포스텍, 고강도 초소성 고엔트로피 합금 설계 성공

국내 연구팀이 쉽게 늘어나는 고강도 초소성 고엔트로피 합금 설계에 성공했다. 자동차와 항공기 등 다양한 산업분야에 적용 가능할 전망이다.

포스텍(총장 김무환)은 김형섭 철강대학원·신소재공학과 교수, 이종수 교수, 프라빈 연구교수, 자가란 연구교수, 박사과정 아스가리 라드 씨, 석사과정 응웬 씨 연구팀이 고압 비틀림으로 가공된 나노결정립 고엔트로피 합금소재에서 2000%까지 길이가 늘어나는 세계 최고 연구결과를 내놓았다고 11일 밝혔다.

이번 연구성과는 최근 과학 학술 전문지 '네이쳐 커뮤니케이션즈'에 게재됐다.

고강도 초소성 고엔트로피 합금 설계에 성공한 김형섭 포스텍 교수.
고강도 초소성 고엔트로피 합금 설계에 성공한 김형섭 포스텍 교수.

초소성(HSRS)은 재료가 늘어나 찢어지거나 끊어질 때까지 300~500% 이상 변형할 수 있는 능력이다. 이런 현상은 높은 온도와 매우 느린 변형속도 등 특정한 조건에서 일부 소재에만 나타난다. 초소성 재료를 이용하면 기존 성형 공정으로는 구현하기 어려운 항공기, 우주발사체, 자동차 등에 필요한 복잡한 형상의 부품도 한 번에 만들 수 있다. 하지만 초소성은 대부분 느린 변형 속도에서만 발생하기 때문에 성형 시간이 길어져 가공비용이 높아진다.

다상 고엔트로피 합금의 나노 초미세립결정 형성을 통한 결정립 성장 억제 개념도
다상 고엔트로피 합금의 나노 초미세립결정 형성을 통한 결정립 성장 억제 개념도

연구팀은 열적 안정성이 뛰어난 고엔트로피 합금을 이용해 초소성의 한계를 극복했다.■고엔트로피 합금에 고압 비틀림 가공을 가해 초소성 현상의 중요한 전제조건인 초미세립·나노결정을 형성하고, 고온에서도 결정립 성장이 효과적으로 억제되도록 했다. 이를 통해 기존 초당 0.01~0.1% 변형시키는 초소성 공정 속도보다 50~500배 빠른 초당 5%의 고속 변형 하에서 2000%에 이르는 세계 최고 수준 연신율을 달성했다.

상대적으로 빠른 성형 속도에서 우수한 연신율을 달성, 기존 초소성 공정을 50~500분의 1로 줄였다. 성형 시간과 비용을 절감함으로써 산업에 적용할 수 있는 가능성을 높였다.

김형섭 교수는 “고엔트로피 합금뿐만 아니라 지금까지 보고된 금속 소재 초소성 특성 중 최고 수준 결과”라며 “연구에서 제시한 다상의 미세구조는 향후 자동차, 항공기 등 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 핵심 요소가 될 것”이라고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단에서 추진하는 미래소재디스커버리지원사업의 지원을 받아 수행됐다

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com