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일반 | 금속분야 핵심소재 개발…수출 주력산업 경쟁력 확대

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작성일09-10-06 09:51 조회6,481회

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금속분야 핵심소재 개발…수출 주력산업 경쟁력 확대(디지털 타임스)

친환경ㆍ경량화 '마그네슘합금' 연구활발
고강도 알루미늄ㆍ타이타늄 개발 '구슬땀'

■ R&D 집중력에 길이 있다
(2) 재료연구소

인류 문명 발달과 급속한 산업화를 가능케 한 빼놓을 수 없는 주역 중 하나가 바로 금속이었다. 오늘날에도 우리는 하루에도 수 백번씩 금속에 기대고 금속을 만지고 금속으로 `통신'하면서 일상을 보낸다.

금속은 특히 전기전자와 함께 국내 수출의 큰 비중을 차지하는 자동차, 철강, 조선 등 주력산업의 핵심 재료라는 점에서 중요성이 더 커진다. 그러면서도 국내에서는 공급이 수요를 따라가지 못해 대외의존도가 높아 지난 2005년 이후 무역수지 적자가 계속 커지고 있다.

재료연구소는 금속ㆍ세라믹ㆍ복합재료 등의 소재 개발 전문 연구기관이면서 그 중에서 특히 금속분야에 집중, 선진국을 따라잡고 중국 등 후발주자들의 추격을 따돌릴 수 있는 핵심원천 기술을 개발하고 이를 통해 주력산업 경쟁력까지 높이는 데 집중하고 있다.

구조용 금속재료를 연구하는 `주력산업 소재 기술개발 사업'을 주요 사업으로 채택, 올해부터 2011년까지 3년간 연구비 36억여원, 연구원 95명을 투입해 연구를 진행하고 있다. 주력산업 소재 기술개발 사업은 다시 마그네슘, 철, 니켈, 복합재, 타이타늄 등의 세부과제로 나눠진다.

◇친환경 수송기기의 필수 재료, 마그네슘합금=최근 자동차 업계의 화두는 경량화다. 한정된 연료를 효율적으로 사용하고 대기오염을 줄여야 한다는 특명 때문에 연비 향상이 지상 최대의 과제이기 때문이다. 마그네슘합금은 비강도(재료의 강도를 비중량으로 나눈 값, 가벼우면서도 튼튼한 성질의 정도)가 커서 자동차나 항공기 경량화에 적합하다는 강점을 갖고 있다. 이 때문에 세계적으로 마그네슘합금의 적용 분야를 확대하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

재료연 경량재료연구그룹 유봉선 박사는 마그네슘합금 활성반응 제어기술 연구를 진행하고 있다. 이 기술은 지구온난화를 유발하는 이산화탄소와 육플루오린화황을 사용하지 않으면서 고온에서 용해와 주조가 가능한 친환경적인 기술이라는 점이 특징이다.

이 기술은 안전한 수송기기 개발에도 중요한 기술로 꼽힌다. 국내 도시철도는 난연ㆍ불연재 사용을 의무화하고 있는데 철ㆍ구리ㆍ알루미늄ㆍ스테인리스 등은 난연ㆍ불연재로 사용 가능한 것으로 명시했지만 마그네슘은 제외돼 있다. 마그네슘합금이 이 조건을 충족하려면 발화온도가 750℃ 이상이어야 하지만 현재까지 이 기준을 통과한 합금은 개발되지 못했다.

재료연은 강도ㆍ성형성 등의 특성저하 없이 발화온도가 750℃ 이상으로 활성반응이 억제된 새로운 합금 및 미세조직 최적화 기술은 연구하고 있다.

