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강하지만 다루기 쉬운 신개념 합금 나왔다

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서울신문

더 강하고 더 무른 합금 제조기술 나왔다 - 국내 연구진이 여러 금속원소를 동등한 비율로 섞어 더 강하면서도 가공이 더 쉬운 일명 고엔트로피 합금을 만드는 기술을 새로 내놨다.

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국내 연구진이 강하고 잘 늘어나고 다루기도 쉬운 금속분야에서 세 가지 문제에 대한 해결책을 모두 갖고 있는 신개념 합금을 개발했다.

포스텍 신소재학과 연구팀은 더 강하고 잘 늘어나면서 다루기 쉬운 고엔트로피 합금 설계방식을 개발했다고 1일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘악터 마터리알리아’와 ‘스크립타 마터알리아’에 실렸다.

일반적으로 합금은 주(主)금속에 보조 금속원소를 결합시키는 방식으로 만들어진다. 그렇지만 고엔트로피 합금은 주금속원소 없이 여러 원소를 동등한 비율로 혼합하는 방식으로 만들어지기 때문에 이론적으로 만들 수 있는 합금의 종류가 무한대인 꿈의 합금이다.

많은 과학자들이 합금원소 종류와 함량을 자유자재로 조절해 합금 강도, 연성, 내식성, 전자기적 특성, 열적 특성 등을 바꿨다. 그렇지만 대부분 균일한 구조, 조직, 결정입자 크기, 형상이 동일한 형태로 만들어졌다. 또 균일한 구조로 만들기 위해 코발트, 크롬 같은 고가의 원소를 첨가해야 하기 때문에 가격경쟁력에도 한계가 있었다.

이에 연구팀은 합금 내부 구조, 조직, 결정립의 크기, 형상이 다른 헤테로구조의 고엔트로피 합금이 더 단단하면서도 연할 수 있다는 것을 알아냈다. 연구팀은 물과 기름처럼 서로 섞이지 않는 비교적 저렴한 금속인 철과 구리를 기반으로 각각 분리된 두 영역을 형성한 뒤 두 금속원소와 모두 섞일 수 있는 원소들을 첨가해 소재 전체의 엔트로피를 높였다.

연구팀이 강한 구리와 연한 철로 만든 고엔트로피 합금은 기존 스테인리스강보다 1.5배 더 단단하고 절삭하는데 소요되는 시간도 스테인리스강보다 20분의 1 정도로 줄어든 것으로 확인됐다. 특히 철과 구리에 알루미늄, 망간 같은 저가 원소를 조합할 경우 기존 고엔트로피 합금보다 3~10배 높은 가격경쟁력력을 가진 것으로 연구팀은 판단했다.

김형섭 포스텍 교수는 “이번에 개발한 합금은 기존 철강재료에 버금가는 가격경쟁력과 우수한 특성을 보여 산업현장에 적용하기 용이할 것”이라며 “실제로 가전제품과 스마트폰 부품에 적용하기 위해 국내 기업과 후속 연구를 진행 중”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

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