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일반 | 타이타늄 판재 공정 절반으로 줄였다!

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작성일12-01-11 11:42 조회6,823회

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타이타늄 판재 공정 절반으로 줄였다!


재료硏, 저가 타이타늄 분말 이용해 손쉽게 판재 제조


간단한 공정으로 두께 1mm 이하 타이타늄 판재 제조


 


 타이타늄 판재 제작 공정을 절반으로 줄일 수 있는 기술이 국내 최초로 개발됐다.



 재료연구소 구조재료연구본부 박노광 박사팀은 ‘소재원천기술개발사업 (지식경제부)’의 일환으로 타이타늄 분말을 이용해 1mm이하의 얇은 판재를 제조하는 데 성공해 타이타늄 보급 확대를 위한 기반을 마련했다.


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 타이타늄은 우리나라 10대 핵심 희유금속으로 경량․고강도, 내해수성, 생체친화성 등 특성이 우수하여 항공우주, 선박, 발전, 의료, 스포츠 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 하지만 복잡한 성형 공정과 이로 인한 비싼 가격은 타이타늄 대중화의 걸림돌이 되고 있다.



 


 박 박사팀은 타이타늄 덩어리(Bulk, 벌크) 대신 분말을 이용하여 제조 공정을 대폭 간소화했다. 이 기술을 적용하면 기존 ‘스펀지 타이타늄-잉곳-빌렛-후판-판재’의 복잡한 다단계 성형공정 대신에 ‘스펀지/분말-판재’라는 절반 정도로 줄어든 간단한 공정으로 얇고 기계적 특성이 우수한 판재를 제조할 수 있다.


 


 타이타늄은 성형이 어려워 두께가 얇은 판재로 갈수록 가격이 비싸진다. 이번에 개발된 기술은 주요 가격 상승의 원인으로 꼽혔던 다단계 공정을 절반으로 줄이고 각 단계별 진공 혹은 불활성기체 분위기 조성에 따른 가격 상승 요인을 제거했다.


 




*불활성기체 : 산소나 질소 등이 금속에 녹아들어가는 것을 방지하기 위해 아르곤 가스 등을 활용


 


 기존의 판재제조 방법은 용해 및 주조에 의한 잉곳 제조, 진공 재용해에 의한 빌렛 제조 등 여러 단계를 거치며 두께를 얇게 만든다.


 기존 공정을 이용하여 두께 3mm 이하의 판재를 만들 경우 kg당 220달러까지 가격이 올라가 원소재 대비 10배 이상 가격이 상승하는 것으로 조사되고 있으나, 본 개발기술을 활용할 경우 공정 간소화에 따라 제조 가격의 20~30% 정도가 절감될 것으로 예상된다.


 


 박 박사팀은 압연 등 공정을 대기 중에서 진행하고 간단한 후처리를 통해 얇은 판재를 제조함으로써, 대형 잉곳를 이용하여 판재를 제조할 때의 복잡한 다단계 성형 및 진공 열처리 공정을 단순화하였다. 이를 통해 소재 사용량을 줄이고 제조 단가를 절감해 경쟁력을 갖추게 되었다.


 


 최근 원광석에서 타이타늄 스펀지를 제조하는 기존의 크롤공정 대신에 고품위 타이타늄 분말을 원광석에서 직접 생산할 수 있는 연속환원 기술이 실용화 단계에 있으며, 본 개발 기술이 확대 적용될 수 있는 환경이 조성되고 있다.


 




*크롤공정(Kroll process) - 타이타늄 원광석에서 타이타늄 금속을 스폰지 형태로 추출하는 방법으로 1940년대 이래 세계적으로 통용되는 방법임.


 


 또한 기술을 이용하면 고강도의 타이타늄 복합판재도 손쉽게 제조할 수 있다. 즉 기존에는 타이타늄 복합판재는 클래딩에 의한 제조가 유일한 방법이었는데, 본 기술을 이용함으로써 타이타늄 분말에 금속, 세라믹, 섬유 등의 강화재를 쉽게 넣어 우수한 타이타늄 복합판재를 제조할 수 있다.


 




*클래딩(Cladding) - 강의 양면 또는 한 면에 다른 금속을 접합하는 용접법으로 다른 금속을 중합시켜 완전히 결합시킨 층 모양의 복합 합금이다.


 


 현재 국내 순수 타이타늄 판재 및 관재 수요는 약 4,000톤/1억불(2011년 6월말 기준) 규모로 전량 기존의 잉고트 및 빌렛 과정을 거쳐 제조된 수입 판재에 의존하고 있으며, 최근 포스코에서 수입 빌렛을 이용해 판재 생산을 시작했다.


 


 저가의 타이타늄 분말압연 판재 제조기술이 상용화 될 경우 열교환기용 판재부품 뿐만 아니라 화학반응기, 선박·자동차용 외피, 의료기기 소재부품, IT 산업부품 등 다양한 산업용 부품에 광범위하게 활용될 수 있다.


 박노광 박사팀은 이번에 개발된 기술에 대해 국제특허 1건, 국내특허 8건 등을 출원했다.


 


 본 연구를 이끌고 있는 박노광 박사는 “분말을 활용한 저가 타이타늄 판재의 실용화를 위한 핵심기술을 상당 수준 확보해 관련기술의 안정화 및 생산성 제고를 위해 노력하고 있다”며 “미국, 일본, 호주 등 해외 주요 연구기관에서 우리나라보다 몇 년 앞서 국가적 핵심 기술개발과제로 투자하고 있는 분야인 만큼 이번 기술 개발이 국제적으로 타이타늄 소재 시장을 선도하는 데 적절히 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.