마그네슘 합금의 피로특성 이방성 원인 최초 규명

전 세계가 '저탄소 녹색성장' 기술 확보에 치열하게 경쟁하고 있는 가운데, 한국표준과학연구원(KRISS)와 포항공과대학교(POSTECH) 공동연구팀이 마그네슘 '그린카' 기술 개발을 한 걸음 앞당기는 연구성과를 발표해 학계의 주목을 끌고 있다.

KRISS 재료측정표준센터 홍성구·허용학 박사, POSTECH 신소재공학과 이종수 교수·박사과정 박성혁 공동연구팀은 경량금속으로 수송기기에 활용이 기대되고 있는 마그네슘 합금의 피로특성(Fatigue) 특성 이방성(異方性) 원인을 최초로 규명해냈다.

연구팀은 마그네슘 합금판재에 반복적으로 하중을 가한 뒤 변형거동을 분석해 마그네슘 합금이 피로특성에서도 이방성을 나타내는 것을 밝혔으며 이를 초기재료의 집합조직과 변형 시 생기는 쌍정변형을 고려하여 해석하였다. 이 연구는 특히 마그네슘 합금의 피로특성을 향상시킬 수 있는 기초 연구로, 이들 공동연구팀은 관련연구를 통해 마그네슘의 피로특성을 기존보다 48% 향상시킬 수 있는 기술을 개발해 국내외 특허 출원을 마치기도 했다.

마그네슘은 기기의 몸체를 만들 때 사용하는 금속 중에서 가장 가볍고 견고하다. 무게가 철의 4분의 1, 구리의 5분의 1 정도여서 자동차에 적용하면 10%의 경량화 효과를 기대할 수 있다. 이 경우 대략 6∼8%의 연비 저감효과를 거둘 수 있다. 최근 세계 각국의 자동차 경량화 추세에 따라 마그네슘이 ‘친환경’ 소재로 급부상할 것으로 전망된다.

하지만 아직까지 마그네슘의 내구성을 좌우하는 피로특성에 대한 연구가 진척이 없어 상용화에 큰 어려움을 겪어왔다.

관련 성과는 소재분야 권위지인 '저널오브 머터리얼스 리서치(Journal of Materials Research)' 5월호 표지논문으로 게재되어 마그네슘의 다양한 활용가능성을 극대화할 수 있는 기초연구로 그 우수성을 인정받았다.

KRISS 홍성구 박사는 “자동차 제조업체 등 수송기기 업계에서는 현재 제품 경량화를 통한 연비 향상이 화두”라며 “이번 연구 결과가 마그네슘 소재의 상용화를 앞당겨 차세대 산업인 그린 수송기기 산업 경쟁력에 크게 기여할 것”이라고 말했다.

앞으로 KRISS·POSTECH 공동연구팀은 이번 연구를 바탕으로 마그네슘 합금의 상용화 연구를 지속적으로 진행할 계획이다.

<용어>
- 피로 : 재료에 장기간 반복적인 하중이나 변형이 가해지는 경우 궁극적으로 파괴가 일어나는 현상으로 재료의 내구성에 큰 영향을 미침
- 이방성 : 재료의 기계적 혹은 물리적 특성이 방향에 따라 다른 것을 지칭함
- 쌍정변형 : 특정 면을 중심으로 원자들이 대칭으로 배열되는 변형을 말함