한국연구재단은 김형섭 포항공대 교수 연구팀이 고강도·고연성·고가공성의 고엔트로피 합금을 개발했다고1일 밝혔다.

고엔트로피 합금은 기존 합금과는 달리 다양한 환경에서 우수한 특성이 있어 학계에서 많은 관심을 받는 소재다. 고엔트로피 합금은 주된 금속에 보조원소를 더하는 일반적 합금과 달리, 주된 원소 없이 여러 원소를 비교적 동등한 비율로 혼합하는 방식이어서 이론상 만들 수 있는 합금의 종류가 무한대다. 하지만 대부분 균일한 단상 형태(구조, 조직, 결정립 크기 및 형상이 동일한 형태)로 만들어지며, 단상을 유지하는데 코발트, 크롬 같은 고가의 원소를 첨가하는 등 가격경쟁력에서 한계가 있었다.

이에 연구팀은 고엔트로피 합금은 균일해야 한다는 고정관념을 역이용했다. 미세조직이 균질하지 않은 헤테로구조의 고엔트로피 합금이 더 단단하고 더 연할 수 있음을 알아냈기 때문이다. 헤테로구조란 합금 내부의 구조, 조직이나 결정립 크기 및 형상이 동일하지 않고, 위치별로 다른 구조를 말한다.

헤테로구조의 고엔트로피 합금은 강한 구리와 연한 철로 구성되는데, 연한 철은 소재의 연성, 강한 구리는 소재의 강도를 향상시켜 기존 스테인리스 강 보다 1.5배 더 단단한(인장강도 -1 GPa) 것으로 나타났다. 또 절삭하는 데 소요되는 시간 역시 기존 304 스테인리스 강보다 20배 줄었다. 절삭시간 단축은 소재의 가공비용 절감으로 이어진다.

연구팀은 "경제적인 철과 구리에, 알루미늄이나 망간 같은 저가의 원소를 조합할 경우 기존 고엔트로피 합금보다 3-10배 높은 가격경쟁력을 확보할 수 있다"면서 "가전제품과 스마트폰 부품으로 적용하기 위해 후속 연구를 진행하고 있다"고 전했다. 조남형 기자

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