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소재강국을 실현하는 글로벌 종합 소재연구기관

금속재료연구본부

타이타늄연구실

실장 박찬희
실장 박찬희

연구실 소개

타이타늄연구실은 에너지·발전, 국방, 항공, 의료 산업의 핵심소재이지만 90% 해외 의존하고 있는 타이타늄 소재의 자립화와 고부가가치화를 목표로, 탄소 저감형 타이타늄 스크랩 업사이클링 기술, 부품 가격 저감이 가능한 쾌삭 타이타늄 신합금, 3D 프린팅을 이용한 타이타늄 부품 제조기술 개발을 집중적으로 수행하고 있다.

055-280-3242

주요 실적

  • 2021 타이타늄 기술강습회 개최(2021년 8월 26일, 산/학/연 관계자 참석)
  • 2021 대한금속재료학회 춘계&추계 타이타늄 심포지엄 개최
  • “가스터빈용 KIMS TiAl 신합금” 외 기술료 수입 9건(221 백만원)
  • 타이타늄관련 연구 SCI(E)급 논문 24편, 국내·외 특허 출원 및 등록 13건

주요 연구분야

  • 발전부품용 Ti 블레이드 제조기술 개발
  • 타이타늄 적층제조 공정 및 부품화 기술 개발
  • Ti 부품 저가화를 위한 쾌삭 Ti 신소재 개발
  • 고강도·초탄성 Ti 박판 제조기술 개발

향후 연구계획

  • 생체의료용 Ti-Mo계 타이타늄 합금 설계
  • 중·고온용 타이타늄 신합금 제조기술 개발
  • 희소금속 재자원화 및 소재 제조기술 개발
  • 전자기기용 타이타늄 소재·부품 제조기술 개발

연구개발 추진실적

3D 프린팅 전용 타이타늄 신합금 개발

[과제 소개]

  • 조직, 물성 이방성을 해소 할 수 있는 3D 프린팅 전용 타이타늄 신합금을 개발
  • 3D 프린팅 타이타늄 조형체의 물성저하 해결 및 시장 확대

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 적층제조공정 특성을 극대화하여 고특성을 구현할 수 있는 신합금 설계
  • 3D 프린팅 전용 타이타늄 신합금 조형체의 적층제조 조형조건 및 기초물성 DB화
  • 열역학적 전산모사를 통한 2차상 거동 예측 및 ANN(Artificial Neural Network)를 활용한 신합금 조성 최적화
Ti-6Al-4V 상용합금에 비해 3DP 전용 신합금이 강도와 연성 상반특성이 높음을 보여주는 그래프
3D 프린팅 전용 타이타늄 신합금의 미세조직 및 특성

생체의료/생활소비재용 고기능성 타이타늄(Ti)합금 소재 및 응용제품 개발

[과제 소개]

  • 타이타늄(Ti)합금의 가격/품질 경쟁력을 위한 Ti 스크랩의 재활용 생태계 구축
  • 열간압연 공정기술 개발과 고기능성 타이타늄 합금 응용제품 개발 및 신뢰성 검증
  • 선별된 타이타늄 스크랩 유형을 원료로 PAM을 활용한 생체의료 및 생활소비재용 저가 고기능성 타이타늄 신합금 설계

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 선진사 고기능 타이타늄합금 빌렛 및 열간 압연재에 대한 조직, 기계적 특성 평가 및 데이터베이스 확보
  • 플라즈마 아크 용해 시험 및 물성평가를 통해 최적 타이타늄 스크랩 유형 선별
  • 생체의료 및 생활소비재용 고기능성 타이타늄 신합금 설계 및 시험 제조 검증
여러형태별 Ti 스크랩 활용 플라즈마 아크 용해 샘플제조 및 고기능 Ti 신합금 설계

Ti 부품 저가화를 위한 쾌삭 Ti 신소재 개발

[과제 소개]

  • Ti 고유의 저열전달계수와 저탄성계수으로 인해 난삭성을 보임
  • 이로 인해, Ti 부품 제조에서 높은 절삭비용이 들며, 결국 부품 단가를 높임
  • Ti 부품 제조에서 절삭 비용이 차지하는 비중은 상당히 높음
  • 본 사업은 이러한 문제를 해결하기 위해 쾌삭 Ti 신합금을 개발하고 있음
에너지 산업용 Ti블레이드, 항공용 Ti 부품, OLED 제조용 Ti 부품
Ti 부품 제조공정 별 비용요인; 출처: Boeing 자료 (2015) 및 국내 제조사 제공(2020)

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 새로운 쾌삭 Ti 합금 개발 (30%이상 향상된 절삭성)
  • 높은 강도와 연성이 가능한 미세조직 제어 방안 제시
  • 개발합금의 다양한 내식성 데이터 확보
(좌) 개발합금의 절삭성, (중) 인장물성, (우) 내식성