포스텍 연구진, ‘강하면서 잘 늘어나는’ 차세대 합금 해법 찾았다

연구 이미지. /포스텍 제공

금속을 강하게 만들면 깨지기 쉽고 유연하게 만들면 약해지는 소재 공학의 오랜 난제를 국내 연구진이 풀었다.

포항공과대학교(이하 포스텍) 친환경소재대학원·신소재공학과 김형섭 교수 연구팀은 합금 내부에 서로 다른 성질이 공존하는 ‘헤테로(Hetero)’ 미세 구조를 만드는 전략으로 금속의 강도와 연성을 동시에 높이는 데 성공했다고 10일 밝혔다. 

연구팀은 최근 항공우주와 국방 분야에서 주목받는 ‘고엔트로피 합금’에 주목했다. 기존에는 금속 내부에 작은 입자를 고르게 분산시켜 단단하게 만드는 ‘석출 강화’ 방식을 썼으나 이 경우 강도는 높아지지만 잘 늘어나지 않는 한계가 있었다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 금속 전체를 균일하게 만드는 대신 단단한 영역과 연한 영역이 섞여 있는 ‘구조적 대비’를 설계했다. 서로 다른 특성을 가진 영역이 힘을 받을 때 각기 다른 속도로 변형되면서 금속 내부에서 스스로 저항을 만들어내 더 단단해지는 ‘헤테로 변형 강화효과’를 유도한 것이다.

특히 이번 연구는 새로운 설비 없이 산업 현장에서 쓰이는 기존 열처리·기계 공정만으로 구현이 가능해 상용화 기대감이 높다. 

김형섭 교수는 “차세대 고강도 구조용 합금이 필요한 다양한 산업 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 권위지인 ‘머터리얼즈 리서치 레터스(Materials Research Letters)’ 온라인판에 게재됐다.

/단정민기자 [e-mail]