- 금속용탕 탈성분 기술 응용, 강도와 연성 동시 향상
- 항공, 자동차 등 첨단산업 부품 경량화에 기여
주수현 교수 연구팀(신소재공학과)이 항공, 자동차, 전자기기 등 첨단산업의부품 경량화에 주로 사용되는 마그네슘 복합소재의 강도와 연성을 동시에 향상시키는 기술을 개발했다.
△주수현 교수(신소재공학과)
기존 마그네슘 복합소재는 세라믹이나 탄소섬유를 보강재로 사용해 강도는 높지만 충격에 취약하고 연성이 낮다는 한계가 있었다.
주수현 교수 연구팀은 금속 내 일부 성분만 제거하는 ‘금속용탕 탈성분(Liquid Metal Dealloying)’기술을 응용해 마그네슘 복합소재의 한계를 극복하고 강도와 연성을 동시에 향상시키는 데 성공했다.
연구팀은 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni)으로 구성된 합금을 액체 상태의 마그네슘(Mg) 용탕에 넣어 니켈을 추출하는 방법을 사용했다. 이 과정에서 철과 크롬이 그물처럼 연결된 뼈대를 만들고, 그 사이를 마그네슘이 채우며 3차원 구조가 형성됐다.
△3차원 연속연결형 복합소재 구조 모식도. 철과 크롬(FeCr) 합금과 마그네슘(Mg) 3차원 복합구조에 Y(이트륨) 또는 Al(알루미늄)을 첨가하여 계층적 구조를 추가 생성했다.
연구팀은 이 3차원 구조에 이트륨(Y)이나 알루미늄(Al)을 첨가해 금속 내부를 더 복잡하고 단단한 3차원 구조로 만드는 데 성공했다. 특히 알루미늄(Al)을 첨가한 복합소재는 강도가 약 36% 향상됐고, 연성은 기존과 비슷한 15% 수준을 유지하는 우수한 기계적 특성을 보였다.
주수현 교수는 “금속용탕 탈성분 기술은 미세 나노 수준에서 금속 간 구조를 정밀하게 설계할 수 있는 새로운 접근법”이라며 “이번 연구를 통해 경량 고강도 구조재 분야의 새로운 가능성을 입증했다.”고 밝혔다.
이번 연구 결과는 국제학술지 어드밴스드 컴포지트 앤 하이브리드 머티리얼스(Advanced Composites and Hybrid Materials, JCR 상위 5% 및 Impact Factor 21.8)에 게재됐다. 논문명은 ‘Multi-heterostructures synthesized via subsequent alloying of Y or Al into Mg melt using a 3D interconnected FeCr–Mg composite formed through liquid metal dealloying’.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행된 한국연구재단(NRF) 나노·소재기술개발사업과 이공분야 기초연구사업 우수신진연구의 지원을 통해 이뤄졌다.
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