▲ 타이타늄 기술 강습회 참석자 전원이 기념촬영에서 파이팅을 외치고 있다.

타이타늄(Ti)의 소재 특성에서부터 응용, 가공, 3D프린팅에 이르기까지 타이타늄 기술 전반에 대한 이해의 자리가 마련됐다.

대한금속·재료학회는 23일 한국과학기술연구원(KIST) 국제협력관(L8동) 1층 컨벤션홀에서 ‘2018년 타이타늄 기술 강습회’를 개최했다.

이번 행사는 대한금속·재료학회 타이타늄 분과 위원회, 한국과학기술연구원 의공학연구소 생체재료연구단이 주관해 열렸다.

기술 강습회는 타이타늄 산업에서 요구가 많은 기술 분야인 △3D프린팅기술 및 응용 △미세조직 제어기술 및 응용 △가공기술 및 응용 △용접·접합기술 및 응용의 4개의 분야로 마련됐다.

‘3D프린팅 기술 및 응용’은 이기안 인하대 교수가 발표했다. 이기안 교수는 보잉 787 항공기 소재의 20%가 타이타늄계 소재로 향후 항공, 자동차, 의료 등 다양한 분야에서 타이타늄 소재의 사용이 늘어날 것이고, 3D프린팅을 이용한 기술로 부품 제작이 이뤄질 것이라 밝혔다.

또한 이기안 교수는 타이타늄 적층제조 시장이 전 세계적으로 2017년 1억5,500만달러에서 2018년 2억200만달러 시장을 형성할 것으로 예상되며, 2020년에는 3억3,700만달러, 2024년에는 7억8,700만달러 시장으로 성장할 것이라고 예측했다.

3D 프린팅 응용분야로는 항공산업, 의료산업 등 다양하며, 3D프린팅을 이용할 경우 기존 공정대비 50% 단가 감소, 개당 55% 무게 감소를 이룰 것이라고 언급했다.

이를 위해 △저가 타이타늄 적층제조 기술 개발 △저가 분말 활용 구상화 및 부품 적용 △적층 제조를 이용한 대형 부품 생산 기술 개발이 필수적으로 이뤄져야 한다고 밝혔다.

‘미세조직 제어기술 및 응용’은 박찬희 재료연구소 타이타늄연구실 박사가 발표했다. 박찬희 박사는 타이타늄은 광석에서 금속으로 변환시 가격 상승은 25배, 금속에서 잉곳으로 변환시 가격 상승은 1.7배, 잉곳에서 시트(Sheet) 또는 로드(Rod)로 변환시 1.7∼5.5배의 가격 상승, 다시 부품으로 변환시 10배의 가격 상승이 이뤄지는 ㎏당 매우 높은 가격 상승이 발생하는 소재라고 밝혔다.

이에 최근에는 타이타늄의 저가화 트렌드가 주목받고 있으며, 특히 타이타늄 금속분말제조와 3D프린팅에서 저가화를 위한 연구가 폭넓게 진행되고 있다고 전했다.

김정한 한밭대학교 신소재공학과 교수는 ‘타이타늄 가공기술 및 응용’에 대해 발표했다. 김정한 교수는 타이타늄이 지각 구성 원소 중 9번째로 풍부한 원소이나 산소 등과의 분리기술이 어려워 제련에 많은 비용이 들어가는 원소라고 밝혔다. 특히 타이타늄은 가공성이 나쁘고 단조 비용이 큰 소재로 △날끝 마모 △결손 발생 △진동 △채터 발생 △절삭성이 저하되는 특징이 있다고 언급했다.

특히 타이타늄 절삭시 공구 온도는 탄소강 절삭 대비 250℃ 이상 높고, 타이타늄의 특성상 산소(O₂)와의 반응성이 커 타이타늄 분말의 화재 발생 위험이 있다고 밝혔다.

더욱이 화재 발생시 물(H₂O), CO₂소화기 등은 산소와의 반응을 이뤄 화재를 더욱 키울 수 있으니 절대 사용해서는 안 되며, 자연 소화가 될 수 있도록 주위를 차단하는 방법 밖에 없다고 언급했다.

이에 타이타늄의 절삭을 위해서는 열 발생을 최소화하기 위해 깎는 속도를 천천히 하고 냉각수를 많이 사용해야 한다고 밝혔다.

박영도 동의대학교 교수는 ‘타이타늄 및 타이타늄 합금의 용접 기술’에 대해 발표했다.

박영도 교수는 타이타늄의 경우 용접이 어려운 금속 중 하나로 용접시 생산성이 우선적으로 고려되는데, 사람에 비해 로봇을 이용하는 전자빔 용접은 타이타늄 용접에 있어 가장 이상적인 용접 공정이나 장비 비용이 막대하고 진공 배기 시간이 요구되는 단점이 있다고 밝혔다.

특히 타이타늄 용접에서는 500℃ 이상의 용접에서는 산소, 질소, 수소, 탄소와 강한 반응으로 쉽게 경화될 수 있어서 용접부가 용융, 응고되는 동안 대기, 수소, 탄소화합물 등의 오염을 방지하기 위한 차폐를 반드시 실시해야 하고, 퍼지를 위한 가스로 아르곤(Ar) 및 헬륨(He)과 같은 불활성 가스의 주입이 매우 중요하다고 밝혔다.

또한 타이타늄의 용접성은 일반적으로 용접금속의 인성과 연성에 달려 있는데, 순수 타이타늄의 경우 보통 용접상태 그대로 사용하고, 타이타늄 합금의 경우에는 인성과 연성이 감소되므로 합금의 종류에 따라 주의가 요구된다고 언급했다.

한편 이번 기술 강습회를 주관한 대한금속재료학회 타이타늄 분과위원장인 오명훈 금오공과대학교 신소재공학부 교수는 “국내 타이타늄 산업은 약 1조원 규모를 차지하는 에너지 플랜트용 열교환기 튜브시장의 35% 이상을 점유할 정도로 성장해 왔다”며 “국가전략프로젝트 경량소재, 13대 산업엔진프로젝트, 신성장 7대 유망산업 융복합 소재, 지역 타이타늄사업 등 정부주도 사업으로 항공, 국방, 에너지, 바이오산업을 견인할 수 있는 소재”라고 밝혔다.