코팅 시장 기존 특성향상·패러다임 변화,

미래 코팅 에너지 자원·환경 화두 전망

해외 선진국 트라이볼로지 연구개발, 차세대車·내연기관 향상

전기·수소車 개발 경쟁 가속화, 신규 트라이볼로지 연구 진행

■극저온 코팅기술

3. 산업 및 시장 동향

3.2 해외 동향

(1)시장규모 및 전망

최근 자원과 에너지 그리고 환경문제가 화두로 떠오르면서 건식코팅에서도 이러한 이슈에 대응하기 위한 노력이 진행되고 있다. 친환경 건식코팅 공정 관련 연구 활동이 증가추세에 있으며, 특히 휴대폰 등의 모바일 기기와 디스플레이 산업의 빠른 기술개발 속도 및 실용화와 더불어 건식코팅에서도 이에 대응하기 위한 신기술이 속속 등장하고 있다.

이와 함께 전체 코팅 시장도 기존 특성향상과 함께 디자인 중심 및 소비자 성향에 대응하는 전략으로 패러다임이 변화되고 있다. 코팅 또는 표면 개질을 통해 구현되는 표면소재는 크게 구조표면소재와 기능표면소재로 구분되는데 구조표면소재의 경우 지속 가능 여부와 친환경 그리고 에너지 저감 공정기술이 이슈화되고 있고, 지속 가능한 새로운 패러다임의 소재를 개발하기 위한 경쟁이 치열한 상태이다.

건식 공정에서 단일 증발 기술로는 박막에 부여하는 기능의 한계가 존재함에 따라 하이브리드 코팅 공정과 다원 및 다층 코팅 공정, 피브이디(PVD, physical vapor deposition)와 씨브이디(CVD, chemical vapor deposition)가 결합된 복합 공정에 대한 연구를 통해 고기능성 박막 증착 연구를 수행 중에 있다.

게다가 개발도상국의 급격한 산업화로 원료 및 소재확보를 위한 경쟁이 치열하며, 자동차 부품을 중심으로 건식코팅 소재에 대한 원가 저감 요구가 높아지고 있어 코팅 소스의 광폭 및 고속화를 통한 원가 절감 연구가 수행되고 있다.

미래의 코팅은 에너지 자원 그리고 환경을 화두로 연구개발이 진행될 것이며, 건식코팅에서는 나노 복합 구조막 관련 연구를 필두로 자연모사를 통한 기능성 코팅 그리고 맞춤형 구조제어가 가능한 엔지니어드 스트럭처(engineered structure)를 구현하는 연구가 진행될 것으로 전망된다. 진공기술과 함께 고속 대면적 증발원의 개발 및 자동차용 구동 부품에서의 고온내구성과 고경도, 저마찰을 동시에 구현하는 트라이볼로지 코팅인 ta-C 코팅기술을 통한 연비 향상 기술도 실용화될 것으로 예상된다.

2) 기업 및 연구기관 현황

해외 선진국은 최근 이슈가 되고 있는 차세대 자동차(전기 및 수소자동차 등) 부품뿐만 아니라 기존 내연기관(전통 뿌리기술)의 연비 향상 및 소재의 내구성, 효율 향상을 위해 국가기반 트라이볼로지 연구센터를 통한 연구개발 및 산업계 적용에 주력하고 있다.

미국의 경우 손상기구해석, 코팅기술을 비롯해 약 8개 분야에서 약 60여 개의 정부기관 대학, 연구소, 기업 간 유기적인 연구가 수행되고 있다. 최근에는 아르곤국립연구소(Argonne National Laboratory), 트라이볼로지&기계부품지소(NASA글렌연구센터)(Tribology & Mechanical Components Branch(NASA Glenn Research Center)), 사우스이스트리서치인스티튜트 내 트라이볼로지 연구 평가 그룹(Southwest Research Institute-Tribology Research and Evaluations Group)을 중심으로 각 산업 분야별(기계, 조선, 우주항공) 트라이볼로지 코팅, 설계공학(design engineering), 해석 연구를 수행하고 있다.

