사진은 국립한밭대학교 신소재공학과 박준식 교수 연구팀

국립한밭대학교(총장 오용준)는 신소재공학과 박준식 교수 연구팀이 최근 초고온 하이엔트로피 소재의 내산화·내삭마 코팅 기술 최적화 설계에 성공했다고 9일 밝혔다. 

초고온 소재에 관한 연구는 전투기와 미사일의 엔진 뿐 아니라 우주산업의 발사체 분야에서 매우 중요한 핵심 소재 기술이며, 특히 엔진 소재 분야에서 초고온 소재의 선정 및 코팅기술은 군용 발사체의 속도와 민간 발사체의 연료 효율성 등에 매우 중요한 요소로, 초고온 초내열 합금의 개발은 지속적인 연구 주제이다.

이와 관련하여 최근 기존의 니켈(Ni)기 초내열합금을 능가하는 고융점의 내화 금속(Refractory metals)을 다량으로 균등 첨가하는 하이엔트로피 합금(High entropy alloy)이 개발되어 이 소재를 고온용 소재로 사용하고자 하는 시도가 늘고 있지만, 이러한 고온용 합금은 내산화성이 매우 낮아 반드시 내산화 코팅이 필요하다.

국립한밭대 박준식 교수 연구팀은 그동안 고온 소재의 개발과 더불어 고온에서 사용할 수 있는 세라믹 코팅, 진공 코팅, 페이스트 코팅, 확산 코팅 등을 개발해 왔다.

연구팀의 오정석 대학원생은 이번 연구에서 최근 개발된 고온에서 사용할 수 있는 고융점 소재의 하나인 Nb30Mo30Ti20Co20 하이엔트로피 합금을 모재로 선정하여 1500도의 화염 하에 다양한 조건에서 3차원 실리사이드(silicide) 확산 코팅을 진행했다.

이 실험의 내산화 코팅 평가 결과, 코팅 두께가 두꺼울 경우 내산화성은 좋아지지만 코팅층의 박리로 크랙이 생성되고, 두께가 얇을 경우에는 내산화성이 낮아지는 현상이 나타났다.

하지만, 응력과 코팅층의 두께의 최적화 조건을 도출하여 1500도의 화염에 노출한 결과 우수한 내산화성과 안정성을 가진 코팅층을 설계할 수 있었으며, 이는 고온소재로 이루어진 상용화 고온부품의 코팅 설계 등에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

해당 연구는 오정석 대학원생(제1저자)을 비롯해 박지니, 김선진 대학원생과 같은 학과의 구교진, 김정민 교수, 동양미래대 조승현 교수도 계면디자인 설계에 함께 참여했으며, 국제학술지 ‘Materials today communications’ 제46호에 ‘Oxidation and thermal stress analysis of silicide-coated Nb30Mo30Ti20Co20 high entropy alloys under high-temperature flame’이라는 논문으로 게재됐다.