▲ (左부터)재료연 김성웅 책임연구원, 나영상 극한재료연구소장, 김승언 책임연구원이 개발한 가스터빈용 950℃ 이상급 TiAl 소재 기술이 ‘세계 1등 기술’로 선정됐다.

한국재료연구원(KIMS)이 항공우주용 차세대 경량 소재인 ‘가스터빈용 950℃ 이상급 타이타늄 알루미나이드(TiAl) 소재 기술’을 기관 대표 기술 인증인 ‘2025년 세계 1등 기술’이름을 올렸다. 기존 TiAl 합금의 내열 한계를 뛰어넘은 세계 최고 수준의 초고온 경량 내열 소재로, 미래 항공우주 분야 핵심 소재로 주목받고 있다.

한국재료연구원(원장 최철진)은 극한재료연구소 김성웅 박사 연구팀이 개발한 ‘가스터빈용 950℃ 이상급 TiAl 소재 기술’이 2025년 KIMS ‘세계 1등 기술’로 최종 선정됐다고 19일 밝혔다.

‘세계 1등 기술’은 KIMS가 보유한 세계 최고 수준 또는 세계 최초 원천기술에 부여되는 인증으로, 특허 확보와 기술이전·산업 활용 실적, 공개 검증 등 엄격한 심사를 거쳐 선정된다.

이번에 선정된 기술의 핵심은 950℃ 초고온 환경에서도 강도와 내구성을 유지하는 차세대 경량 내열 TiAl 합금이다. 기존 TiAl 합금이 약 750~800℃ 수준에서 성능 한계를 보였던 것과 비교하면 내열성을 약 150℃ 이상 끌어올린 셈이다.

최근 항공우주 산업은 연료 효율 향상과 탄소배출 저감을 위해 엔진의 고효율·경량화 요구가 높아지고 있다. 현재 항공엔진에는 주로 니켈(Ni) 기반 초내열합금이 적용되지만, 무게 부담이 크고 고온 성능 한계가 지적돼 왔다. 이에 비해 TiAl 합금은 가벼워 차세대 대체 소재로 주목받았지만, 900℃ 이상에서는 미세조직 붕괴로 성능이 급격히 저하되는 문제가 있었다.

KIMS 연구팀은 이를 해결하기 위해 나이오븀(Nb), 텅스텐(W), 규소(Si), 탄소(C) 등 특수 원소를 조합한 신규 합금 설계를 적용했다. Nb와 W는 고온 확산을 억제해 조직 안정성을 높였고, Si와 C는 계면 이동과 조직 조대화를 막아 초고온에서도 층상 미세조직이 유지되도록 했다.

제조 공정 혁신도 눈길을 끈다. 연구팀은 진공 용해와 정밀 주조 공정을 기반으로 합금을 제작한 뒤 단 한 번의 열처리만으로 조직 균일화에 성공했다. 이를 통해 950℃ 환경에서도 인장강도, 크리프 수명, 피로 특성을 동시에 확보했으며, 고온 산화 환경에서도 안정적인 보호 산화층을 형성해 내산화 성능까지 구현했다.

기술 활용 범위도 넓다. 항공기 저압터빈(LPT) 블레이드, 발전용 가스터빈 블레이드, 극초음속 비행체, 재사용 우주비행체 등 초고온·경량 특성이 필요한 미래 항공우주 분야 전반에 적용 가능하다. 특히 미국과 유럽 중심의 항공우주 소재 시장에서 국내 독자 기술 확보라는 점에서 의미가 크다.

김성웅 책임연구원은 “항공엔진과 우주발사체 추진기관 분야에서 요구되는 초고온·경량 특성을 동시에 확보한 차세대 소재 기술”이라며 “향후 미래 항공우주 산업의 핵심 소재로 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편, 세계 1등 기술은 2012년부터 추진됐으며, 현재까지 총 14개 기술이 선정됐다. KIMS는 세계 1등 기술 선정을 통해 도전적인 연구 문화를 조성하고, 창의적인 소재 원천기술 개발을 통해 미래 성장산업 창출과 산업 경쟁력 강화에 기여하고 있다.