영국의 경우 1966년 기계 엔지니어 피터 조스트(Peter Jost)의 보고서 발표 이후, 경제적 효과의 가시화로 마찰, 마모, 윤활기술에 대한 지원 필요성이 국가적 차원에서 대두되어 국립 트라이볼로지 센터가 설립되었으며, 이어 리슬리(Risley), 리즈(Leed), 스완지(Swansea) 등에서 센터가 설립되어 국가 주도하에 운용되고 있다.

독일에서는 1985년에 트라이볼로지 국립센터가 최초로 설립되었으며, 프라운호퍼 연구소(Fraunhofer-Gesellshaft)를 중심으로 산업 전반적으로 트라이볼로지 코팅, 시스템, 분석 연구가 수행되고 있다.

특히, 진공 시스템, 전원장치 및 코팅공정기술과 관련하여 산업체 간 협력연구가 매우 활발하며 전원장치 메이커에서 제작한 신규 장치에 대한 기초시험 및 공정 특성 검증을 산업체 1:1 위탁연구를 통해 신기술, 기술 애로사항 및 생산공정 개발을 진행하고 있다. 아울러, 프라운호퍼 연구소의 이름을 공정장비에 함께 사용하여 공신력과 신뢰성 및 제품에 대한 기능성을 함께 홍보하고 있다.

▲ 독일 프라운호퍼 연구소 PVD 코팅 현황

프랑스는 국립과학연구센터(National Center for Scientific Research, CNRS), 캐나다는 국가연구위원회(National Research Council(NRC))의 메캐니컬 컴포넌츠 앤 트라이볼로지(Mechanical Components and Tribology(MC·T))에서 트라이볼로지 코팅 및 트라이볼로지 해석 업무가 수행되고 있다.

일본은 도쿄대학교(The University of Tokyo), 나고야대학교(Nagoya University) 등 국립대학과 산업기술종합연구소(AIST)를 중심으로 고경도 저마찰 연구가 수행되고 있으며, 자동차 및 기계산업 분야에서 트라이볼로지 기술의 산업화 및 양산화 기술이 독보적인 위치에 있다.

최근에는 전 세계적으로 차세대 이동수단으로 주목받고 있는 전기자동차 및 수소자동차 개발 경쟁이 가속화됨에 따라 기존 금속 소재에서 벗어나, 카본 복합소재와 플라스틱 소재로 대체되고 있고, 이에 신규 트라이볼로지 분야에 대한 연구가 북유럽을 중심으로 진행되고 있다.

미국, 유럽, 중국에서는 스페이스 및 진공 트라이볼로지 연구가 진행되고 있으며, 윤활 상태 및 무윤활 상태에서의 마찰·마모특성 개선과 관련하여 연구중으로, MoS2의 박막을 대체해 DLC(Si-DLC) 등의 연구 결과가 발표되고 있다.

싱가포르 과학기술청(Agency for Science, Technology And Research, ASTAR) 산하의 고성능전산연구소는 나노 크기의 마찰을 원자 수준으로 시물레이션해 기존 트라이볼로지막을 보호하고 무윤활을 위한 시스템 디자인 기술을 개발하고 있다.

또한, 싱가포르 난양공과대학교(Nanyang Technological University, NTU)에서 출발한 기초연구 스퍼터링 및 아크 하이브리드 장비 및 공정기술은 현재 난양공대의 스타트업 기업이었던 나노필름(NanoFilm(NTI))으로 핵심 원천기술 모두가 이전됐고, 나노필름은 장비 판매 및 자동차 부품, 휴대폰 등 산업 전반에 걸친 저마찰 내구성 코팅 공정서비스를 아시아를 중심으로 활발하게 제공하고 있다.

또한, 단순 구조제어 및 코팅 외 상태 모니터링(condition monitoring) 기술 개발이 수행되고 있으며, 이를 통해 기계 및 장치류의 동작 기능을 계속적 또는 주기적으로 관찰하여 운전이나 작동에 결정적 영향을 미치는 파손을 미연에 예방조치 함으로써 생산량 손실을 줄이고 보수 유지비를 절감하며 장비의 가동률을 높이는 연구를 수행하고 있다.

▲ 싱가포르 NanoFilm(NTI) 현황(자료 : http://www.nti-nanofilm.com/materials)