포스텍 연구진, 온도변화에도 성능유지하는 금속 개발

우주·항공·자동차 산업계 이목 집중

포스텍 김형섭 교수

포스텍 박효진 씨

포스텍(포항공대)신소재공학과·철강대학원·기계공학과 김형섭 교수 연구팀이 고온·저온 등 환경에 관계없이 우수한 성능을 유지하는 혁신적인 금속 소재를 개발해 우주·항공·자동차 산업계의 이목을 끌고 있다.

이번 연구는 재료과학 분야 국제 학술지인 '머티리얼즈 리서치 레터스'에 최근 게재됐다.

일상생활에서 우리가 사용하는 금속은 대부분 온도에 민감하게 반응한다. 이를테면 추운 겨울날 금속 문고리가 차갑게 식고, 반대로 여름에는 뜨겁게 달궈지는 것 등이다.

이 같은 소재의 특성에 따라 금속은 특정한 온도 범위에서만 최적의 성능을 발휘하도록 설계된 게 일반적이다. 넓은 온도 범위에서 안정적인 성능을 제공하는 소재는 거의 없다는 의미다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 '하이퍼어댑터' 개념을 제안하고, 이를 구현하기 위한 니켈 기반의 '고엔트로피합금(HEA)'을 개발했다.

이 새로운 합금은 영하 196℃(77K)~ 600℃(873K)의 넓은 온도 범위에서도 강도와 유연성을 거의 일정하게 유지하는 것으로 나타났다.

연구팀이 개발한 합금의 비밀은 내부에 고르게 퍼져 있는 아주 미세한 입자에 있다.

이는 금속이 쉽게 찌그러지지 않도록 잡아주는 역할을 하는데다 금속이 변형될 때도 내부 구조가 미끄러지듯 움직이는 성질이 있어 온도에 관계없이 일정하게 유지되는 특성이 있다.

연구팀은 이 합금이 극한의 온도 변화가 일어나는 다양한 산업 현장에서 혁신을 가져올 것으로 기대했다.

로켓이나 항공기 엔진처럼 짧은 시간에 급격한 온도 변화가 발생하는 환경에서 안정적인 성능을 발휘할 수 있고, 자동차의 엔진·배기 시스템·발전소 터빈·파이프라인 등 고온 부품이 필요한 분야에도 폭넓게 활용 가능하다.

김형섭 교수는 "연구팀이 개발한 HEA는 기존 합금의 한계를 뛰어넘어 넓은 온도 범위에서 안정적인 성능을 제공하는 신개념 소재로 자리 잡을 것"이라며 "하이퍼어댑터 개념은 극한 환경에서도 일관된 기계적 특성을 유지할 수 있는 획기적인 기술이 될 것"이라고 했다.