다양한 극한 환경 구조재료 산업에 활용 기대

포항공대 김형섭·손석수 교수 연구팀이 영하 196℃ 극저온에서 항복강도 1GPa에 달하는 신개념 초고강도 고엔트로피 합금을 세계 최초로 개발했다.

전통적인 합금은 합금 원소를 첨가할수록 금속간 화합물(intermetallic compound)을 형성하고, 이는 소재의 기계적 성질을 취약하게 만들어 다량의 합금 원소를 첨가하는 것은 제한돼 왔다.

기존 합금과 달리 한 원소에 치우치지 않고 모두가 주요 원소로 작용해 금속간 화합물을 형성하지 않고 단상을 유지하는 고엔트로피 합금(high entropy alloy, HEA)은 온도가 극저온(영하 196℃)으로 낮아질수록 강도, 연성이 높아지고 파괴인성이 우수한 특성이 있지만, 항복강도가 낮아 극한 환경의 구조재료로 활용되기에는 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 한계 극복을 위해 전산모사법의 열역학 계산을 활용해 새로운 고엔트로피 합금 조성을 선별하고 실제 제조를 통해 우수한 기계적 물성을 지니는 고엔트로피 합금 개발에 성공했다.

또한 기존의 균질화 열처리, 열간압연, 냉간압연 및 열처리 공정을 거치는 일반적인 방식을 탈피함으로써 열간압연을 생략하고 바로 냉간압연 및 적정온도에서 열처리를 통해 미세조직을 제어하는 방식을 활용, 상온과 극저온에서 항복강도를 크게 향상시킬 수 있다.

손석수 교수는 “이번 연구는 새로운 고엔트로피 합금 개발 방법의 제시와 기존의 개념과는 다른 방식의 미세조직 제어를 통해 기계적 물성을 향상시킨 연구”라며 “극지방용 선박, 원유 및 액체가스 운반용기, 우주항공 및 심해산업 등 다양한 극한 환경 구조재료 산업에 무궁무진한 잠재력을 가지며 크게 활용될 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.