“안전성·경제성 높인다”…원심주조 활용 다공성 동 제조 기술 소개

제49회 동기술연구조합 기술강연회에서 마지막 발표자로 나선 국립공주대학교 신소재공학부 이지운 부교수는 ‘일방향 기공의 다공성 동 제조방법’을 주제로 원심주조 기반 로터스형 다공성 동 제조 기술을 소개했다.

수소와 아르곤 혼합 분위기에서 용융 동을 응고시키는 과정에서 일방향 기공이 형성되는 원리를 설명하며 기존 고압 분위기 기반 제조 방식의 안전성과 경제성 문제를 개선하기 위해 원심력을 활용한 새로운 제조 공정을 제안했다고 밝혔다.

이지운 부교수는 기존 로터스형 다공성 금속 제조 방식이 고압 수소 분위기를 필요로 해 설비 부담과 안전성 문제가 있었다며 원심주조 기반 공정은 1기압 수준의 비교적 낮은 수소 분위기에서도 다공성 동 제조가 가능해 보다 안전하고 경제적인 제조 방법이라고 설명했다.

발표에서는 순도 99.99%의 동을 사용해 1200℃ 조건에서 용탕을 주입하고 200~1000rpm 범위의 회전 속도 조건에서 일방향 응고를 유도하는 실험 결과가 소개됐다.

실험 결과 회전 반경과 회전 속도가 증가할수록 기공률과 평균 기공 크기가 감소하는 경향이 확인됐다. 발표에서는 원심력 증가에 따라 용탕 내부 압력이 상승하고 이에 따라 기공 내부 부피가 감소하는 메커니즘을 설명하며 보일 법칙을 기반으로 기공 형성 거동을 분석했다.

특히 회전 속도와 반경 변화에 따른 원심 압력과 기공률 변화를 정량적으로 계산한 결과 실험값과 계산값이 양호하게 일치했다고 밝혔다.

또한, 기존 몰드 주조 방식과 비교한 결과 원심주조 공정은 낮은 수소 압력에서도 유사한 수준의 기공 제어가 가능했으며 회전 속도 증가 시 기공 직경과 기공률을 효과적으로 낮출 수 있는 것으로 나타났다.

이 부교수는 향후 Ni·Co·Mn·Si·Sn·P 등이 첨가된 Cu계 합금으로 연구 범위를 확대해 기계적 특성과 기능성을 동시에 향상시키는 방향으로 연구를 진행하고 있다고 설명하며 마무리했다.

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