일반기술

고성능에너지 변환재료기술(구조용 내열내식성재료)의 개발

근래 항공우주산업이나 마이크로가스터빈 등의 분산형 전원의 연구개발이 활발히 이루어지고 있으나 이들의 기술혁신이나 보다 폭넓은 이용을 위하여 소형화나 효율화가 요구되어지고 있다. 또한 각종 플랜트(plant)나 장치부품 등에서도 엄격한 환경하에서 장수명의 재료가 요구되고 있다. 크롬이나 니오비움, 몰리브덴 등의 고융점 재료는 이들의 요구를 충족시키는 재료로서 유망하나 극복하지 않으면 않되는 문제점도 다수 존재하고 있다. 예를들면, 이들 재료에서 저온상에서 나타나는 낮은 연성은 이들 재료의 실용화에 큰 장벽이 되고 있다. 우리 연구그룹에서는 이제까지 많은 시간과 노력을 필요로 하였으며 경험과 노력을 기울여 온 재료개발에 큰 변혁을 가져오는 방법을 최근 개발에 성공하여 분자궤도이론의 입장에서 여러 합금의 제특성평가가 이루어지게 되었다. 즉, 기존의 개발방법에서 할 수 없었던 효율적인 합금개발이 가능하게 되었다. 또 이러한 취성(脆性)재료의 기계적 성질개선을 위해 새로운 재료제조 프로세스에 대한 접근도 실시하고 있으며 종합적인 재료설계, 제조, 평가해석시스템의 구축을 지향하는 연구를 전개하고 있다 이론적인 입장에서는 예를들면, 분자궤도계산법(DV-Xα크라스터법)을 이용하여 전자상태의 평가 해석을 하는 것으로 재료의 물성이나 특성을 이해 또는 예측할 수 있다. 현재는 그 재료의 creep 특성에 영향을 주는 융점이나 변태점 온도 등의 평가가 가능하게 되어 있다. 또한, 본 수법은 재료가 가지는 표면에너지나 강성율(剛性率, rigidity - 외력에 의해서 모양은 변하나 부피(체적)는 변하지 않는 경우에 모양이 변하는 비율)과 같은 파괴에 관계하는 물성치의 계산도 가능하다고 생각되어 연성개선 등의 기계적 성질개선에는 대단히 유효한 수법이라 사료되어 진다. 또한 기존의 상태도에서는 보여질 수 없었던 다원계합금의 조직이나 물성 등의 평가에도 이용이 가능하여 그 적용분야는 상당히 광범위하다. 실험적인 입장에서는 취약한 재료의 가공프로세스에 의한 기계적 성질의 개선을 검토하고 있으며 이제까지 순수 크롬에 대하여 반복하여 변형법이나 가공열처리법, 쇼트피닝에 의한 표면개선법 등을 제안하여 그 효과에 대해서 실증하는 등 명확한 연구성과를 보여 왔다. 이들의 수법은 신재료개발의 비용절감과 시간절약에 대단한 효과를 보일 것으로 생각된다.