신소재공학과

단국대학교 주수현 교수팀이 경북대 신소재공학부 박성혁 교수팀과 함께 새로운 two-step 금속 용탕 탈성분법(liquid metal dealloying, LMD)을 이용하여 3차원 연속연결구조의 Mg/TiAl 복합재료를 개발하였다.

금속 용탕 탈성분법은 전구체와 금속 용탕 사이의 혼화성이 높은 특정 합금 원소만 분리되어 용탕으로 빠져나가는 선택적 반응을 통해 3차원 연속연결구조의 복합재료를 제조할 수 있는 공정이다. 금속 용탕 탈성분법으로 제조되는 마그네슘/타이타늄 (Mg/Ti) 복합재료는 3차원 연속연결구조의 균일한 기지재를 가지기 때문에 높은 생체적합성, 우수한 비강도를 가진다고 알려져 있다. 하지만 소재 물성의 향상을 위한 합금 원소 첨가 방법에 관한 연구는 아직 보고되지 않았다.

박 교수팀은 단국대학교 주 교수팀과의 공동 연구를 통해 Mg/Ti 복합재료를 제조하는 금속 용탕 탈성분법에서 Mg과 Ti 모두 혼화성을 가지는 알루미늄(원소기호: Al)을 합금 원소로 첨가하였을 때 탈합금 공정 속도가 현저히 감소하는 현상을 발견하였다. 이에 연구진은 새로운 two-step 금속 용탕 탈성분법을 개발하여 Al이 탈합금 거동을 방해하지 않으면서 복합재료 내에 빠르게 합금화될 수 있도록 유도하였으며, 이를 통해 성공적으로 제조된 3차원 연속연결구조의 Mg/TiAl 복합재료의 물성이 Al이 첨가되지 않은 Mg/Ti 복합재료보다 약 1.6배 더 높은 압축 물성을 가지는 것을 확인하였다. 또한, Al 첨가로 인한 Ti 기지재에서의 상변태에 대한 원인을 밝혀냈다.

박성혁 교수는 “이번 연구를 통해 금속 용탕 탈성분법에서 합금원소 첨가로 인한 탈합금 속도 저하 문제의 해결책을 제시함으로써 더 우수한 특성을 가지는 새로운 복합재료 개발이 가능할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.