초고온 합금 코팅 기술 혁신…한밭대 박준식 교수팀 성과

[대전타임뉴스=홍대인 기자] 국립한밭대학교(총장 오용준)는 9일, 신소재공학과 박준식 교수 연구팀이 초고온 환경에서 사용 가능한 하이엔트로피 소재의 내산화 및 내삭마(削磨) 코팅 기술의 최적화 설계에 성공했다고 밝혔다.

초고온 소재에 대한 연구는 전투기 및 미사일 엔진은 물론, 우주산업의 발사체 분야에서 핵심적인 기술이다. 특히, 군용 발사체의 속도 향상과 민간 발사체의 연료 효율 개선을 위해서는 초고온 환경을 견딜 수 있는 소재 개발과 더불어 효과적인 보호 코팅 기술이 필수적이다.

최근 들어 니켈(Ni) 기반 초내열합금을 뛰어넘는 고융점 내화금속을 균등 첨가한 하이엔트로피 합금(HEA: High Entropy Alloy)이 새롭게 주목받고 있다. 그러나 이들 소재는 고온 산화 환경에서 내구성이 낮아, 고성능 내산화 코팅이 필수적으로 요구된다.

박 교수 연구팀은 그동안 다양한 고온용 세라믹, 진공, 페이스트, 확산 코팅 기술을 개발해 왔으며, 이번에는 Nb30Mo30Ti20Co20 하이엔트로피 합금을 기반으로 1500도 고온 화염 조건에서 3차원 실리사이드(silicide) 확산 코팅을 시도했다.

실험 결과, 코팅층이 두꺼우면 내산화성은 향상되지만 응력으로 인한 박리 및 균열 발생 가능성이 높아지고, 반대로 얇은 경우에는 내산화성이 저하되는 문제가 관찰됐다. 이에 연구팀은 응력 분포와 코팅 두께 간의 상관관계를 분석하여 최적 조건을 도출했고, 그 결과 1500도의 고온 환경에서도 우수한 내산화성과 구조적 안정성을 확보한 코팅층 설계에 성공했다.

이번 연구는 고온 부품의 상용화 설계에 중요한 기초 자료가 될 것으로 기대되며, 연구 성과는 국제학술지 'Materials Today Communications' 제46호에 "Oxidation and thermal stress analysis of silicide-coated Nb30Mo30Ti20Co20 high entropy alloys under high-temperature flame"라는 제목의 논문으로 게재됐다.

본 논문은 제1저자인 오정석 대학원생을 포함하여 박지니, 김선진 대학원생, 구교진·김정민 교수(한밭대), 조승현 교수(동양미래대)가 공동으로 참여하여 계면디자인 설계에 기여하였다.