금속재료공학과 박성혁 교수 연구팀
가공공정부터 계면·미세조직·소재물성까지 종합 분석
금속공학 분야 JCR 상위 1.5% 국제학술지 게재
경북대학교 연구팀이 자동차·항공우주 등 미래 모빌리티의 경량화를 위한 소재로 주목받는 마그네슘(Mg) 기반 바이메탈 복합재의 최신 연구 동향과 향후 과제를 종합 분석했다.
경북대는 금속재료공학과 박성혁 교수 연구팀이 마그네슘 기반 바이메탈 복합재의 가공 공정과 계면 특성, 미세조직, 변형 거동 등이 소재 성능에 미치는 영향을 종합한 리뷰 논문을 발표했다고 11일 밝혔다.
마그네슘은 상용 구조용 금속 가운데 무게가 가장 가벼워 자동차와 항공우주 분야의 경량 소재로 주목받고 있다. 다만 상온에서 성형하기 어렵고 부식에 취약하다는 한계가 있어 알루미늄 등 다른 금속과 결합해 단점을 보완하는 바이메탈 복합재 연구가 진행돼 왔다.
기존 연구는 소재 구성이나 개별 가공 공정의 결과를 분석하는 데 집중된 반면 연구팀은 이번 논문에서 '가공공정-계면특성-미세조직-변형거동-소재물성'을 하나의 흐름으로 연결해 분석했다.
분석 결과 마그네슘-알루미늄 복합재는 마그네슘의 가벼운 특성과 알루미늄의 내식성·가공성을 함께 활용할 수 있지만 두 금속의 접합면을 어떻게 제어하느냐가 성능을 좌우하는 것으로 나타났다. 가공 과정에서 접합면에 깨지기 쉬운 금속간화합물(IMCs) 층이 지나치게 두껍거나 불균일하게 만들어지면 균열이나 박리가 발생할 수 있어 합금 원소와 공정 조건을 정밀하게 조절할 필요가 있다는 설명이다.
서로 다른 특성의 마그네슘 합금을 결합하는 마그네슘-마그네슘 복합재도 대안으로 제시됐다. 마그네슘과 알루미늄을 접합할 때 나타날 수 있는 취성 반응층을 피하면서 강도와 연성, 미세조직 및 변형 거동을 조절할 수 있다는 것이다.
연구팀은 실제 산업 적용을 위해서는 계면 접합강도 평가법 표준화와 피로·부식피로 특성 규명, 3차원 실시간 계면 손상 분석, 예측 모델링 및 연속생산 공정 개발 등이 필요하다고 제안했다.
박성혁 교수는 "마그네슘 기반 바이메탈 복합재의 성능을 결정하는 핵심은 단순히 서로 다른 소재를 결합하는 데 있는 것이 아니라 계면 반응과 미세조직을 정밀하게 제어하는 데 있다"며 "고속·연속 공정기술과 장기 신뢰성 평가를 연계해 미래 모빌리티에 적용할 수 있는 초경량 다중소재 기술로 발전시켜 나가겠다"고 말했다.
이번 논문은 금속공학 분야 JCR 상위 1.5% 국제학술지 'Journal of Magnesium and Alloys'에 지난달 31일 게재됐다. 경북대 대학원 첨단소재공학부 유승윤 박사과정생이 제1저자, 박 교수가 교신저자로 참여했다.
박 교수는 지금까지 SCIE 학술지에 논문 242편을 발표했으며 지난해 고강도 마그네슘 신합금 개발 등의 성과로 국제 마그네슘 과학기술상 '올해의 혁신 특별 공헌상'을 수상했다.
