국립한밭대 박준식 교수팀, 초고온 하이엔트로피 합금 코팅 기술 최적화 성공

[글로벌대학팀 김선영 기자] 국립한밭대학교 신소재공학과 박준식 교수 연구팀이 초고온 환경에서도 견딜 수 있는 하이엔트로피 합금의 내산화 및 내삭마 코팅 기술의 최적 설계에 성공했다고 9일 밝혔다.

이 기술은 전투기와 미사일 엔진은 물론 우주 발사체 등 고온에 노출되는 구조물에 필수적인 소재 기술로, 향후 고온용 부품의 실용화에 크게 기여할 수 있을 것으로 전망된다.
최근 들어 기존 니켈계 초내열합금을 대체할 수 있는 고융점 내화금속을 기반으로 한 하이엔트로피 합금이 개발되며 고온 소재 분야에 변화가 일고 있다. 그러나 이들 소재는 내산화성이 낮아 고온 환경에서 사용하기 위해선 고기능 코팅이 필수적이다.

이에 따라 박 교수팀은 다양한 고온용 코팅 기술을 개발해 왔으며, 이번 연구에서는 Nb30Mo30Ti20Co20 조성의 하이엔트로피 합금을 기반으로 고온 실리사이드 확산 코팅의 내산화 특성을 집중 분석했다.

연구는 대학원생 오정석 씨가 주도했으며, 해당 합금에 대해 1500도 고온의 화염 환경에서 다양한 조건으로 3차원 실리사이드 확산 코팅을 실시했다. 실험 결과, 코팅층이 너무 두꺼우면 내산화성은 증가하지만 응력으로 인한 박리와 균열이 발생하고, 반대로 얇으면 내산화성이 떨어지는 경향이 확인됐다. 연구팀은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 응력 분포와 코팅 두께 간의 균형을 분석하고 최적 조건을 도출했다.
도출된 조건에 따라 형성된 코팅층은 고온 화염 노출에도 우수한 내산화성과 안정성을 유지했으며, 이는 고온 구조 부품에 적용 가능한 실용적인 코팅 설계의 가능성을 시사한다. 박 교수는 “이 기술은 고온 내구성이 요구되는 엔진, 발사체, 우주산업 부품 등에 실질적으로 활용될 수 있다”고 설명했다.

이번 연구에는 제1저자인 오정석 대학원생을 비롯해 박지니, 김선진 대학원생과 구교진, 김정민 교수(한밭대), 조승현 교수(동양미래대)가 참여했으며, 연구 결과는 SCI급 국제학술지 Materials Today Communications 제46호에 ‘Oxidation and thermal stress analysis of silicide-coated Nb30Mo30Ti20Co20 high entropy alloys under high-temperature flame’라는 제목으로 게재됐다.

김선영 기자 글로벌대학팀 globalu@beyondpost.co.kr