입력 2026.08.03 13:46
- 상용 타이타늄 합금(Ti-6Al-4V)보다 내마모성 약 10배 향상… 경제성까지 확보
- 단일 베타(β)상 기지 내 균일 변형 및 얇은 고밀도 변형층 형성 메커니즘 규명
- 고비용 바나듐(V)을 대체하는 경제성 확보로 자동차, 항공우주, 바이오 소재 분야 혁신 기대
한국공학대학교(총장 황수성) 신소재공학과 이승준 교수 연구팀이 현대자동차, 국립순천대학교와 공동으로 차세대 베타(β) 타이타늄 합금 ‘Ti-12Mo-1Fe’의 내마모 메커니즘을 규명했다. 연구 결과는 기계공학 분야 SCIE급 국제학술지 ‘Tribology International’(Impact Factor 7.6) 2027년 2월호에 게재될 예정이다.
타이타늄 합금은 자동차와 항공우주, 의료기기 등에 널리 사용되는 대표적인 경량 소재다. 그러나 현재 상용화된 ‘Ti-6Al-4V’ 합금은 가격이 높은 데다 장시간 마찰이 반복되면 마모가 빠르게 진행되는 한계가 있었다. 이에 연구팀은 고가의 바나듐(V) 대신 몰리브덴(Mo)과 철(Fe)을 적용한 차세대 합금 ‘Ti-12Mo-1Fe’의 마찰·마모 특성을 분석했다.
연구 결과, 800m 마찰 시험에서 Ti-12Mo-1Fe 합금의 마모율은 기존 Ti-6Al-4V 합금보다 약 10배 낮아 내마모성이 크게 향상된 것으로 확인됐다. 이는 소재가 마찰 환경에서도 더 오래 성능을 유지할 수 있음을 의미한다.
연구팀은 전자현미경 분석을 통해 이러한 성능 향상의 원인도 규명했다. 기존 합금은 마찰 과정에서 표면 아래까지 변형이 깊게 진행돼 재료가 쉽게 깎여 나가는 연삭 마모가 발생한 반면, Ti-12Mo-1Fe 합금은 마찰 응력을 균일하게 분산시키며 얇고 단단한 고밀도 변형층을 형성해 내부 손상을 효과적으로 억제했다. 또한 표면에 형성된 국부적 접착 전이 패치가 금속 간 직접 마찰을 줄여 마모를 감소시키는 역할을 하는 것으로 확인됐다.
이승준 교수는 “이번 연구는 미세조직 변형을 제어해 합금의 마찰·마모 특성을 향상시키는 새로운 설계 원리를 제시했다"며 "가격 경쟁력과 내구성을 동시에 확보한 차세대 타이타늄 합금은 자동차 구동계와 항공기 착륙장치, 생체 임플란트 등 높은 내구성이 요구되는 첨단 산업 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.
한편 이번 연구는 차세대 뿌리산업 전문인력양성사업과 한국연구재단 개인기초연구 지원을 받아 수행됐다. 한국공학대학교 신소재공학과는 차세대 뿌리산업 전문인력양성사업을 통해 석·박사급 연구인력을 양성하고 있으며, 학생들이 실제 연구 프로젝트에 참여해 산업 현장에서 활용할 수 있는 실무 역량을 갖출 수 있도록 지원하고 있다.