포항공대 연구진, 차세대 초고강도 합금 개발…“항공·우주·방산 등 사용”

국내 연구진이 3D 프린팅 기술을 이용해 극한의 환경에서도 버틸 수 있는 초고강도 합금을 개발했다.

포스텍(포항공대)은 친환경소재대학원·신소재공학과 김형섭 교수 연구팀이 3D 프린팅 기술로 기존보다 강도와 연성의 조합이 뛰어난 철계 합금을 만드는 데 성공했다고 24일 밝혔다.


초고강도 철계 합금은 항공·우주·방위 산업 등 극한의 환경을 견뎌야 하는 구조 부품에 널리 사용된다. 최근에는 금속 3D 프린팅 기술과 결합하면서 복잡한 형상의 부품 제작도 가능해졌지만, 높은 강도에 비해 잘 늘어나지 못해 충격에 취약하다는 한계가 있다.

연구팀은 공정 과정에서 만들어지는 벌집 모양 셀(Cell) 구조에서 실마리를 찾았다. 우선 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo)을 조합해 합금을 제작한다. 이 과정에서 몰리브덴이 셀 경계에 집중되고, 이를 열처리해 정교하게 제어했다.

높은 온도에서 열처리하면 부드러운 성질을 가진 결정립이 소재 전체에 고르게 분포되면서 완충 장치 효과를 얻게 된다. 이 결정립들은 외부 힘을 받을 때 더 단단한 조직으로 바뀌면서 변형을 흡수해 높은 강도를 유지하면서도 쉽게 깨지지 않게 된다. 현재까지 3D 프린팅 기술로 제작된 기존 초고강도 철계 합금과 비교해 가장 뛰어난 수준의 강도와 연성을 보인 것으로 분석됐다.



김형섭 포스텍 교수는 “3D 프린팅 과정에서 자연스럽게 형성되는 나노 크기 셀 구조를 적극 활용해 초고강도와 높은 연성을 모두 확보하는 데 성공했다”며 “이번 연구는 고성능 금속 부품의 3D 프린팅 활용 범위를 크게 넓히는 계기가 될 것”이라고 했다.

포항 김형엽 기자