RIST, 고성능 소재 특수가공분야 신기술 개발해

국내 연구진이 티타늄, 세라믹, 탄소복합소재 등의 첨단소재 가공을 위한 원천기술을 개발했다.

RIST(포항산업과학연구원, 원장 우종수)는 우주항공분야, 경량자동차분야 등에서 활용되는 고성능소재의 특수가공을 위한 전용활용 빗각증착 코팅기술의 핵심 원천기술을 확보하는 데 성공했다고 12일 밝혔다.

빗각증착 코팅기술은 소재의 물리적, 기계적 특성을 향상시키기 위해 소재 표면에 비스듬히 수 마이크로미터의 두께로 고성능 물질을 입사해 여러 층으로 코팅하는 방식이다.

2000년 이후 활발히 연구되고 있으나 고강도 코팅에 핵심요소인 다층구조를 생성하기 위해 코팅공정 중 기계적으로 입사각을 조정하면서 각 층마다 서로 다른 각도의 코팅층을 형성시켜야 하는데, 이는 공정이 복잡해 상용기술로의 적용에 어려움을 겪고 있다.

RIST가 개발한 빗각증착 코팅기술은 코팅과정에서 기판에 전기를 가하여 다층구조의 코팅층을 만드는 방식이다.

빗각으로 코팅하는 과정에서 소재의 표면에 전기를 흘려 보내면 입사각과 관계없이 코팅층의 결이 수직으로 서게 되는 점을 이용해 전기를 on/off 시키면서 층마다 다른 각도의 코팅층을 형성시키는 것이다.

연구진은 빗각과 기판전압을 이용하여 제조된 코팅층은 일반적인 공정으로 제조된 코팅층보다 우수한 물리적 특성을 갖게 되며, 이 기술을 적용한 소재의 강도는 최대 20% 이상 높아짐을 확인했다.

우주항공 / 고성능 자동차 첨단소재 가공 공구용 코팅기술

최근, 우주항공, 경량자동차 등 첨단소재분야의 수요가 급증하면서 이들 고성능소재의 특수가공분야도 급속도로 성장하고 있다.
고강도강, 세라믹, 티타늄, 인코넬, 탄소복합소재, 알루미늄 합금 등의 고성능소재들은 소재의 특성이 우수하지만 가공이 어려운 것이 단점이다.

이들 소재의 가공을 위해서는 가공공구 소재 또한 우수한 물리적, 기계적 특성을 띠어야 하는데, 경도가 높아야 하며 고온에서도 성능이 저하되지 않는 높은 내열성, 그리고 내산화 특성 등을 포함한다.

지금까지 많이 사용되는 가공공구의 특수코팅 방법에는 초격자와 나노구조 복합체가 있다.

티타늄, 실리콘, 크롬, 알루미늄, 탄소화합물, 지르코늄 등의 서로 조성이 다른 다층구조의 코팅층을 형성하는 초격자(Superlattice), 그리고 비정질 구조 안에 나노미터 크기의 결정입자가 형성된 나노구조 복합체를 이용하는 것이다.

하지만, 이러한 코팅방식은 공정이 복잡하고 코팅층의 조성 제어도 용이하지 않기 때문에 보다 단순한 공정개발에 많은 관심이 쏠리고 있다.

RIST 코팅연구파트를 총괄하는 정재인 박사는 “RIST가 개발한 전압활용 빗각증착 코팅기술은 성질이 다른 여러 물질을 적용할 필요 없이 코팅공정 중 전압만 on/off 하면 자동적으로 다층의 코팅층이 형성되므로 공정을 단순화 시킬 수 있는 획기적인 방법”이라며 “이 코팅기술을 국내업체에 적용하면 현재 세계최고 수준으로 꼽히는 일본과 유럽의 고급코팅 메이커와 어깨를 나란히 할 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

전세계 850억 달러규모의 코팅시장, 고급코팅기술분야 진입을 위한 교두보 확보

RIST는 2009년부터 4년간 수행된 소재원천기술개발 사업으로 확보한 원천기술인 빗각증착 코팅기술을 상용화하기 위해 ㈜KDLC, ㈜제이제이툴스, 한국항공대학교 등 과 함께 2013년부터 연구개발을 진행해 오고 있으며 개발 기술 “전압 활용 다층구조 빗각증착코팅”은 지난 2013년 미국특허를 출원해 올해 말 등록될 예정이다.

기술개발 책임자인 양지훈 박사는 “앞으로 4~5년 내에 세계 공구코팅 시장은 약 850억 달러까지 성장할 것으로 전망되고 있지만, 고급 코팅시장은 일본과 유럽의 몇몇 선진국에서 독점하고 있는 상황이며, 국내 기술수준은 선진국의 70~80% 수준으로 아직 갈 길이 멀다 할 수 있다”며 “이번 기술개발을 계기로 코팅분야에 연구역량을 집중해 우리나라가 세계고급코팅시장에서 독보적인 위치를 확보할 수 있도록 노력하겠다”고 소감을 말했다.