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자동차 머플러, 열교환기 및 연료전지용 Ti합금의 개발

전문가 제언: ○ TiCl4를 Mg로 환원하여 스폰지 Ti를 제조하는 Kroll법이 1948년에 개발된 이 래 Ti재료는 우주항공 분야를 위시한 군사용 기기에 주로 이용되어 왔다. 그러나 오늘날에는 Ti가 갖는 경량성, 내식성, 고비강도, 생체적합성 등의 특성을 활용하여 화학장치, 자동차 부품, 스포츠용품, 의료용 등과 같은 일반 산업용 용도에도 Ti전신재의 38%가 사용되고 있다.

○ Ti는 제련비용과 가공비용이 많이 드는 것이 결점이다. 따라서 가공성의 개선을 비롯하여 강도?연성?인성의 균형이 우수한 Ti합금이 많이 개발되어 왔으며 그 대표적인 것이 α+β형인 Ti-6Al-4V합금이다. 또 자동차 부품용으로는 β형 합금인 Ti-1.5Al-6.8Mo-4.5Fe합금이 개발되어 서스펜션 스프링 코일에 적용되고 있다.

○ 최근 자동차의 연비향상의 관점에서 경량성이 우수한 Ti재료의 적용이 시도되고 있다. 본고에서는 자동차 머플러용으로 내열성이 우수한 Ti-0.5Al-0.45Si-0.2Nb 합금과 저가형 Ti-0.5Al-0.35Si 합금의 개발을 소개하고 있다. 그러나 자동차의 배기계통 부품으로는 고온에서 열피로특성과 내산화성이 우수한 페라이트계나 오스테나이트계 스테인리스강이 개발되어 사용되고 있으므로 이를 Ti 합금으로 대체하는 데에는 저가격화가 관건이 될 것이다.

○ 본고에서 새로운 용도로 제안하고 있는 플레이트식 열교환기와 OTEC시스템의 증발기에 대한 Ti재료의 적용에는 표면을 凹凸형으로 가공할 수 있는 성형성 문제와 가격적인 문제가 해결되어야 할 것이다. 또 연료전지의 부식환경을 고려하면 내산성이 우수한 Ti재료는 세퍼레이터용으로 적합하나 이러한 용도로는 스테인리스 박판이 개발되어 있어 성능과 가격 면에서의 경합이 예상된다.

○ Ti재료는 특성과 기능성에서 많은 장점이 있으나 용도 확대에는 가격적인 면이 극복되어야 할 것이다. 저가격화의 방안으로서 스폰지 Ti의 용해?정련기술, Ti스크랩의 리사이클링기술, 고성형성 합금 개발 등에 관한 연구개발이 필요하다.

저자: Hideo Oyama
자료유형: 학술정보