재료연구소(소장 강석봉) 신금속연구본부 조창용 박사(사진) 연구팀이 상용합금에 대비 고온에서의 수명 2.5배, 변형에 대한 저항성이 3.5배 증가된 단결정 초내열합금 개발에 성공했다.

단결정은 용융상태의 금속을 한 쪽 방향으로 응고시켜서 금속의 원자 배열 방향이 바뀌는 경계이자 고온에서 취약한 성질을 나타내는 결정립계(Grain boundary)가 없도록 주조된 상태이며 초내열합금은 니켈을 기본 원소로 알루미늄, 타이타늄, 탄탈륨, 텅스텐, 몰리브데늄, 코발트 등 여러 합금원소를 첨가해 만들어지는 고온 특성이 가장 우수한 합금 중 하나다.

초내열합금을 단결정으로 주조하면 고온에서의 수명이 극대화 돼 항공기 엔진이나 발전용 가스터빈의 블레이드 등과 같은 고온 환경에서 큰 응력을 받는 부품에 사용할 수 있다.

에너지 및 환경문제로 가스터빈의 고효율화, 대형화 추세에 따라 소재 강국인 일본, 미국 등을 중심으로 더 높은 온도에서 사용할 수 있는 초내열합금 개발이 이루어지고 있으나 루데늄, 이리듐, 백금 등의 고가 원소가 첨가돼 사용이 꺼려져 왔다.

이러한 가운데 이번에 개발된 합금은 고가 원소의 함량을 최소한으로 억제하면서 우수한 특성을 나타내도록 조성을 조절해 개발됐기에 경제적인 면을 고려한 우수한 연구 결과라 평가 받고 있다.

현재 국내의 발전용 가스터빈과 항공기 엔진 및 선박용 가스터빈의 경우 국내 독자 모델이 없이 전량 외산에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 이번 합금 개발을 통해 국산 고유 합금을 보유하게 됨으로 가스터빈 국산모델 개발 추진에 탄력을 받을 전망이다.

연구팀은 본 합금에 대한 물질 특허를 국내뿐 아니라 관련분야의 선진국인 미국, 일본 등에도 출원했고 최근 일본 특허가 등록 됐다.

연구책임자인 조창용 박사는 “초내열합금 분야는 항공, 발전, 국방 등과 밀접한 관계가 있는 전략적 연구분야지만 선진국과의 기술격차 및 기술종속이 심한 분야였다”며 “이번 합금개발로 기술격차를 크게 줄일 수 있게 됐다”고 의미를 부여했다.