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TiAl합금의 실용화 현상과 장래 전망

전문가 제언: ○ 1945년 이후 일메나이트, 루타일 광석을 염화물로 제조한 후 Mg환원으로 스펀지 금속이 개발되어 항공기 선박 등 군사용으로 개발된 이래 Ti의 화학적, 기계적 특성이 우수하고, 비중이 철의 약1/2 정도의 경금속이고 융점이 높은 특성을 이용하여 민수용 구조재, 파이프, 볼트, 항공기 및 자동차 엔진 부품 등의 용도가 확대되고 있다. 본고는 비강도가 높은 경량내열재료인 TiAl합금의 제조기술과 실용화상황에 대한 기술로써 우리나라의 항공기, 자동차 부품 경량화에 필요한 기술이다.

○ 세계 민간 항공기는 17,704기에서 2020년 후에는 37,900기로 예측하고 있다. Rolls Royce, GE 사의 쌍발 엔진 항공기의 동체를 Al합금 대신 CFRP로 50% 대체하여 사용하던 중에 CFRP와 접촉하는 Al 합금은 전지작용부식과 열팽창률 차이가 문제가 있어서 Ti합금으로 데체한 Ti 합금 사용량이 증가하고 있으며 항공기의 연비는 20%향상되었다. 자동차용으로도 TiAl합금으로 터빈 휠이 사용되고 있다.

○ Ti 합금이 600℃이하의 금속재료 중에서 비강도가 높고, 내식성이 있기 때문에 기체 각 부분에 Ti-6Al-4V 합금이 많이 사용되고 약 300℃ 이하의 사용처에 요구되는 성능에 맞도록 합금의 조직을 가공. 열처리에 의해 조정한다. 항공기동체용 TiAl합금은 80～90%가 Ti-6Al-4V 합금이다. 항공기 엔진의 저압터빈블레이드는 Ti-48Al-2Cr-2Nb등이 사용되고 Ti-6Al-4V의 주조품은 팬 케이스, 블레이드 등으로 사용된다. TiAl합금은 Ni기초합금인 인코넬713C 합금 대용으로 확대될 것으로 기대된다.

○ Ti합금을 항공기나 자동차에 사용하는 이유는 철강 대용 경량화, 상용 온도에 대한 내열성, 내식성과 CFRP와의 결합 적합성 등이 요구되는 곳에 사용된다. 우리나라도 재료연구소, 대학 등에서 단조, 접합 가공 등의 연구를 하고 있고, 오리엔트메탈, 서울티타늄 등에서 Ti합금의 단조, 접합 및 가공품 등이 생산 되고 있다, Ti은 수입하여 합금화하거나 합금을 수입하기도 한다. Ti 제련실험은 오래전에 완료하였으나 아직 실용화 되고 있지 않는 것 같다. 장래 항공기와 자동차의 고급화를 위하여 산학연 협동으로 티타늄합금기술의 육성을 제언한다.

저자: TETSUI Toshimitsu
자료유형: 학술정보