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연구성과 사례
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 기술융합으로 풍부해지는 문화콘텐츠, RAoRA 로봇공연플랫폼 개발 |
占쏙옙占쏙옙占� 코팅 한 번에 5가지 기능 부여, ‘다기능성 슈퍼코팅막 기술’ 개발 |
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 경량부품 생산을 위한 '탄소섬유복합재 공정기술'개발 |
#연구책임자 : 동남지역본부 첨단표면공정그룹 박인욱 수석연구원
코팅막 기술은 소재의 성능을 획기적으로 높여 각종 공구부터 자동차, 항공기 부품까지 다양한 산업에 적용된다. 제조 선진국 몇몇 기업이 독점해온 코팅막 기술을 공구에 적용해 실용화 기반을 만드는 프로젝트가 한창이다. 생기원이 절삭공구 제조 전문기업 한국야금㈜와 함께 ‘다기능성 슈퍼코팅막 기술’을 개발해 국산화의 길을 열고 있다.
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다양한 기능을 지닌 차세대 코팅막의 등장
소재의 경도를 높이거나 일부 기능을 개선하는 데 쓰이던 코팅막 기술이 진화하고 있다. 내열성, 내식성, 내산화성 등 여러 가지 특성을 코팅 한 번에 입힐 수 있는 다기능성 슈퍼코팅막이 특히 주목된다. 이 차세대 코팅막 기술은 소재의 한계를 뛰어넘어 부품의 성능을 획기적으로 향상시킨다는 점에서 매력적이다.
코팅 장비시장을 선점한 스위스, 네덜란드의 리딩업체들은 코팅기술 노하우를 독점해 막대한 수익을 거둬들이고 있다. 국내 제조업체들은 코팅막을 바꿀 때마다 코팅 장비의 최적 작동조건을 해외 장비업체에 의뢰하고 기술료를 지불해야하기 때문에 부담이 크다.
“세계 10위 무역국인 우리나라는 아직까지 2차 산업 중심의 제조업 국가입니다. 그런데 첨단 코팅막 기술이 없어 해외 기술력에 의존하다보니 더 많은 부가가치를 창출할 수 있는 기회를 놓치고 있습니다. 공구의 경우 코팅을 해서 성능을 높이면 2~3배 높은 가격을 받을 수 있기 때문입니다.”
첨단표면공정그룹 박인욱 수석연구원이 코팅막 기술 국산화의 필요성을 주장한다.
상용화를 위한 첫 단추
박 수석연구원이 개발한 슈퍼코팅막 기술은 기존의 도금과 같은 습식 표면처리방식과 달리 진공 플라즈마 상태를 이용한 건식방식을 이용한다. 먼저 코팅막 형성에 필요한 결정입자(질화물, 탄화물, 브롬화물, 산화물 등)와 비정질 입자(세라믹, 금속, 다이아몬드 구조 탄소재료 등)를 초고온의 플라즈마 상태에서 혼합하여 나노 수준의 균일한 조성을 지닌 다양한 종류의 나노 복합 구조를 만든다. 그리고 이를 통해 고경도, 저마모 특성을 비롯해 내열성, 내산화성, 내식성의 5가지 기능을 선택적으로 가질 수 있는 코팅막을 구현할 수 있다. 더욱이 이 방식은 습식 과정에서 발생하는 폐액이나 독성물질이 배출되지 않아 보다 친환경적이다.
박 수석연구원은 전투기 부품에 사용되는 코팅 개발을 위해 약 10년 전 미국에서 처음 연구가 시작됐다고 말했다.
“전투기는 초음속으로 비행하고 착륙할 때마다 상당한 압력을 받기 때문에 고온을 견디고 자가 윤활이 가능해야하는 등 부품에 요구되는 성능들이 많고 까다롭습니다. 최첨단 기술은 항공기로부터 시작되는 경우가 많은데, 이 기술 역시 전투기에서 시작해 공구, 자동차 등 제조업 전반으로 접목·확장되고 있습니다.”
실제로 이 기술을 적용해 한국야금(주)와 개발 중인 공구에는 항공기 부품을 정밀하게 가공할 수 있을 만큼 더 단단하고 마모성이 적은 코팅막이 입혀진다. 코팅된 공구는 높은 경도와 내마모성을 지니게 되어 사용수명이 길어지고 생산성을 크게 높인다.
코팅막은 소재의 용도에 따라 기능이 달라져야하기 때문에 그만큼 종류도 많다. 공구의 경우 각각의 용도와 생산공정에 맞는 코팅을 입혀야 한다. 어떤 공구는 고온을 견딜 필요는 없지만 경도가 높아야 하고, 또 어떤 공구는 마찰이 없도록 윤활성이 좋아야 하는 등 필요한 기능이 제각기 다르다. 개발한 기술은 이처럼 다양한 용도에 맞게 다기능성 코팅막을 구현할 수 있는 원천기술이다.
최적의 조건과 기술 노하우를 이식하라
4년의 개발기간을 목표로 진행돼 온 한국야금(주)와의 사업은 이제 중반에 와있다. 절삭공구에 대한 1차 개발은 이미 성공했고, 3차 년도에 접어든 올해에는 밀링툴(milling tool)을 개발할 계획이다. 그런데 슈퍼코팅막 기술이 원천기술이라 해도 실용화까지는 어려움이 따른다.
“생기원과 한국야금(주)의 장비가 서로 다르다보니 공정을 그대로 적용하기가 어렵습니다. 그렇다고 기업에서 가동 중인 장비를 뜯어볼 수도 없는 노릇이지요. 생기원이 연구한 최적 조건값과 기술 노하우를 어떻게 기업에 이식시키느냐가 관건입니다.”
생기원과 한국야금(주)의 협업은 코팅기술을 필요로 하는 제조업체를 위한 국산화의 열망에서 비롯되었다. 그리고 수많은 시행착오를 겪으면서 기술 노하우를 실제 공정 장비에 적용하는 작업을 진행 중이다. 슈퍼코팅막 기술은 제조업 전반에 고 부가가치를 창출할 수 있는 기회가 된다는 점에서 실용화가 더욱 기다려진다.