포스텍(POSTECH)은 김형섭 친환경소재학과·신소재공학과 교수 연구팀이 다양한 규모의 헤테로(hetero) 계층 구조를 개발해 우수한 기계적 물성과 경제성, 경량화를 동시에 달성할 수 있는 합금 설계 전략을 제시했다고 13일 밝혔다.
여러 금속이 합쳐진 합금은 건축, 기계, 항공우주 등 다양한 분야에서 활용된다. 고온에 주로 사용되는 합금은 고온에서 뛰어난 기계적 특성과 안정성을 제공할 니켈(Ni)과 코발트(Co)를 주로 사용한다. 하지만 가격이 비싸고 무겁다는 단점이 있어 광범위한 적용이 어렵다.
연구팀은 철(Fe) 기반 합금을 통해 가격 경제성과 경량화를 달성하는 동시에 계층적 헤테로 구조를 도입해 고온에서 기계적 물성을 유지하는 방법을 개발했다. 이 헤테로 구조는 서로 다른 미세구조가 함께 존재해 서로 보완하는 효과로 인해 더욱 강해지는 방식이다. 연구팀은 마이크로미터(㎛), 나노미터(㎚), 서브 나노미터 등 다양한 규모에서 단계적으로 헤테로 구조를 구성, 합금의 기계적 특성을 크게 향상시켰다.
연구팀이 만든 합금은 기존 고온 소재에 비해 절반 이하의 비용으로 경량화를 확보했으며, 순수한 철보다도 가볍다. 또 고온 및 상온에서 기계적 물성을 기존 고온 상용 재료와 유사한 수준으로 유지하며 가격과 무게, 고온 물성의 뛰어난 조화를 이루어냈다.
김형섭 교수는 “산업적 활용에 최적화된 합금 설계를 통해 차세대 고성능 소재 개발의 새로운 방향성을 제시했다. 향후 자동차, 배터리팩, 우주 산업 등 다양한 산업에 활용될 것을 기대한다”고 밝혔다.
포스코, 한국연구재단 중견연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 최근 금속 분야 국제 학술지인 '악타 머티리얼리아(Acta Materialia)'에 게재됐다.
포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
