항공, 우주, 국방 등 첨단 분야의 특수 목적에 활용 기대
자료=한국연구재단 제공
고강도 금속재료 개발 때 양립이 어려웠던 강도와 연성을 동시에 향상시킬 새로운 기술을 국내연구진이 개발했습니다.
한국연구재단은 손석수 고려대 교수 연구팀이 기존의 강도-연성 상반 관계를 극복할 신개념 초고강도 마레이징 중엔트로피 합금 개발 기술을 확보했다고 밝혔습니다.
연구팀에 따르면 일반적인 초고강도 합금 설계 때 고온의 금속을 급랭시켜 단단한 미세조직 기지를 형성하고, 급랭으로 과포화 된 원소들을 열처리해 입자 형태로 생성하는 두 가지 강화방법을 함께 사용하는데 이 방법은 강도 향상 효과가 크지만 연성이 떨어져 하중을 견디는 저항력이 낮아지는 한계가 있습니다.
마레이징 합금은 두 강화 기구를 모두 사용하는 대표적인 합금으로 매우 단단하고 질기지만 기지와 입자 경계면이 취약해 외부에서 큰 힘이 가해지면 경계면에 응력이 집중되고 파괴로 이어지기 때문에 이를 극복할 정밀 설계가 필요합니다.
연구팀은 이에 전통적 마레이징 설계 방식을 탈피해 변형 과정에서 실시간으로 구조 변화를 일으키는 금속간 화합물을 석출 입자로 활용해 초고강도와 연성을 동시에 확보한 중엔트로피 합금 개발에 성공했습니다.
자료=한국연구재단 제공
연구팀은 제일원리계산과 열역학 시뮬레이션을 통해 단단한 금속간 화합물 석출 입자가 상변태할 수 있도록 설계함으로써 경계부에 집중된 응력을 해소해 균열을 방지하고 높은 강화 효과를 유지했습니다.
실시간 구조가 변화하는 금속화합물을 이용한 중엔트로피 금속재료는 초고강도 강판 수준인 인장강도(2.1 GPa)와 상용재료의 한계연성(2%)의 2배에 달하는 균일연성(4%)을 확보했다고 밝혔습니다.
연구팀은 실험을 통해 상온에서 새로운 합금 기술의 기계적 물성을 확인한 만큼 후속 연구를 통해 초고온과 초극저온 등 극한 환경에서의 특성과 기계적 특성 외의 부식특성, 전기·자기 특성 등 기능적인 부분을 다양하게 개선한 합금을 개발할 계획입니다.
(왼쪽부터) 교신저자 손석수 교수, 제1저자 정현, 최원석(사진=한국연구재단 제공)
손석수 교수는 “본 연구는 초고강도 구조재료 개발에서 석출 입자를 활용한 강화방법 사용 시 강도 향상이 반드시 큰 연성 감소를 대가로 할 필요가 없다는 시사점을 제시한 데 의의가 있다”라며 “극한 환경에서 극심한 하중과 충격을 견뎌야 하는 항공, 우주, 국방 등 첨단 분야에서 특수한 목적에 맞게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔습니다.
이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 1월 10일 게재됐습니다
출처: BBS NEWS 박원식 기자
http://news.bbsi.co.kr/news/articleView.html?idxno=3102547