1m짜리 금속 20m까지 6분 만에 늘린다

2020.06.11 15:32
김형섭 포스텍 신소재공학과 교수 연구팀
6분 안에 금속 길이를 20배까지 늘릴 수 있는 공정 기술이 개발됐다. 늘려지고 있는 금속의 모습. 포스텍 제공
6분 안에 금속 길이를 20배까지 늘릴 수 있는 공정 기술이 개발됐다. 늘려지고 있는 금속의 모습. 포스텍 제공

국내 연구팀이 6분 안에 금속 길이를 20배까지 늘릴 수 있는 공정 기술을 개발했다. 기존에는 10시간 소요돼 공정 비용이 높았다. 자동차나 항공기 등 다양한 산업 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.


김형섭 포스텍 신소재공학과 교수 연구팀은 기존의 ‘초소성’ 공정보다 시간을 크게 줄인 공정 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.


초소성은 높은 온도와 매우 느린 변형 속도 등 특정 조건에서 3~5배 이상 늘어나는 성질을 뜻한다. 이 성질을 이용해 기존의 성형 공정으로는 표현하기 어려운 복잡한 형상의 부품을 만들 수 있다. 항공기나 우주발사체, 자동차 부품 제조에 쓰일 수 있을 것으로 기대된다. 문제는 초소성을 구현하기 위해서는 긴 가공시간이 필요해 이로 인한 비용이 높아진다는 점이다. 


연구팀은 ‘고엔트로피 합금’을 이용해 이 같은 문제점을 해결했다. 고엔트로피 합금은 주된 금속에 보조원소를 더하는 일반적 합금과 달리, 주된 금속 없이 여러 원소를 비슷한 비율로 혼합하는 방식이다. 이론상 만들 수 있는 합금의 종류가 무한대다. 


연구팀은 열적 안정성이 뛰어난 고엔트로피 합금을 만들었다. 여기에 초미세립과 나노결정립을 형성했다. 초미세립은 결정방향이 다른 결정들의 집합체를 뜻하는 결정립의 크기가 1 마이크로미터(㎛·100만 분의 1m) 이하일 경우, 나노결정립은 100 마이크로미터(㎛·100만 분의 1m) 이하일 경우를 일컫는다. 초미세립과 나노결정립은 초소성 현상의 중요 전제조건으로 꼽힌다.


그 결과 고엔트로피 합금이 초당 5% 정도 변형이 가능한 것으로 나타났다. 김 교수는 “기존 공정은 초당 0.01%~0.1% 변형을 일으킨다”며 “그보다 50~500배 빠른 것”이라고 말했다. 이어 “이런 공정 기술을 가지고 1m를 20m까지 늘이는 데 성공했다”며 “이는 세계 최고 수준의 늘이는 비율”이라고 덧붙였다.


김 교수는 “이 연구는 고엔트로피 합금만 아니라 지금까지 보고된 금속 소재의 초소성 특성 중 최고 수준 결과”라며 “자동차, 항공기 등 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 핵심적인 요소가 될 것으로 기대된다”고 말했다.

 

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 1일자에 발표됐다.  

 

김형섭 포스텍 신소재공학과 교수. 포스텍 제공
김형섭 포스텍 신소재공학과 교수. 포스텍 제공

 

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