|
| |
 |
|
|
| |
 연구자 : 하국현
전 화 : 055-280-3526
e-mail : ghha@kims.re.kr |
| |
|
|
|
|
| |
최근 희유금속 확보와 원자재 가격 불안정 등으로 자원 재활용이 주목받고 있다. 국내 연구진에 의해 텅스텐, 코발트 등 고가 희유금속이 함유된 초경합금의 스크랩(금속 조각)을 재활용할 수 있는 기술이 개발됐다.
|
|
재료연구소(소장 조경목) 기능재료연구본부 하국현 박사팀은 초경합금 스크랩을 재활용하여 입자 크기가 0.3㎛까지 제어된 품질의 우수한 초경 분말을 개발하는 데 성공했다.
이번 재활용 기술을 적용하면 기존의 초경 분말(0.4㎛~0.5㎛급) 보다 더 미세하게 생산할 수 있다.
현재 초경합금은 전량 수입에 의존하고 있어 개발된 기술이 본격 적용되면 경제적 효과가 매우 클 것으로 기대된다.
국내 초경합금 시장은 약 1조원에 이른다. 초경합금의 주재료인 텅스텐카바이드(WC)를 수입하는 데는 올해만 40,487천불(한화 약 445억)이 소요됐다.
초경합금은 2GPa(기가파스칼) 이상의 고강도 특성을 지녔으며 인성과 내마모성도 뛰어나 금속을 자르거나 깎는 절삭공구의 주재료로 이용되고 있다.
그 외에도 내열공구, 광산용 공구, 장식용 금속 및 비금속 가공 등 주로 고도의 정밀도가 요구되는 산업 분야에서 사용된다.
우리나라는 초경합금의 스크랩을 재활용하는 경우가 드물다. 하지만 미국, 유럽 등 선진국에서는 이미 관련 연구를 활발하게 진행해 초경 스크랩 재활용률이 최고 50%에 이른다. 경제적인 이득과 함께 자원 절약까지 1석2조의 효과를 보고 있다.
초경합금은 공구의 제조 공정에서 필연적으로 생산량의 약 2%의 스크랩이 발생하기 때문에 재활용이 반드시 필요하다.
하국현 박사는 “국내 초경합금 관련 시장이 1조원이 넘는 상황에서 스크랩을 재활용하지 못하는 것은 자원을 내다버리는 것과 같다. 이는 국가적으로도 매우 큰 손실”이라고 재활용의 필요성을 강조했다.
하 박사는 초경합금 스크랩을 ‘산화-분쇄-환원/침탄’ 과정을 거쳐 입자 크기 0.3㎛급의 초경 분말을 생산했다.
700~900℃ 정도의 고온 대기상태에서 산화된 스크랩은 기계적인 방법으로 1㎛이하 수준까지 분쇄 가능하다. 하 박사는 여기에 탄소를 첨가하여 품질이 보다 뛰어난 재생 분말을 제조하기 위해 환원/침탄 과정을 추가했다.
또 탄화물을 균일하게 처리할 수 있는 공정을 별도로 개발해 초경 스크랩의 상용화를 가능하게 했다. 이는 초경 분말의 입자크기를 제어하는 데 큰 영향을 끼친다.
초경합금의 주성분인 텅스텐이 산화시 3배 이상 팽창한다는 데 착안하여 스크랩을 산화시킨 후 분쇄하여 분말을 만들고, 환원과 침탄(강철에 탄소를 도입)의 과정을 거쳐 미세한 초경 분말을 제조했다.
이번 재활용 기술은 원 소재보다 더 성능이 좋은 초경 분말을 얻을 수 있게 됐다는 점에서 의미가 크다.
먼저 현재 상용화된 초경 분말의 입자 크기가 0.4㎛~0.5㎛급인데 반해 재활용 기술을 적용하면 초경 분말 입자 크기를 0.3㎛까지 제어할 수 있다는 점이다.
또 화학적 처리 과정이 없는 건식 공정을 이용하여 환경 후처리 비용을 제거한 친환경 공정이기도 하다.
초경합금 스크랩을 재활용하는 방법은 탄화물을 분해하는 것과 유지하는 것, 두 가지가 있다. 전자는 화학적인 방법을 이용하기 때문에 공정 이후 후처리 비용 부담과 환경문제로 인해 적용되지 않고 있다. 탄화물을 유지하는 방법으로는 여러 가지 방법들이 시도되고 있으나 분말의 품질 조절이 쉽지 않다.
하국현 박사가 개발한 기술은 화학적인 방법을 배제하고 산화, 분쇄, 환원/침탄의 건식공정을 이용해 환경 후처리 비용이 들지 않는다.
또 재활용된 초경 분말은 고가의 코발트가 포함된 WC/Co(텅스텐카본/코발트) 복합 초경분말이라 경제적인 효과도 크다.
하 박사는 입자크기의 미세화로 인해 활용 범위가 확대되어 초경공구의 부품소재 뿐만 아니라 내마모 코팅용으로도 사용할 수 있다고 밝혔다.
하국현 박사는 “현재 하루 30Kg, 연간 10톤의 재활용된 복합 초경분말을 생산할 수 있는 준양산설비 개발이 완료되어 상용화를 앞두고 있다”며 “향후 연간 500톤 이상의 안정적인 공급을 위한 연구를 펼칠 계획”이라고 밝혔다.
|
|
|
|
|
 |