이를 위해 합금원소에 따른 발화특성 변화를 체계적으로 분석해 새로운 합금 개발을 위한 기초자료를 확보하고 있다. 또 기존에 개발된 칼슘 첨가 마그네슘합금의 기계적 특성 부분의 문제점을 개선하는 연구를 진행 중이며 칼슘 외에 제3의 원소를 첨가한 신개념 마그네슘합금 연구도 진행하고 있다. 마그네슘 생산업체와의 공동연구나 기술이전 형식의 협력도 검토하고 있다.

◇선진국 독점 금속기술 개발=재료연 철강재료연구그룹은 발전설비, 화학설비 부품 등 주력산업용 구조재료인 고기능성 스테인리스 판재 연구를 진행하고 있다.

고질소 2상 스테인리스강은 아직 국내에서 한번도 개발되지 않은 미개척 분야로, 일부 선진국에서 기술을 독점하고 있다. 스테인리스강의 주요 합금원소인 니켈은 가격 급등과 인체 알러지, 공개 등의 문제가 대두돼, 최근에는 그 함량을 낮추거나 니켈을 대체한 스테인리스강 개발이 이슈로 부각되고 있다.

이에 따라 재료연은 탄소와 질소를 복합 첨가한 스테인리스강 연구를 진행하고 있다.

재료연 내열재료연구그룹은 국내에서 유일한 초내열합금 전문 연구팀이다.

주로 항공기 엔진에 들어가는 핵심부품 연구를 진행하며, 현재 `항공기 효율향상을 위한 엔진 개발' 과제를 진행하고 잇다. 항공기 엔진 부품 중 블레이드와 베인은 가장 온도가 높은 영역에서 사용되는 부품으로 항공기 운항 중 파손될 경우 엔진 파손 및 사고로 이어진다. 즉 이 부품들의 품질이 항공기 안전과 직결되는 것이다.

하지만 초내열합금 분야는 기술이전이 힘들고 특성이 우수한 합금은 특허로 보호되고 있어 자체 기술 확보가 필수적이다. 재료연은 이 사업을 통해 기존 상용합금의 특성을 평가해 데이터베이스화함으로써 새로운 초내열합금 특성 평가에 활용할 예정이다.

◇대일 무역역조 잡는다=재료연 결정제어연구그룹은 자동차나 각종 전기기기의 열교환기에 들어가는 `고기능성 다층 금속 복합판재 제조기술'을 연구하고 있다. 최근 수송기기와 산업용 기기에 고강도 알루미늄 판과 알루미늄 클래드 판 등의 수요가 늘고 있으나 국내에서는 거의 생산되지 않는다. 이 때문에 유럽, 북미, 일본 등에서 수입해 쓰고 있고 알루미늄 판만 해도 지난 2006년에 기준 수입액이 5억2800만달러에 달했다. 이 중 1억2500만달러가 일본에서 수입돼 대표적인 대일무역 역조품목으로 분류된다.

재료연은 다층 구조를 갖는 금속복합판재의 고효율 제조기술을 개발, 자동차 열교환기용 브레이징 판재 및 고표면처리성 고강도 비철금속판재 개발을 목표로 하고 있다.

재료연은 또한 특수합금연구그룹을 통해 `타이타늄 다공성 구조물 성형 및 접합기술' 연구를 진행, 생체의료용 임플란트에 이용되는 타이타늄 다공성 구조물의 적용분야를 대폭 확대하기 위한 노력에 나서고 있다. 현재 타이타늄은 일반인들에게 안경테나 시계줄, 임플란트 등 고급 소재나 영화에 등장하는 특수 신소재로 인식되는 경우가 많지만 연구결과에 따라 이러한 인식이 180도 뒤집어질 수 있을 전망이다.

재료연 연구진은 대량 생산에 적합한 용해 및 주조 공정을 이용해 타이타늄 다공체를 제조하는 기술과 압연공정을 이용해 타이타늄 다공성 판재를 만드는 기술을 개발할 계획이다. 또 접합공정을 이용해 다공성 샌드위치 판재를 제조하는 기술 연구도 추진하고 있다.

안경애기자 naturean@