국립공주대학교(총장 임경호) 신소재공학과 송성호 교수 연구팀과 충북대 이동주 교수 연구팀은 바이모달 결정립 구조(bimodal grain structure)를 통해 고강도 고인성을 가지는 고엔트로피 합금 제조 원천 기술을 개발하고, 강화 기구 해석에 대한 연구 결과를 알렸다.

최근 경량 고강도 구조용 금속재료의 필요성이 대두되면서 기존의 전통적인 합금에서 얻기 어려운 높은 강도와 연성 등을 동시에 갖춘 고엔트로피 합금에 대한 연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있다.

이와 관련하여 충북대 이동주 교수 연구팀과 국립공주대 신소재공학과 송성호 교수 연구팀은 가스 아토마이징 공정을 통해 크기가 제어된 고엔트로피 분말을 제조하고 방전 플라즈마 소결 공정을 이용해 바이모달 결정립 구조를 가지는 고엔트로피 합금 제조를 성공했다.

조대 결정립과 미세 결정립이 적절하게 혼합된 바이모달 구조의 고엔트로피 합금은 단일 미세구조를 가진 고엔트로피 합금에 비해 41% 향상된 강도를 보이면서도 인성과 연성을 유지하는 우수한 특성을 구현했다.

더불어 결정립의 크기 분포, 결정립계 특성에 따른 강화 메커니즘을 상세히 분석하고, 이를 바탕으로 최적화된 바이모달 결정립 구조를 제안하여 고엔트로피 합금의 기계적 특성을 극대화하는 방법을 제시했다.

논문의 교신저자인 송성호 교수는 “분말 야금 공정 기술을 이용해 바이모달 결정립 구조를 구현하고 이를 통해 고강도 고인성을 가지는 합금 제조 기술은 세계적으로 손꼽히는 연구성과이며, 구조재료 분야에 산업적으로 활용 가치가 매우 높을 뿐만 아니라, 우주항공 분야에서도 큰 응용 가능성을 가지고 있습니다”라고 밝혔다.

이 연구성과는 Springer가 발행하는 METALLURGY & METALLURGICAL ENGINEERING 분야 JCI 상위 4% 최상위 국제 학술지 Rare Metals (Impact factor: 8.8)에 게재됐다. (논문명: Strengthening mechanisms analysis and tailoring of bimodal grain structures for enhanced strength in CoCrFeMnNi high-entropy alloys)