3D 프린팅 가능한 5-금속 합금 개발…매우 강하고 연성 우수

새로운 제조기술과 함께 가능한 다양한 특성을 가진 새로운 금속 합금을 만들 수 있는 기회가 찾아온다. 한 연구팀이 현재 매우 강하고 연성이 뛰어난 특정 나노 구조를 가진 새로운 3D 프린팅 가능한 합금을 개발했다.

스테인리스강이나 청동과 같은 대부분의 일반적인 합금은 소량의 다른 원소들과 혼합된 하나의 1차 금속으로 만들어진다. 그러나 고엔트로피 합금(HEAs)으로 알려진 새로운 종류의 물질은 다섯 가지 다른 원소들을 거의 동일한 비율로 함께 혼합하는 것을 포함한다. 결과적으로 발생하는 합금은 높은 강도 대 중량 비율과 온도에 따라 증가하는 강성과 같은 흥미롭고 유용한 특성을 갖게 된다.
이 새로운 연구는 알루미늄, 코발트, 크롬, 철, 니켈을 같은 양으로 함유한 HEA에 초점을 맞추고 있다. 이 특별한 혼합물은 몇 년 동안 실험되어 왔지만, 팀은 아직 그것에 적용되지 않은 기술인 레이저 파우더 베드 융합을 사용하여 만들었다. 본질적으로, 분말 형태의 원래 금속들은 표면에 배치된 다음 고출력 레이저로 폭파되어 빠르게 녹고 다시 응고된다.

3D프린팅의 한 형태인 이 기술은 최종 합금으로 하여금 다른 제조 방법과 매우 다른 미세 구조를 갖게 한다. 연구팀은 이를 서로 다른 입방정계 결정구조의 층이 번갈아 가며 그물처럼 보인다고 설명했다. 이를 통해 HEA의 항복 강도가 약 1.3기가파스칼로 기존 주조 방식을 사용할 때보다 거의 3배 더 강해진다. 동시에, 그것은 또한 더 유연하고, 공통의 균형에 대항한다.

"이 특이한 미세 구조의 원자 재배열은 초고강도 뿐만 아니라 향상된 연성을 발생시키는데, 이는 보통 강한 물질들이 부서지기 쉬운 경향이 있기 때문에 드문 일"이라고 이 연구의 수석 연구원인 웬 첸은 말했다. 그는 "많은 애플리케이션의 경우 강도와 연성의 조합이 핵심이다. 우리 연구 결과는 재료 과학과 엔지니어링 모두에게 독창적이고 흥미롭다"고 강조했다.

이러한 강도와 연성의 특정 조합은 이 합금을 항공우주, 에너지, 운송 또는 기타 엔지니어링 분야의 구성요소에 유용하게 적용할 수 있다.


김진영 글로벌이코노믹 기자