고려대·KAIST 연구팀, 신개념 초고강도 중엔트로피 합금 개발

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 국내 연구진이 극심한 하중을 견딜 만큼 단단하면서 잘 늘어나는 유연성을 지닌 금속을 만들 수 있는 실마리를 찾았다.

8일 한국연구재단에 따르면 고려대 손석수 교수, KAIST 최벽파 교수 공동 연구팀이 초고강도-고연성 중엔트로피 합금을 개발했다.

일반적으로 고강도 합금 합성에는 석출(precipitation)이 이용된다.

여러 금속을 녹여 고르게 섞은 후 식히면 금속내부에 합금 원소들이 과포화된 상태로 존재하게 된다.

이 과포화 원소들에 열을 가하면 입자(precipitate) 형태로 석출되면서 금속이 더 단단해지는 원리다.

기존에는 경계면에서 금속과 입자의 원자 배열을 연속적으로 연결시킨 정합 계면을 이용했다.

하지만, 정합 계면을 가지는 석출입자를 형성시킬 원소가 매우 제한적이기에 합금에서 석출될 수 있는 다양한 입자를 활용하기에 어려움이 있었다.

이에 연구팀은 기존 방식에서 벗어나, 반정합 계면 입자를 활용해 초고강도 중엔트로피 합금을 설계 가능성을 제시했다.

금속에 힘을 가했을 때 특정 방향을 따라 영구변형이 집중되는 부위를 이용해 수십㎚크기의 석출입자를 형성시켰다.

또, 합금 전체에 걸쳐 변형 집중부위가 균일하게 형성되도록 해 석출 입자가 고르게 분포되도록 했다.

그 결과, 초고강도 강판에 버금가는 인장강도(1.6 GPa)를 가짐과 동시에 모양이 변해도 쉽게 부서지지 않는 높은 연성(27%)을 갖는 중엔트로피 합금을 얻는데 성공했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 상온에서의 기계적 물성을 확인한 데 이어 고온이나 극저온 환경에서의 기계적 물성에 대해 후속연구를 진행할 계획이다.

한편, 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 8월4일자에 게재됐다.

km5030@news1.kr