한국연구재단은 포항공과대 김형섭 교수 연구팀이 후열처리 없이 영하 196도의 극저온부터 영상 600도 고온까지 높은 강도와 연성을 유지하는 3D 프린팅용 합금을 설계했다고 5일 밝혔다.

연구팀은 금속이 빠르게 녹고 굳는 3D 프린팅의 특성을 활용해 석출상이 네트워크 형태로 형성되는 합금을 설계했다.

석출상은 합금 내부에서 주변 기지(합금에서 석출상을 둘러싸고 있는 바탕 금속 조직으로 합금의 기본 구조와 성질을 결정)와 다른 조성이나 구조로 형성된 상을 의미한다.

레이저로 금속 분말을 녹여 한 층씩 쌓아 제작한 합금의 인장시험 결과, 영하 196도와 상온 25도, 영상 600도에서 모두 항복강도(재료에 영구적인 변형이 시작될 때의 강도)가 1기가파스칼(GPa) 이상과 19∼26%의 균일연신율(변형이 한곳에 집중되기 전까지 재료가 고르게 늘어난 비율)을 확보했다고 연구팀은 설명했다.

전자현미경으로 합금 내부를 분석한 결과, 석출상과 주변 기지가 만나는 계면은 특성에 따라 서로 다른 역할을 했다.

일부 계면은 금속의 변형을 방해해 강도를 높였고, 다른 계면은 변형을 석출상으로 전달해 석출상과 주변 기지가 함께 변형되도록 했다. 이러한 상호보완적 작용으로 높은 강도와 연성을 확보했다고 연구팀은 부연했다.

김형섭 교수는 "3D 프린팅 과정에서 형성되는 석출상의 네트워크 구조와 계면 특성을 활용한 새로운 합금 설계 및 강화 전략을 제시한 것"이라며 "향후 극저온 저장설비와 항공우주 분야의 금속 부품 소재 및 적층제조 공정 개발 등에 실제 활용할 수 있도록 추가로 검증할 것"이라고 말했다.