느냐고 물었을 때, 그는 이렇게 대답했습니다. "그렇게 하면 엔진 마운트 같은 부품이 갈라지는 것을 막기 위해 재료를 많이 추가해야 하므로 무게 절감 효과가 사라집니다."

가와사키는 1970년대 초 공장 제작 MX 바이크에 알루미늄 스윙암을 처음 도입했고, 다른 회사들도 이를 따랐습니다. 그리고 1980년, 야마하는 케니 로버츠에게 사각 단면의 압출 알루미늄 튜브로 프레임을 제작한 500cc 2스트로크 GP 바이크를 제공했습니다. 수많은 설계 실험이 필요했지만, 스페인 엔지니어 안토니오 코바스의 아이디어를 바탕으로 야마하의 GP 로드 레이스 프레임은 오늘날 우리가 알고 있는 커다란 트윈 알루미늄 빔으로 발전했습니다.

물론 다른 유형의 성공적인 섀시도 있습니다. 예를 들어 두카티의 강철 튜브 "트렐리스" 섀시나 1990년대 초 존 브리튼의 "피부와 뼈대" 구조의 탄소 섬유 섀시가 있습니다. 하지만 오늘날에는 트윈 알루미늄 빔 섀시가 주류를 이루고 있습니다. 저는 내구성이 좋은 볼트 체결부와 검증된 기하학적 구조만 갖춘다면 성형 합판으로도 실용적인 섀시를 만들 수 있을 것이라고 확신합니다.

강철과 알루미늄의 또 다른 중요한 차이점은 강철에는 피로 한계라는 것이 있다는 점입니다. 피로 한계란 부품의 수명이 사실상 무한대에 가까운 특정 작동 응력 수준을 말합니다. 대부분의 알루미늄 합금은 피로 한계가 없기 때문에 알루미늄 항공기 기체는 계획된 사용 시간으로 수명이 정해져 있습니다. 이 한계 이하에서는 강철은 우리의 과오를 용서하지만, 알루미늄은 눈에 보이지 않는 내부 피로 손상 형태로 모든 손상을 기억합니다.

1990년대의 아름다운 GP 섀시는 대량 생산의 기반이 될 수 없었습니다. 그 섀시는 기계 가공, 프레스 가공, 주조 알루미늄 부품들을 용접하여 만들어졌는데, 이는 구조가 복잡할 뿐만 아니라 세 가지 합금 모두 서로 용접이 가능해야 한다는 조건을 요구합니다. 용접은 생산 로봇을 사용하더라도 비용과 시간이 많이 소요됩니다.

오늘날 경량 4행정 엔진과 주조 섀시를 가능하게 한 기술은 용융 알루미늄 표면에 즉시 형성되는 산화알루미늄 막을 방지하는 저난류 금형 충전 방식입니다. 이러한 산화알루미늄 막은 금속에 약한 부분을 형성하여 과거에는 충분한 강도를 얻기 위해 주조물을 훨씬 두껍게 만들어야 했습니다. 이러한 새로운 공정으로 제작된 주조 부품은 상당히 복잡할 수 있지만, 오늘날의 알루미늄 섀시는 손가락으로 셀 수 있을 정도로 용접 부위가 적습니다. 새로운 주조 방식은 생산되는 오토바이의 무게를 13.6kg 이상 줄여주는 것으로 추정됩니다.

다양한 종류의 강철과 함께 알루미늄은 인류 문명의 기본적인 핵심 소재이지만, 현대 오토바이에 있어서는 그 이상의 의미를 지닙니다. 오토바이의 핵심이라고 할 수 있는 알루미늄은 너무나 흔해서 우리는 그 존재를 거의 알아채지 못하거나, 오토바이 성능에 얼마나 큰 영향을 미치는지조차 인지하지 못하는 경우가 많습니다.