한국공학대학교(총장 황수성) 신소재공학과 이승준 교수 연구팀이 항공우주 및 자동차 산업에서 널리 사용되는 초고강도 알루미늄 합금(AA7075-T6)이 극한의 마찰 환경에서 어떻게 마모에 저항하는지, 그 근본적인 메커니즘을 새롭게 규명했다.

연구 결과는 금속 재료 분야의 SCIE급 국제학술지인 'Materials Characterization' (JCR 상위 10%, 인용지수 5.5) 2026년 8월호에 게재될 예정이다. 특히 이번 연구의 제1저자는 한국공학대 신소재공학과 석사과정생인 한지혜 씨가 맡아 석사과정생 주도 연구개발(R&D)의 우수한 성과를 입증했다.

이번 연구는 표면 개질 기술로 각광받는‘마찰교반공정(FSP)’이 초고강도 알루미늄 합금(AA7075-T6)의 미세조직 진화와 마모 거동에 미치는 영향을 심층적으로 분석했다. 이 알루미늄 합금 계열은 중량 대비 강도가 뛰어나 부품 경량화의 핵심 소재로 쓰이지만, 마찰이나 연삭 환경에서는 상대적으로 마모 저항성이 낮다는 한계가 있었다.

연구팀은 마찰교반공정을 거친 알루미늄 합금(AA7075-T6)을 이용해 10 N(뉴턴)의 하중 하에서 50m부터 1000m까지 왕복 미끄럼 마모 시험을 수행했다. 분석 결과, 공정을 거친 특수 가공 구역(교반부, Stir Zone)은 금속 내부의 석출물이 용해되면서 단단한 정도를 나타내는 경도(158.1 HV)가 오히려 가공 전 원소재(176.7 HV)보다 낮아지는 현상이 나타났다. 이러한 표면 연화 현상은 곧바로 마모 특성의 악화로 이어졌다.

연구팀은 고정밀 전자현미경과 3D 레이저 공초점 현미경을 통해 그 원인을 정밀 추적했다. 마찰 시 두 영역 모두 주로 깎여나가는 연삭 마모(Abrasive wear) 메커니즘을 보였다. 하지만 우수한 마모 저항성을 보인 원소재의 표면에는 산화물이 풍부한 거친 홈(Oxide-rich rough grooves)이 다량 형성되어 안정적인 산화막을 유지하는 것으로 확인되었다. 이 산화막이 마찰 부품 간의 직접적인 접촉을 효과적으로 억제하는 '방패' 역할을 수행한 것이다.

결론적으로, 마찰 과정에서 발생하는 표면 연화(표면이 부드러워지는 현상)를 억제하는 것이 안정적인 마찰 산화막을 유지하고 연삭 마모를 완화하는 데 결정적인 역할을 한다는 사실이 입증되었다.

이승준 교수는 “이번 연구는 부품의 수명과 직결되는 마찰 산화막의 형성 원리를 명확히 규명했다는 점에서 의의가 있다”며 “향후 항공우주 및 자동차 부품의 내구성을 높이는 기술 개발에 크게 기여할 것”이라고 전했다.

한편, 이번 연구는 차세대 뿌리산업 전문인력양성사업과 산업통상자원부 소재부품기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 한국공학대 신소재공학과는 차세대 뿌리산업 전문인력양성사업을 통해 석·박사급 R&D 전문 인재를 양성하고, 학생들이 실제 연구와 프로젝트에 참여해 산업 현장에서 바로 활용 가능한 실무 역량을 키우고 있다.