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저렴하고 성능 좋은 티타늄 합금



(Using Atom Probe Tomography, researchers are able to create an 'atomic map' of the arrangement of various atoms in this titanium alloy. Credit: Pacific Northwest National Laboraotry)


 티타늄은 철보다 훨씬 가볍고 단단한 합금을 만들 수 있으며 동시에 알루미늄과는 달리 열에 대한 내성이 우수한 합금을 제조할 수 있습니다. 그리고 바닷물 등에 대한 부식성이 매우 강한 금속입니다. 이런 유용한 특징에도 불구하고 제조 단가가 높다는 단점 때문에 비싸서 널리 사용되지는 못하고 있습니다. 


 만약 저렴하고 성능 좋은 티타늄 합금을 제조할 수 있는 기술이 개발된다면, 여러 분야에서 널리 응용될 수 있을 것입니다. 아직은 미래의 일이지만, 미 에너지부 산하의 태평양 북서 국립 연구소(Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory, PNNL)의 과학자들이 그 획기적인 돌파구를 열었다고 저널 Nature Communications에 발표했습니다.


 반세기 전 금속학자들은 비싼 티타늄에 상대적으로 저렴한 철, 알루미늄, 바나듐 등을 섞어 Ti185 라는 합금을 만들었습니다. 이 합금은 단단하기는 했지만, 한 가지 큰 문제가 있었다고 합니다. 철 같은 금속이 잘 섞이지 않고 베타 얼룩 (beta fleck)이라는 결함을 만들었던 것입니다. 따라서 상업적인 대량 생산은 어려웠습니다. 


 PNNL의 과학자들은 이를 극복할 새로운 기술을 개발했습니다. 녹은 티타늄 대신 수소화티타늄 (titanium hydride) 파우더를 이용해서 합금을 제조하는 것으로 여기에 열처리를 적절히 가미하면 티타늄 합금의 원자들을 개념도처럼 적절하게 혼합해서 단단하고 가벼운 티타늄 합금을 비교적 저렴한 가격으로 양산할 수 있다는 것입니다.



 (동영상) 


 물론 실제로 상업적인 양산이 가능한지는 두고봐야 알겠지만, 연구팀에 의하면 이 새로운 티타늄 합금은 이전의 합금보다 제조가 쉽고 더 단단하며 높은 열과 압력에 잘 견딘다고 합니다. 그렇다면 항공 산업은 물론 자동차 등 여러 분야에서 널리 이용될 가능성이 있습니다. 철이나 알루미늄 합금보다 좀 더 비싸더라도 더 우수한 특징이 있으니 가격만 적당하다면 사용될 장소는 어디에나 있습니다. 


 과연 가까운 미래에 저렴하고 성능 좋은 티타늄 합금 제품을 자주 보게 될 수 있을지 미래가 궁금하네요.  


 참고 


 Arun Devaraj et al. A low-cost hierarchical nanostructured beta-titanium alloy with high strength, Nature Communications (2016). DOI: 10.1038/NCOMMS11176 

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