[김종대의 스틸 스토리] 지구상에서 가장 단단한 물질에 놀란 과학자들

과학자들은 크롬, 코발트, 니켈(CrCoNi)로 만든 금속 합금을 조사하는 과정에서 모든 재료 중 가장 높은 인성을 측정했다고 최근 밝혔다.

이 금속은 재료 과학에서 매우 가단성이 있음을 의미하는 연성일 뿐만 아니라 강하고(영구적인 변형에 저항한다는 의미) 차가워질수록 강도와 연성이 향상되는 것을 발견했다. 특히 이 재료들은 대부분의 다른 재료와 상반된다는 점을 알게 되었다.

연구원 로버트 리치는 "같은 장치에서 실리콘 조각의 인성은 하나이고 여객기의 알루미늄 기체는 약 35이며, 일부 최고의 강철의 인성은 약 100이지만 500을 나타내는 것은 엄청난 숫자"라고 말했다.

로렌스 버클리 국립 연구소(버클리 연구소)와 오크리지 국립 연구소의 연구원들이 이끄는 팀은 2022년 12월 1일 사이언스 저널에 이 같은 기록적인 연구결과를 발표했다.
ORNL과 테네시 대학의 고급 합금 이론의 의장 아소 조지는 "구조 재료를 설계할 때 강하면서도 연성이며 파괴에 강해야 한다. 일반적으로는 이러한 속성 간의 절충안이 되는데 이 재료는 둘 다 저온에서 부서지기 쉬운 대신 더 단단해진다"고 밝혔다.

CrCoNi는 고 엔트로피 합금(HEA)이라고 하는 금속 클래스의 하위 집합이다. 오늘날 사용되는 모든 합금은 추가 원소의 양이 적은 한 원소의 높은 비율을 포함하지만 HEA는 각 구성 원소의 동일한 혼합으로 만들어진다.

이러한 균형 잡힌 원자 제조법은 스트레스를 받을 때 강도와 연성의 매우 높은 조합을 재료 중 일부에 부여하는 것으로 보이며, ‘인성’을 구성한다. HEA는 약 20년 전에 처음 개발된 이래 열띤 연구를 진행했지만 극한의 테스트에서 재료를 한계까지 밀어 붙이는 데 필요한 기술은 최근까지 사용할 수 없었다.


김종대 글로벌철강문화원 원장