[창원=뉴시스] 홍정명 기자 = 한국재료연구원(원장 이정환)은 금속재료연구본부 나영상 박사 연구팀이 저비용 무결함 비정질합금 박판 제조를 위한 새로운 방식의 급속냉각 감압주조 기술 개발에 성공했다고 9일 밝혔다.

'비정질합금'은 일반적인 결정질합금에 비해 2배 이상 고강도, 4배 이상 큰 탄성한계는 물론, 내구성과 내마모성, 내식성, 고광택 등 표면 특성 또한 우수해 오랫동안 신개념의 금속으로 각광받고 있다.

하지만 제조할 수 있는 부품의 크기 한계와 다량의 주조 결함 발생 등으로 인해 생산 효율성이 낮고, 그에 따른 가격경쟁력 저하 등의 단점으로 상용화가 쉽지 않았다.

이는 급속 응고 과정을 통해 제조되는 비정질합금의 특징적인 한계성 때문이다. 그로 인해 비정질합금은 주로 수십 마이크로미터(㎛) 수준 두께의 극박판이나 분말 형태로만 상용화되어 왔다.

나영상 박사 연구팀은 비정질합금의 주조 과정에서 발생하는 난류성 용탕 흐름을 안정적인 층류 흐름으로 유도했고, 이를 통해 급속 응고 과정에서도 주조 결함을 억제시키는 금형 및 공정 기술 개발에 성공했다.

연구팀은 더 나아가 층류 흐름을 유지하면서도 액상 접합을 통해 대면적 비정질합금 박판이 제조될 수 있도록 하는 '다전극 진공감압 주조기술과 장치'도 개발했다.

지금까지 두께 수백 ㎛에서 수 ㎜ 수준의 대면적 비정질합금 부품은 주로 고압 진공 다이캐스팅법으로 제조했는데, 이 경우에는 비정질합금의 독특한 광택 표면 재현이 어렵고, 고온·고압의 가혹한 환경에서 금형 수명 저하는 물론, 고가의 특수 다이캐스팅 장치가 요구되어 생산성이 낮고 제조비용도 많이 든다는 문제점이 있었다.

그러나 연구팀은 '다전극 진공감압 주조기술' 개발을 통해 이러한 문제를 한 번에 해결했다.

두께 1~2㎜ 내외, 폭 100~200㎜ 내외의 건전한 비정질합금 박판 제조와 더불어, 제조 과정에서 고온·고압의 가혹한 환경 노출을 최소화하여 금형의 수명 저하를 원천적으로 차단하는 기술을 확보한 것이다.

'다전극 진공감압 주조기술'은 벌크 비정질합금 및 비정질 기지 복합재를 대면적으로 제조하는데 활용이 가능하며, 적절한 금형 설계를 통해 폴더블폰 및 롤러블폰 등 최신 스마트기기와 의료기기, 스포츠용품 등 고부가가치 산업 분야에 확대 적용이 가능하다.

이 기술이 폴더블폰의 힌지 부품에 적용될 경우 2020년 현재 기준 국내 시장규모는 연간 5800억 원, 골프클럽 페이스 소재에 적용될 경우 세계 시장규모는 연간 7400억 원에 달할 것으로 연구원은 전망했다.

나영상 책임연구원은 "개발한 신기술을 통해 차세대 금속 소재로 각광받는 비정질합금이 실험실 수준의 연구에 머물렀던 한계를 극복하고, 본격적인 상용화 단계로 접어드는 계기가 될 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 산업통상자원부의 '진공기술기반 고청정합금 소재부품 생산기반 구축사업' 지원을 받아 수행됐다.

연구팀은 다전극 진공감압 주조기술 및 그 장치 개발 기술과 관련해 국내 등록 특허 2건과 미국 등록 특허 1건을 보유하고 있으며, 현재 국내외 기업 대상 기술이전 등을 계획 중에 있다.


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