KIMS, 950℃ 초고온 TiAl 소재 개발…‘세계 1등 기술’ 선정

한국재료연구원(KIMS, 원장 최철진) 극한재료연구소 김성웅 박사 연구팀이 개발한 950℃ 이상급 타이타늄 알루미나이드(TiAl) 소재 기술이 ‘2025 세계 1등 기술’로 선정됐다. 항공엔진과 우주발사체 등에 적용 가능한 초고온·경량 소재 기술로, 기존 니켈(Ni) 기반 초내열합금을 대체할 차세대 소재로 주목된다.

‘세계 1등 기술’은 KIMS가 보유한 세계 최고 수준 또는 세계 최초 원천기술을 대상으로 선정하는 제도다. 국내외 특허 확보와 기술이전·산업 활용 실적 등을 기반으로 공개검증을 포함한 총 4차례 이상의 심사를 거쳐 선정된다.

이번에 선정된 기술은 950℃ 초고온 환경에서도 강도와 내구성을 안정적으로 유지할 수 있는 차세대 경량 내열 TiAl 합금 기술이다. 기존 TiAl 합금이 약 750~800℃ 수준에서 성능 유지에 한계를 보였던 것과 비교해 내열 성능을 약 150℃ 이상 끌어올렸다.

TiAl 합금은 타이타늄(Ti)과 알루미늄(Al)을 기반으로 한 경량 소재로, 기존 Ni계 초내열합금 대비 가벼워 항공엔진 경량화에 유리하다. 다만 기존에는 900℃ 이상의 초고온 환경에서 미세조직 안정성이 급격히 저하되는 문제가 있었다.

연구팀은 나이오븀(Nb)과 텅스텐(W)을 활용해 고온 확산을 억제하고, 규소(Si)와 탄소(C)를 적용해 조직 조대화와 계면 이동을 억제하는 방식으로 초고온에서도 안정적인 층상 미세조직을 유지할 수 있는 새로운 합금을 개발했다.

또한 진공 용해 및 정밀 주조 공정을 기반으로 합금을 제조한 뒤 단 한 번의 열처리 공정만으로 조직 내부를 균일하게 제어하는 데 성공했다. 이를 통해 950℃ 환경에서도 우수한 인장강도와 크리프 수명, 피로 특성, 내산화 특성을 동시에 확보했다.

이번 기술은 항공기 저압터빈(LPT) 블레이드와 발전용 가스터빈 블레이드, 극초음속 비행체, 재사용 우주비행체 부품 등 초고온·경량 특성이 요구되는 미래 항공우주 분야에 폭넓게 활용될 전망이다.

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

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