경북대 신소재공학부 박성혁 교수팀이 가돌리늄(원소기호 Gd)이 첨가된 마그네슘 신합금의 특이한 변형 특성에 대한 원인을 규명했다.

현재 상용 금속 가운데 가장 가벼운 마그네슘은 전기자동차, 도심항공모빌리티 등 경량화가 요구되는 미래 수송기기 산업의 핵심 소재로 주목받고 있다. 마그네슘합금은 가공 과정에서 결정학적 방위의 일정한 배열로 인해 인장 변형과 압축 변형 사이에서 강도의 차이가 나타나는 소성 이방성을 보인다. 이러한 소성 이방성은 소재의 안정성을 감소시켜 부품의 적용 범위를 제한한다. 최근에는 가돌리늄 첨가를 통해 소성 이방성이 나타나지 않는 새로운 마그네슘합금이 개발되었으나, 이러한 특이한 변형 특성의 명확한 원인은 아직 밝혀지지 않았다.

박 교수팀은 가돌리늄 첨가량을 달리하여 다양한 합금들을 제조한 후, 인장과 압축 변형 과정에서 나타나는 변형 메커니즘을 분석해 특이한 변형 특성의 원인을 규명했다. 연구진은 가돌리늄 첨가량에 따라 결정학적 방위가 변하고 이로 인해 인장과 압축 변형 시 발생하는 4개의 변형 모드의 개별적인 활성화 정도가 변화해 소성 이방성이 감소하는 것을 이론과 실험을 통해 입증했다. 이를 통해 소성 이방성이 나타나지 않는 적정 가돌리늄 함량을 찾아내고, 기존 마그네슘합금과 다른 변형 특성의 근본적인 원인을 밝혀냈다.

박성혁 교수는 “이번 연구를 통해 합금 원소 첨가가 마그네슘의 변형 특성에 미치는 영향과 원인을 상세하게 밝힘으로써 전기차와 미래 모빌리티에 적용할 수 있는 우수한 특성을 가지는 새로운 마그네슘 신소재를 개발할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 JCR 상위 0.6%로 금속재료 분야 1위 학술지인 ‘저널 오브 마그네슘 앤 얼로이즈(Journal of Magnesium and Alloys)’ 8월 3일자에 발표됐다.

방완재 다른기사 보기