재료연, 저비용 비정질합금 박판 제조 기술 개발

급속냉각 암압주조로 생산과정 결함 억제

한국재료연구원(KIMS)은 금속재료연구본부 나영상 박사 연구팀이 저비용 무결함 비정질합금 박판 제조를 위한 새로운 방식의 급속냉각 감압주조 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

비정질합금은 일반적인 결정질합금에 비해 2배 이상의 고강도, 4배 이상의 큰 탄성한계를 갖고 있다. 내구성, 내마모성, 내식성이 뛰어나고 고광택 등 표면 특성이 우수하다.

다만 제조할 수 있는 부품의 크기 한계와 주조 결함 발생이 잦은 편이라 생산 효율이 낮고 가격 경쟁력 저하로 상용화가 어렵다.

때문에 주로 수십 마이크로미터(㎛) 수준 두께의 극박판이나 분말 형태로만 상용화됐다.

연구팀은 비정질합금의 주조 과정에서 발생하는 난류성 용탕 흐름을 안정적인 층류 흐름으로 유도했다. 이를 통해 급속 응고 과정에서도 주조 결함을 억제시키는 금형 공정 기술을 개발했다.

아울러 층류 흐름을 유지하면서도 액상 접합을 통해 대면적 비정질합금 박판이 제조될 수 있도록 하는 다전극 진공 감압 주조 기술과 장치 개발에 성공했다.

두께 수백 마이크로미터(㎛)에서 수 밀리미터(㎜) 수준의 대면적 비정질합금 부품은 주로 고압 진공 다이캐스팅법으로 제조됐지만 연구팀은 다전극 진공 감압 주조 기술 개발을 통해 두께 1~2㎜ 내외, 폭 100~200㎜ 내외의 건전한 비정질합금 박판 제조 기술을 확보했다.

다전극 진공 감압 주조 기술은 벌크 비정질합금과 비정질 기지 복합재를 대면적으로 제조하는데 활용이 가능하며, 적절한 금형 설계를 통해 폴더블폰이나 롤러블폰 등 최신 스마트기기와 의료기기, 스포츠용품 등 고부가가치 산업 분야에 확대 적용할 수 있다.

특히 폴더블폰의 힌지 부품에 적용될 경우 2020년 국내 시장규모는 연간 약 5천800억 원, 골프클럽 페이스 소재에 적용될 경우 세계 시장규모는 연간 약 7천400억 원에 달할 것으로 예상된다.

나영상 책임연구원은 “차세대 금속 소재로 각광받은 비정질합금이 실험실 수준의 연구에 머물렀던 한계를 극복하고 본격적인 상용화 단계로 접어드는 초석이 될 수 있을 것”이라고 기대했다.