금속은 대부분 온도에 민감하게 반응해 특성과 형태에 변형이 생긴다. 국내 연구팀이 영하 196℃부터 영상 600℃까지 극한의 온도 변화에도 강도와 유연성을 유지하는 합금 소재를 개발했다. 짧은 시간에 급격한 온도 변화가 일어나는 로켓, 항공기 엔진이나 자동차 산업에 응용될 것으로 기대된다.

포스텍은 김형섭 신소재공학과·철강대학원·기계공학과 교수팀이 저온과 고온에서 모두 우수한 성능을 유지하는 합금 소재를 개발하고 연구결과를 2월 6일(현지시간) 국제학술지 '머티리얼즈 리서치 레터스'에 공개했다.

온도에 예민한 기존 금속 소재들은 좁은 온도 범위에서만 최적의 성능을 발휘하도록 설계돼 넓은 온도 범위에서도 안정적인 성능을 제공하는 금속 소재는 거의 없다.

연구팀은 다양한 환경 조건에서도 일관된 성능을 유지하는 재료를 '하이퍼어댑터(Hyperadapter)'라는 개념으로 제시하고 니켈(Ni) 기반의 고엔트로피 합금(HEA)을 개발했다. EA는 전통적인 합금과 달리 5개 이상의 원소가 비슷한 원자 수로 혼합된 합금을 말한다. 독특한 미세구조와 우수한 기계적 성질을 구현할 수 있다.

연구팀이 개발한 합금은 영하 196℃부터 600℃까지 800℃가까이 되는 온도 범위에서도 강도와 유연성을 거의 일정하게 유지했다. 합금 내부에 고르게 퍼진 미세한 입자인 'L12 석출상'이 금속이 쉽게 찌그러지지 않도록 잡아주는 역할을 한다. 

개발된 합금은 극한의 온도 변화가 일어나는 로켓이나 항공기 엔진, 고온 상태가 지속되는 자동차 엔진과 배기 시스템, 발전소 터빈과 파이프라인 등 다양한 산업에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

김 교수는 "HEA는 기존 합금의 한계를 뛰어넘어 넓은 온도 범위에서 안정적인 성능을 제공하는 신개념 소재로 자리 잡을 것"이라며 "하이퍼어댑터 개념은 극한 환경에서도 일관된 기계적 특성을 유지하는 획기적인 기술이 될 것"이라고 기대했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1080/21663831.2025.2457346

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]