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TiAl기 단조합금의 개발현황과 전망

전문가 제언: ○ 티타늄이 본격적으로 사용되기 시작한 역사는 50여년에 불과하나 내식성, 비강도, 생체적합성, 형상기억성 등 여러 가지 특성이 우수하여 현재는 자동차, 우주항공, 화학공업, 생체의료 등 여러 산업분야에서 구조용 또는 기능용 기초소재로 사용되고 있다. 특히 최근의 CO2 배출삭감이나 에너지 절약 문제와 관련하여 자동차나 항공기의 연비절감에 기여하는 엔진 부품용 내열재료로서 TiAl기 합금이 주목되고 있다.

○ 자동차 터보차져의 터빈블레이드나 흡배기용 밸브에는 TiAl기 합금이 이미 실용되고 있다. 항공기 제트엔진의 고온용 구조재료에는 Ni기 초합금(super alloy)이 사용되어 왔으나 700~900℃범위에서는 비중이 Ni합금의 1/2에 불과한 TiAl합금이 Ni에 대체하는 재료로서 주목되어 보잉787기와 보잉747기에 탑재되는 신형 제트엔진의 저압터빈 날개에 TiAl합금이 적용되고 있다.

○ TiAl기 합금은 Ni기 합금에서와 같이 금속간화합물상을 이용한 합금으로서 TiAl(γ상)과 약 10%의 Ti3Al(α3상)이 층상조직을 형성하고 있다. 따라서 외력에 대하여 층상조직의 계면이 수직한 결정립에서 균열이 발생하여 취화하는 문제가 있다. 이의 개선을 위하여 TiB를 응고핵으로 이용하여 각각의 층상계면을 한 방향으로 성장시키는 일방향응고법이 개발되어 750℃이하에 사용되는 Ni기 합금을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

○ 최근 유럽과 미국에서는 자동차 엔진밸브, 터보차져, 발전소의 터빈 블레이드 등에 이용을 목적으로 TiAl기 단조합금에 대한 연구가 활발하다. 본고에서도 단조합금의 조직제어의 원리를 Ti-Al-V계 합금과 Ti-Al-Nb-C계 합금에 적용하여 이의 유용성을 제시하고 있다. 국내에서는 Ti합금의 정밀주조, 소성가공, 용접법 등에 대한 연구는 있으나 내열합금에 대한 연구는 보고되지 않고 있다. TiAl기 내열합금은 자동차와 항공기의 엔진부품, 발전플랜트의 터빈블레이드 등 에너지용 재료로서 중요하므로 이 분야의 국내 연구가 요망된다.

저자: Masao Takeyama
자료유형: 학술정보