▲ 재료연 이정환 원장이 온라인 연구성과 발표 브리핑에서 인사말을 전하고 있다.

과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환)이 소재·부품·장비(이하 소부장) 기술 자립 및 국산화를 위한 연구성과를 유튜브를 통해 17일 공개했다.

재료연은 지난 2019년 7월 일본의 수출 규제 사태 이후, 지금가지 국내 소부장 자립화 및 소재강국 실현이라는 목표를 가지고 소재분야 연구역량 결집과 산학연 협력의 중심에서 그 역할과 소임을 다하고 있다.

이날 행사는 ‘소부장 국산화, 우리 손으로!’라는 주제로, 유튜브 온라인 생중계로 진행됐으며 행사의 개요는 △개회 및 일정 소개 △대국민 소부장 공모전 작품 발표(엠블럼 및 캘리그라피 부문 시상) △이정환 원장 인사말 △연구성과발표(소부장 자립화 연구성과) △폐회 및 정리 순으로 구성됐다.

재료연 이정환 원장은 인사말을 통해 "재료연은 소재종합연구기관의 역할과 소임을 다하고자 소부장 전반에 R&D 관련 노력 등 최선을 다하고 있다"며 "재료연의 소부장 연구성과는 핵심플랫폼 마련에 커다란 기틀이 될 것이며 사명과 역할을 다시한번 되새겨 국민의 삶의 질 개선에 보탬이 되겠다"고 전했다. 

연구성과 발표는 소재, 부품, 장비 순으로 각 1개의 주제씩 진행됐다. 한병동 책임연구원의 △전기차 배터리 열관리용 방열 세라믹 신소재 개발, 박찬희 책임연구원의 △대형 1m급 타이타늄 (Ti) 합금 블레이드 제조기술 국산화, 정성훈 선임연구원의 △선형이온빔 표면처리 장비 및 소재 표면처리 기술개발을 소개했다.

▲ 대형타이타늄 합급 블레이드 제조기술 국산화 발표를 맡은 박찬희 책임연구원이 내용을 전하고 있다.

우선 부품 분야에서는 대형 1m급 타이타늄 (Ti) 합금 블레이드 제조기술 국산화를 다뤘다. 발전터빈의 대용량 고효율화를 위해서는 증기 및 연소온도와 압력 증가의 필요가 있다. 이를 위해서 발전터빈 블레이드의 대형화가 우선적으로 요구된다.

현재 기업에서 요구되는 스팀터빈 최후단 블레이드(LSB, Last Stage Blade)의 길이는 약 40인치 이상이다. 국내외 발전터빈 업체는 대형 블레이드의 무게 절감 및 효율향상을 위해 기존의 Fe-Cr 합금에서 고강도 타이타늄(Ti) 합금으로 대체를 추진 중이다.

▲ 재료연이 개발한 발전터빈용 대형 타이타늄 합금 블레이드 사진

그러나 타이타늄 합급 사용급증 대비, 국내 발전업체의 기술 및 인프라는 매우 부족해 발전터빈용 타이타늄 블레이드를 전량 수입에 의존하는 실정이었다. 이에 재료연은 국내 기업과 협업을 통해 상용합급 대비 인장강도가 13% 높고 충격에 강한 국산 대형 1m급 타이타늄 합금 블레이드 제조생산에 성공했다.

재료연은 대형 타이타늄 블레이드 제조기술을 기업체에 기술이전하고 잉곳→빌렛→형단조→후열처리→가공에 이르기까지 발전용 타이타늄(Ti) 블레이드 국산화를 위한 제조 밸류체인(Value-Chain)을 완성했다.

박찬희 타이타늄 연구실장은 이날 발표를 통해 “고강도 타이타늄(Ti) 합금의 부품 대형화 기술은 향후 선박·산업용 극저온 탱크, 항공·우주 부품 등 대형 타이타늄(Ti) 부품 제조산업 전반에 걸쳐 큰 파급효과를 기대할 수 있다”고 전했다.

▲ 정성훈 선임연구원이 선형이온빔 표면처리 장비 및 소재 표면처리 기술개발을 발표했다.

장비분야에서는 △선형이온빔 표면처리 장비 및 소재 표면처리 기술개발을 발표했다. 기존 표면처리 방식은 주로 유기용매를 활용해 정화시설 설치가 필수이며, 유출 시 환경오염에 대한 우려가 있었다.

이에 비해 선형이온빔 장비는 아르곤과 산소 등 유해하지않은 가스를 활용하며, 넓은 폭의 표면처리가 가능하다는 장점이 있다. 선형이온빔 장비는 아르곤, 산소 등의 가스를 높은 전압을 이용, 이온화 시킨 후 이를 방출하는 기술이다.

▲ 재료연이 개발한 선형이온빔 표면처리 장비 내부 구조도

재료연은 이를 금속 강판의 고아폭 표면처리에 적합하게 맞춰, 1500mm폭의 선형이온빔 장비를 개발, 지난 2012년 국가연구개발 우수성과에도 선정된 바 있다. 이후 섬세한 표면처리가 요구되는 현재의 트렌드에 맞게 심화개발, 수십 마이크로미터 두께 필터 섬유의 비손상 표면처리가 가능한 선형이온빔 장비기술을 개발했다.

원천기술 및 이를 활용한 다양한 응용기술은 기술이전을 통해 다양한 산업에 적용중이다. 세라믹·금속·고분자 등 이종소재간 밀착력을 향상시키는 기술은 △방열판 △FCCL(Flexible Copper Clad Laminate, 연성동박적층판) 등에 주로 사용된다. 또 △방역용 항균 및 항바이러스 필터소재 △자동차 부품용 고경도 박막 △디스플레이요 저반사필름 등에 활용된다.

재료연 이정환 원장은 이에 대해 “선형이온빔소스 장비는 초고주파용 안테나, 경량 운송기기, 생체 임플란트 접합 등 다양한 산업에 커다란 파급효과를 가져올 수 있다”며 “향후 표면처리 산업의 친환경화, 첨단화에 기여가 기대된다”고 밝혔다.