’마그네슘+나노입자‘ 초합금 발명… 기존보다 무게대비 강성 높아

'초합금 발명'

금속인 마그네슘과 무기물질 세라믹 실리콘 카바이드 나노입자를 결합한 ‘마그네슘계 초합금’이 발명됐다. 기존 초합금보다 가볍고 강성이 뛰어난 것으로 알려졌다.

26일(한국시간) 외신보도에 따르면 캘리포니아대(UCLA) 기계항공우주공학부 샤오춘 리 교수팀이 철이나 니켈이 아닌 마그네슘을 주성분으로 하는 초합금을 발명했다. 이런 방식으로 처리한 마그네슘초합금은 실험 결과 강도(strength), 강성(stiffness), 소성, 고열성이 향상됐음을 확인했다고 연구진은 강조했다.


연구팀은 금속의 구조를 흐트러뜨리지 않고 이 속에 나노입자를 높은 농도로 균일하게 스며들도록 하는 기술을 이용해 무게 대비 강성비율이 매우 높은 초합금을 만들어내는데 성공했다.

선행 연구에서는 금속에 세라믹 나노입자를 섞으면 나노입자가 뭉치는 경향이있어서 강도는 높아지지만, 소성이 약화하는 경향이 있었다. 하지만 리 교수팀은 용융상태의 마그네슘-아연 합금에 나노입자를 퍼뜨려 넣는 방법으로 이같은 문제를 해결했다.

철과 니켈 등을 주성분으로 여러가지 경금속을 첨가해 만드는 초합금은 700도 이상의 고온을 견뎌야 하는 항공기엔진, 가스터빈 등의 부재에 쓰인다.

나노입자를 이용해 금속의 소성(塑性)을 훼손하지 않고도 특히 마그네슘과 같은 경금속의 강도를 높일 수 있으리라는 제안은 나온 적 있지만 용융상태의 금속 세라믹 나노입자를 확산시켜 넣는 일은 이번이 처음이다.

리 교수는 “마그네슘은 비교적 흔한 금속이고 이번 연구에서 쓰인 생산기술은 손쉽게 규모의 경제를 실현할 수 있다"며 "산업에 응용해 상용화하는 것도 비교적 빨라질 것”이라고 강조했다. 이번 연구내용은 과학학술지 ‘네이처’에 게재됐다.