▲ ▲재료연구소 박노광 박사(左)와 연구원이 타이타늄 분말을 이용한 연속성형기술로 개발한 폭 150mm 타이타늄 판재를 들어 보이고 있다. . ▲재료연구소 박노광 박사(左)와 연구원이 타이타늄 분말을 이용한 연속성형기술로 개발한 폭 150mm 타이타늄 판재를 들어 보이고 있다.

타이타늄(Ti) 판재 제작 공정을 기존의 절반으로 줄일 수 있는 기술이 국내 최초로 개발돼 공정 복잡성에 따른 고(高)가격에 발목을 잡혀온 국내 타이타늄 보급 확대에 크게 기여할 전망이다.

재료연구소(소장 조경목)는 구조재료연구본부 박노광 박사팀이 타이타늄 분말을 이용해 1mm이하의 얇은 판재를 제조하는 데 성공했다고 지난 17일 밝혔다.

지식경제부 ‘소재원천기술개발사업’의 일환으로 진행된 이번 연구에서 박 박사팀은 타이타늄 덩어리(Bulk, 벌크) 대신 분말을 이용하여 제조 공정을 대폭 간소화했다.

성형이 어려워 두께가 얇을 수록 가격이 올라가는 타이타늄의 주된 가격 상승 요인은 다단계 공정.

그런데 이번 기술 개발로 타이타늄 스펀지→잉곳→빌렛→후판→판재 순으로 진행되는 기존 성형공정이 분말/스펀지→그린스트립→판재로 대폭 짧아진 것이다.

박 박사팀은 “압연 등 공정을 대기 중에서 진행하고 간단한 후처리를 통해 얇은 판재를 제조함으로써 대형 잉곳를 이용해 판재를 제조할 때의 복잡한 다단계 성형 및 진공 열처리 공정을 단순화했다”고 설명했다.

또, 다단계 진공용해, 열간압연, 다단 냉간압연, 진공열처리 등 기존 공정에 필요한 진공 또는 불활성기체 분위기 조성에 드는 가격 상승 요인도 제거했다.

연구팀에 따르면 기존 공정으로 두께 3mm 이하의 판재를 만들 경우 kg당 220달러까지 가격이 올라가 원소재 대비 10배 이상 가격이 상승한다.

그러나 신기술을 활용하면 제조 가격의 20~30% 정도가 절감될 것이라고 연구팀은 밝혔다.

10대 핵심 희유금속 중 하나인 타이타늄은 경량성과 고강도, 내해수성, 생체친화성 등 특성이 우수해 항공우주, 선박, 발전, 의료, 스포츠 등 다양한 분야에서 사용되고 있지만 복잡한 성형 공정과 이로 인한 비싼 가격이 대중화의 걸림돌이 돼 왔다.

국내 소재시장에서 타이타늄 보급을 활성화 시킬 수 있다는 부분에서 이번 기술 개발이 가지는 의미가 작지 않다.

기술의 확대 적용 가능성도 높아졌다.

원광석에서 타이타늄 스펀지를 제조하는 기존의 크롤공정 대신에 고품위 타이타늄 분말을 원광석에서 직접 생산할 수 있는 연속환원 기술이 실용화 단계에 들어선 것이다.

뿐만아니라 분말상의 원료를 사용하기 때문에 타이타늄의 기타 금속, 세라믹, 섬유 등의 강화재를 쉽게 혼합할 수 있어 용접의 일종인 클래딩(Cladding)에만 의존하는 기존 타이타늄 복합판재 제조방법도 대체할 수 있을 것으로 보인다.

현재 국내 순수 타이타늄 판재 및 관재 수요는 지난 6월 말 기준으로 약 4,000톤, 금액으로 1억달러 규모.
이는 전량 잉곳-빌렛 과정을 거쳐 제조된 수입 판재에 의존하고 있으며, 최근 포스코에서 수입 빌렛을 이용해 판재 생산을 시작했다.

상대적으로 저가인 타이타늄 분말압연 판재 제조기술이 상용화될 경우 열교환기용 판재부품 뿐만 아니라 화학반응기, 선박·자동차용 외피, 의료기기 소재부품, IT 산업부품 등 다양한 산업용 부품에 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 연구팀은 보고 있다.

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

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.

신소재경제
김성준 기자 sj@amenews.kr