자동차·비행기 몸체 가뿐해진다

수천년에 걸쳐 인류 사회를 지배해 온 ‘철의 시대’가 막을 내리고 있다. 과학자들은 좀 더 빠른 자동차와 비행기, 좀 더 가벼운 기계를 만들기 위해 철을 대신해 알루미늄과 마그네슘 등 다양한 경금속을 복잡하게 성형하기 위해 노력하고 있다. 그러나 철이 용광로와 각종 사출기를 통해 다양한 모습을 만들기 쉬운 데 비해 경금속을 주재료로 한 경합금은 아직까지 많은 문제를 안고 있다. 강도와 내구성에서 보이는 약점은 상당부분 해결이 됐지만, 안정적으로 제품을 생산하기 힘들고 가격경쟁력이 확보되지 않았기 때문이다.

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●철 대신 알루미늄·마그네슘 이용 경량화

특히 지금까지의 경합금 주조(주물을 만들어 모양을 만드는 방식) 공정은 환경오염과 부품의 성능 저하 논란을 낳아 왔고, 단조(금속을 때려 강도를 높이는 방식) 공정은 성형 한계성 및 금형 수명 단축 때문에 환경친화형 생산이 불가능한 상황이다.

부산대 강충길 교수가 이끄는 틱소·레오 성형 연구실은 이같은 문제를 해결한 고강도 경량화 소재 가공법을 개발해 경합금 분야의 활용도를 높이고 있다. 강 교수는 “레오는 액체 상태의 경금속을 고체 상태로 전환시키면서 성형 작업을 하는 방식이고, 틱소는 고체 상태를 액체로 전환시키는 방식”이라며 “그러나 두 기술 모두 실제 공정에 적용하기에는 많은 문제를 안고 있으며 기술적으로도 한계에 이른 상태”라고 밝혔다.

강 교수팀은 기존 성형 기술의 문제점을 개선시킨 ‘레오로지’ 성형 개발을 가장 큰 과제로 꼽고 있다. 강 교수는 “레오나 틱소 성형은 공정수가 늘어나면서 생산 시간과 비용이 늘어나고 액체가 골고루 분산되지 못하면서 한쪽으로 치우치는 문제를 안고 있다.”면서 “이를 개선한 레오로지 기술은 입자 운동의 동영상 해석을 통해 소재를 고체와 액체 사이의 상태로 유지하는 것이 핵심”이라고 설명했다.

●나노 성형기술 기반 마련… 세계적 주목

현재 연구팀은 레오로지 기술을 실용화하기 위해 냉각방법과 장비 최적화에 집중하고 있다. 고기능성과 고강도를 요구하는 자동차 및 산업기계 부품을 만들기 위해 회전 기계식 교반과 전자 교반 시스템을 응용해 실용화했으며, 나노 성형기술로 응용할 수 있는 기반도 마련했다. 이같은 연구팀의 결과는 세계적으로 주·단조 분야에서 처음으로 시도한 내용이기 때문에 전세계 산업계와 학계의 관심을 모으고 있다.

강 교수는 “기존 설비를 개조해 복합적인 단조가 가능한 시스템을 구축하는 것은 물론, 부품 생산 기술을 다양한 알루미늄 소재에 적용하는 연구를 진행하고 있다.”면서 “부품 개발 및 응용이 가능하도록 금형설계의 표준화가 이뤄져야 하고, 환경친화형 생산을 이루기 위해 각종 공구의 특수코팅 활용기술 개발도 필수적”이라고 말했다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

이번주 금요일(26일) 오후 8시 서울역 대회의실에서는 부산대 강충길 교수가 지면에 소개된 내용을 중심으로 강연을 펼칩니다. 관심이 있는 사람 누구나 참여할 수 있습니다.