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[랩큐멘터리]철강재료 특성 결정하는 미세조직의 세계 밝힌다

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[랩큐멘터리]철강재료 특성 결정하는 미세조직의 세계 밝힌다

2021.07.28 14:14
포스텍 합금설계실험실
 

생명체에선 세포가 모여 조직을 이루고, 조직이 만나 기관을 만든다. 서로 다른 기관들이 모여 결국 살아있는 생물체를 이룬다. 철강재료 또한 마찬가지다. 하나의 생물체와 같아 미크론(μ∙100만분의 1미터) 크기의 미세조직들이 모여 철강재료가 된다. 생물체에서 세포 조직의 특성이 생물체의 특성을 결정하듯, 철강재료에서 미세조직의 특성이 철강재료의 특성을 결정한다. 하지만 이런 원리만 파악하고 있을 뿐 미세조직의 특성이 실제 철강재료의 특성을 어떻게 결정하는지는 아직 베일에 싸여 있다. 

 

허윤욱 포스텍 철강에너지소재대학원 교수가 이끄는 ‘합금설계실험실’은 철강재료의 미세조직과 기계적 특성 간의 연결고리를 찾는다. 고전압의 전자빔을 물질에 투과시켜 내부 구조를 수십만 배 이상 확대해 관찰할 수 있는 첨단 장비인 투과전자현미경을 활용해 철강재료 내부 구조를 샅샅이 살핀다. 이를 통해 최종적으로 합금설계와 열처리 공정제어 관련 솔루션을 내놓는 게 목표다.  

 

 허윤욱 포스텍 철강에너지소재대학원 교수
허윤욱 포스텍 철강에너지소재대학원 교수

허 교수는 “전자현미경의 기술 발전으로 철강재료의 원자 단위까지 살펴볼 수 있게 되면서 매우 미세한 구조까지 추적하게 됐다”며 “이는 철강재료에 대한 연구에서 엄청난 혁명적 성과를 거둘 수 있는 밑받침이 됐다”고 말했다.  연구실은 매년 논문을 쏟아내고 있다. ‘재료학적 특성’과 ‘국제가소성저널’ 등 국제학술지에 꾸준히 철강재료를 분석한 내용을 담은 논문을 공개했다. 지난해 7개 논문, 올해는 상반기에만 6개 논문을 발표했다. 

 

발표논문 숫자가 쌓일수록 노하우도 쌓이고 있다. 허 교수는 “미세조직 분석을 통한 재료의 결함 원인을 원자단위영역에서 미크론 영역까지 파악하는 데 노하우를 가지고 있다”며 “새로운 합금개발을 미세조직설계에서부터 시작할 수 있는 기반이 될 것”이라고 말했다.

 

연구실은 투과전자현미경을 활용해 철강재료 내부 구조를 샅샅이 살피고 이를 토대로한 합금설계와 열처리 공정 제어 연구를 진행하고 있다.  

허 교수는 아직 밝혀야 할 철강재료의 비밀이 산더미라고 설명한다. 가령 건물 건설에 쓰이는 철강재료는 어느 정도의 강도와 재료의 질김을 뜻하는 인성을 가져야 튼튼하게 건물을 지탱한다. 하지만 강도와 인성을 양립하는 성질로 고강도와 고인성 성질을 동시에 가지는 게 쉽지 않다. 전체재료의 물리적 특성을 나노미터 크기의 석출상과 원자단위의 불순물 편석이 지배하는 취성파괴 현상도 미스터리다. 허 교수는 “철강재료의 비밀을 풀어 이를 토대한 합금설계와 열처리 공정 제어 솔루션을 제공하겠다”고 강조했다. 

 

▼포스텍 합금설계연구실 보기 

 

 

 

※대학 연구실은 인류의 미래에 어떤 일들이 펼쳐질지 엿볼 수 있는 창문입니다. 인류 지식의 지평을 넓히는 연구부터 실제 인간의 삶을 편하게 하는 기술 개발까지 다양한 모험과 도전이 펼쳐지고 있습니다.  오늘도 연구실마다 교수와 연구원, 학생들이 머리를 맞대고 열정을 펼치고 있습니다.  연구자 한 명 한 명은 모두 하나하나의 학문입니다. 동아사이언스는 210개에 이르는 연구실을 보유한 포스텍과 함께 누구나 쉽게 연구를 이해할 수 있도록 2분 분량의 연구실 다큐멘터리, 랩큐멘터리를 매주 수요일 소개합니다.

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