소재강국 실현을 위한 FRONTIER. 재료 전문 종합연구기관.

금속재료연구본부

금속재료연구본부

실장 홍재근

연구실 소개

타이타늄연구실은 융점이 높고, 비강도, 내식성 등 우수한 특성을 나타내는 타이타늄을 대표로 한 고융점 금속소재의 합금설계, 진공용해, 특수주조, 정밀소성가공, 가공열처리, 특수접합, 3D 프린팅, 마이크로 성형, 표면처리, 물성 평가 등의 기술개발을 통해 저비용 고성능, 고기능성 소재 및 부품을 연구개발하고 있다. 최근에는, 저비용 고기능성 타이타늄 소재 개발을 통하여 주요산업의 핵심부품에 적용하기 위한 연구를 집중적으로 수행하고 있다.

055-280-3402

주요 실적

미국 보잉사 수탁과제로 “고강도 고성형성 Ti합금 및 고전단강도 Ti합금 개발” 관련 연구 수행
2014 타이타늄 기술교류회 개최(2014/06/26~27, 산/학/연 관계자 100여명 참석)
2014 대한금속재료학회 타이타늄 심포지엄 및 형상기억합금 심포지엄 개최
2014 KIMS-IMR(중국) 경량금속 심포지엄 개최 (2014/12/11~13)
“온간성형 활용 Ti합금 볼트 제조기술” 기술이전, 정액기술료 2억원, 경상기술료 매출액×1.0%
2014 KIMS Tech Fair 참가 및 타이타늄 연구결과 홍보 (2014/10/29)
“고강도 Ti합금 온간성형기술 및 온간성형 활용 조직제어기술” 세계 1등기술 도약 (2015년 목표)
타이타늄관련 연구 SCI급 논문 22건, 국내 및 국외특허 등록 10건

주요 연구분야

타이타늄 합금 설계 기술 (수송기기용 Ti합금, 생체의료 및 IT용 고기능 Ti합금, 내열 Ti합금 등)
진공기술기반 타이타늄 합금 특수용해 및 주조 기술
타이타늄 합금 소성가공 및 가공열처리 설계 기술
타이타늄 합금 압연 판재 및 응용 판재 성형품 개발
고기능성 타이타늄 신합금 설계 및 제조 기술
Ti base 형상기억합금 및 저탄성 타이타늄합금 제품화 기술
벌크비정질 신합금 설계 및 응용 기술
고엔트로피합금 신합금 설계 및 응용 기술
타이타늄 분말합금 설계 및 응용 기술

연구개발 추진실적

고강도 고성형성 타이타늄 합금 개발

[과제 소개]

  • 항공 및 국방용 부품으로 적용을 위한 기존 상용합금에 비하여 저가이면서 우수한 기계적특성을 갖는 고강도/고성형성 타이타늄합금 개발과 더불어 부품 제조를 위한 판재 성형기술 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 인공신경망 기법을 이용 유동응력 곡선 보정을 통한 고강도 고성형성 타이타늄합금 가공지도 구축
  • 팩 압연을 통한 두께 1mm이하의 고강도 고성형성 타이타늄합금 판재 제조
  • 타이타늄합금 판재를 이용한 부품 시험 제조
  • 미국 Boeing사와 고 전단강도 타이타늄합금 기술 개발 협력연구 추진
개발 Ti합금의 유동응력 해석 및 가공지도
팩압연에 의한 고성형성 Ti합금 판재 및 부품 제조

경량 고온 타이타늄합금 개발

[과제 소개]

  • 자동차 터보차져 엔진, 항공기 가스터빈 엔진 및 발전용 터빈 등의 성능 및 안정성을 향상시키기 위하여 고온부품에 사용되고 있는 내열소재를 경량 고온 소재인 TiAl계 금속간화합물로 대체하기 위한 합금 개발 연구

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 외산소재 대비 상온 및 고온강도, 내산화성, 주조성 등이 우수한 TiAl-Nb-Cr-Si-C계 신합금 개발
  • TiAl 신합금 국내특허 등록 2건(1342169, 1261885) 및 해외특허출원 (247496, 1314641)
  • 국내 자동차 부품 생산업체 및 조립업체들과 기술이전 추진
  • 국내 TiAl 연구개발의 허브 기관으로서의 역할 (Ti-aluminide 워크샵 개최)
  • 기술 성과 언론 홍보 - 자동차 연비 개선 핵심 부품 국산화 (2015년 2월)
TiAl 합금을 적용한 자동차 터보차져 휠
  연구목표 KIMS alloy(1차) KIMS alloy(2차) 외산합금(P사)
Composition(at. %)   Ti-Al-Nb-Cr-Si-C Ti-Al-Nb-W-Cr-Si-C TiAl-Nb-Cr-Ni-Si-V
상온강도 (MPa) >500 540 673(YS:576 MPa) 390
상온연성(%) >0.5 - 0.54 -
고온강도 (MPa)
(900℃)
>500 560 568 505
내산화성 (mg/cm2)
(900℃ 168h)
<2.5 2.23 1.07 2.27
Casting defects - few few many

인체무해한 고강도/저탄성 임플란트 소재 및 부품화 기술 개발

[과제 소개]

  • 인체에 전혀 무해하면서도 뼈에 근접하는 저영률을 가지는 생체적합성이 뛰어난 타이타늄 합금을 개발하여 응력차폐 및 골 소실, 골조직과의 불유합으로 인한 임플란트 이동 등의 문제점를 해결한 세계시장 선점형 임플란트 소재 및 부품 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 고강도와 저영율을 동시에 만족하는 생체적합성이 뛰어난 타이타늄 합금 개발
  • 골조직과의 영률차를 최소화하여 치료기간 축소와 장기간 이식에 따른 골소실현상 억제
  • 세계시장 선점을 위한 World Premier Materials (WPM)과제 수행과 관련업체와의 상업화 진행
  • 국내특허 등록 2건(10-0959197, 10-0971649), 국내특허 출원 2건
  • 해외특허 출원 4건, 해외특허 등록 1건(200810240992-X; 중국)
골구조체용 스크루
Cell Proliferation 세포증식능
Cell Toxicity 세포독성

액츄에이터용 Ti-Ni계 경사기능 고온형상기억합금 개발

[과제 소개]

  • 고기능성 액츄에이터용 합금조성 및 미세구조 제어, 신개념 결정립 미세화 성형기술을 활용하여 200℃급 변태온도와 위치제어 정밀도를 갖는 경사기능 고온 형상기억합금 설계 및 제조기술 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 변태온도 120℃이상급 Ti-Ni-Hf 고온 형상기억합금 개발
  • 형상기억합금에 대한 초미세결정립 구현 신개념 성형기술 개발
  • 다중 스퍼터링 방법을 이용한 TiNi합금 박막제조 성공
  • 국내특허 출원 2건, 해외특허 출원 1건, SCI급 논문 6건, 비SCI급 논문 1건
초미세 결정립 구현 신개념 공정 개념
최적 공정 적용한 Ni-Ti-Hf 와이어 제조

향후 연구계획

  • 저합금 고특성 Lean 타이타늄 소재 및 신개념 Ti합금 개발 연구
  • Ti 기반 신개념 초탄성합금 개발
  • 3D 프린팅용 타이타늄 소재 및 응용기술 개발
  • Cold Hearth 기반 저비용 고청정 Ti 합금 슬래브 제조 및 가공기술 개발
  • 에너지플랜트용 내환경 저합금 고특성 Lean Ti 소재 개발
  • 벌크비정질합금 및 고엔트로피합금 신합금 설계 및 응용 기술 개발