박준식 한밭대 교수팀, 초고온 내산화·내삭마 코팅 기술 최적화

1500도에서도 안정적인 실리사이드 코팅 설계
우주·군용 발사체 고온 부품 등 상용화 기대

박준식 한밭대 신소재공학과 교수 연구팀./사진제공=한밭대

국립한밭대학교는 최근 박준식 신소재공학과 교수 연구팀이 1500도에서도 안정적인 내산화성과 내삭마 특성을 갖는 실리사이드(Silicide) 코팅 최적화 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

박 교수팀은 초고온 환경에서 사용할 수 있는 하이엔트로피 합금(High Entropy Alloy, 이하 HEA)에 실리사이드 확산 코팅을 적용해 내열성과 산화 저항성을 극대화했다.

특히 기존 니켈(Ni)기 초내열합금보다 고융점의 내화금속을 다량 첨가한 HEA는 고온 구조재로 주목받고 있다. 하지만 내산화성이 낮아 안정적인 코팅 기술이 필요했다.

연구팀은 이를 보완하기 위해 Nb30Mo30Ti20Co20 HEA를 모재로 채택해 다양한 조건에서 실리사이드 확산 코팅을 실험했다. 코팅 두께가 두꺼울수록 내산화성은 향상됐지만, 열응력에 의한 박리와 크랙의 발생 위험도 커졌다. 반면 얇은 코팅층은 산화 저항이 떨어지는 문제가 있었다.

이에 연구진은 응력 분포와 코팅 두께 간 최적 조건을 도출해 1500도 화염 환경에서도 안정적인 코팅층을 구현하는 데 성공했다.

박 교수는 "고온용 부품의 표면 코팅 설계에서 열응력과 산화 저항성 간 균형점을 과학적으로 규명했다"며 "국방·우주 산업의 실용 소재 개발은 물론 상용 고온 부품의 내구성 향상에도 활용될 수 있을 것"이라고 설명했다.

한편 이번 연구에는 교신저자인 박 교수와 제1저자인 오정석 대학원생 외에도 구교진·김정민 교수, 박지니·김선진 대학원생과 조승현 동양미래대 교수 등이 참여했다.

연구 결과는 'Oxidation and thermal stress analysis of silicide-coated Nb30Mo30Ti20Co20 high entropy alloys under high-temperature flame'이라는 제목으로 SCI급 국제학술지 'Materials Today Communications'(IF=3.7, Q2)에 게재됐다.

박준식 한밭대 교수팀의 연구자료 이미지./사진제공=한밭대

권태혁 기자 taehkd@mt.co.kr