재료연구소, 고강도·고성형성 타이타늄 제조기술 개발 성공

재료연구소-한국표준과학연구원 연구팀 쾌거

"판형 열교환기 등 수많은 응용기술 적용 가능"

【창원=뉴시스】 홍정명 기자 = 경남 창원에 있는 재료연구소 금속재료연구본부 원종우(오른쪽) 선임연구원과 한국표준과학연구원 산업응용측정본부 홍성구 책임연구원이 압연장비 앞에서 순수 타이타늄의 최적 공정에 대해 논의하고 있다.2019.02.27.(사진=재료연구소 제공) [email protected]

【창원=뉴시스】 홍정명 기자 = 경남 창원에 있는 재료연구소(KIMS)는 금속재료연구본부 원종우 박사 연구팀이 한국표준과학연구원(KRISS) 산업응용측정본부 홍성구 박사와 함께 강하면서 유연한 성질을 동시에 갖는 순수 타이타늄(Titanium) 제조기술 개발에 성공했다고 27일 밝혔다.

재료연구소는 원종우 박사 연구팀 등이 이번에 공동 개발한 압연 기술로 제작한 순수 타이타늄 판재는 발전소, 조선 등 산업 전반에 필수적인 열교환기에 적용할 수 있어, 효율 향상 및 비용 절감 효과를 가져올 것이라고 전망했다.

합금이 아닌 순수 타이타늄은 부식에 강하고 생체 친화성이 높아 화학·환경·발전 설비 및 생체응용 분야 등에서 대체 불가의 소재로 활용되고 있다.

순수 타이타늄을 산업에 활용하기 위해서는 압연을 통해 판재로 만든 후 성형을 거쳐 원하는 형태로 제작해야 한다.

하지만 그동안 파괴되지 않으면서 형태 변형이 자유로운 타이타늄 판재를 얻기란 불가능에 가까웠다.

강도와 성형성은 순수 타이타늄의 순도에 따라 좌우되는데, 일반적으로 한 성질을 향상시키면 다른 하나는 저하되기 때문이다.

순수 타이타늄은 압연을 거치면 소재를 구성하는 결정들의 방향이 수직으로 서게 되는데, 집합조직이라고 하는 이 상태가 성형을 방해한다.

이의 해결책으로는 압연장비 위·아래 롤의 속도를 달리 하는 방법이 유일했지만, 설비 자체를 새로 구축해야 하는 등 큰 부담이 수반된다.

이에 원종우 박사 등 연구팀은 금속 소재에서 흔히 발생하는 현상인 쌍정(twin, 특정 결정면을 기준으로 대칭 위치에 원자가 재배열되는 현상)에 주목, 쌍정을 통해 소재 결정 방향을 제어하는 압연기술을 최초로 개발하는데 성공했다.

【창원=뉴시스】 홍정명 기자 = 경남 창원 재료연구소 금속재료연구본부 원종우 선임연구원, 한국표준과학연구원 산업응용측정본부 홍성구 책임연구원 연구팀이 1차, 2차 쌍정 발생 시 소재에서 발생하는 결정방향 변화를 분석한 결과 개념도. 연구진은 이 결과를 토대로 1차 쌍정이 소재 강도 및 성형성 향상에 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다.2019.02.27.(사진=재료연구소 제공) [email protected]

집합조직을 분산시켜 소재의 성형성을 올리는 이 기술은 기존 압연 장비에 추가적인 설치 없이 구현할 수 있다.

특히 이번 기술로 제조된 순수 타이타늄 판재가 강도와 성형성 면에서 기존보다 16~20% 향상되는 것을 연구팀은 확인했다.

재료연구소 원종우 선임연구원은 "순수 타이타늄 압연 기술은 경량성, 고강도, 고성형성 및 소재 절약을 모두 충족시킬 수 있다는 점에서 가치와 파급 효과가 매우 크다"면서 "날로 엄격해지는 환경규제에 맞춰 판형 열교환기는 물론, 수많은 응용기술에 적용될 것으로 보인다"고 말했다.

한국표준과학연구원 홍성구 책임연구원은 "쌍정은 매우 일반적이고 압연을 거치면 파괴되는 탓에 지금까지 특별한 활용이 고려되지 않았다"면서 "쌍정의 파괴를 막을 수 있는 이번 성과는 기본적인 현상을 활용해 현장에서 쉽게 소재의 향상을 이뤄냈다는 점에서 큰 의미가 있다"고 강조했다.

한편 이번 연구결과는 방위사업청 국방부-민군겸용사업 및 국가과학기술연구회 FEP융합연구단 사업의 지원을 받아 수행했으며, 국제학술지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 2월 14일자에 게재됐다.

 [email protected]