(왼쪽부터) 김정기·설재복·성효경 교수, 정종현 석사과정생 (사진=경상국립대 제공)

경상국립대학교(GNU) 공과대학 나노신소재융합공학과 K-금속센터(김정기·설재복·성효경 교수)는 적층제조 공정으로 금속 기지 내 준안정상을 제어해 구조재료의 기계적 특성 향상을 구현하는 데 성공했다.

이번 연구는 포항공과대학교 김형섭 교수, 한국과학기술원 손훈 교수, 한국재료연구원 이동준 박사 연구팀과 공동으로 수행됐다.

기존 스테인리스강 내에 존재하는 준안정상은 일반적으로 소재 기계적 특성에 악영향을 미친다고 알려져 있으나, 이번 연구에서는 적층제조 중 공정변수 변화 및 냉각속도 제어를 통해 준안정상의 크기를 나노 스케일로 제어해 강도와 연성을 동시에 향상하는 접근법을 개발했다.

이번 연구는 경상국립대학교 나노신소재융합공학과 소속 정종현 석사과정(지도교수 김정기) 학생을 포함, 11명의 적층제조 및 소재 분야 전문가가 참여해 2020년부터 연구해온 결과다.

연구결과는 공학(제조) 분야 1위 저널인 ‘적층제조(Additive Manufacturing)’(IF=10.998, JCR 상위 1%) 2021년 11월호에 등재됐다. 제목은 ‘직접 에너지 증착 처리된 304L 오스테나이트 스테인리스강의 준안정 δ-페라이트 및 쌍정 유기 변형이 가공경화에 미치는 영향(Metastable δ-ferrite and twinning-induced plasticity on the strain hardening behavior of directed energy deposition-processed 304L austenitic stainless steel)’이다.

연구를 주도한 김정기 교수는 “이번 연구는 기존 금속 소재에서 활용이 까다로운 준안정상을 금속 3D 프린팅 공정을 활용해 나노 스케일의 준안정상으로 분산하는 방식으로, 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 새로운 접근법을 제시한 데 큰 의미가 있다. 앞으로 초극저온/고강도 환경하에 노출되는 극한 구조재료의 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단이 주관하는 기초연구실지원사업 및 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐다.