한국생산기술연구원(KITECH)

생기원, 나노 복합구조를 활용한 슈퍼코팅막 기술 개발

-코팅 한 번에 고경도․내마모성 등 최대 5가지 특성 지닌 부품 제작 가능

-항공기, 자동차 등 제조업 부품 전반에 적용 가능한 고 부가가치 원천기술

□ 초음속으로 비행하고, 착륙할 때마다 상당한 압력을 받는 전투기 부품은 

   400℃ 이상의 높은 온도와 극한의 부식 환경에도 변화가 없어야 한다.

ㅇ 이를 위해서는 소재의 한계를 뛰어넘어 부품에 다양한 성질을 부여할 수 있는

   특수한 표면처리 작업이 필요하다.

□ 한국생산기술연구원(원장 이성일, 이하 생기원) 첨단표면공정그룹 박인욱 수석연구원이 이끄는 연구팀이 소재 표면에 나노 복합구조를 갖춘 코팅막을 형성하는 방식으로 부품의 성능을 향상시키는 다기능성 슈퍼코팅막 원천기술을 개발했다.

ㅇ 연구팀은 코팅막 형성에 필요한 결정입자*와 비정질입자**를 초고온의 플라즈마 상태에서 혼합하여 나노 수준의 균일한 조성을 갖는 다양한 종류의 나노 복합구조 구현에 성공했다.

     * 질화물, 탄화물, 산화물, 브롬화물 등 원자들이 규칙적으로 배열되어 있는 입자

     ** 세라믹, 금속, 다이아몬드 구조 탄소재료 등 원자들의 배열이 불규칙적으로 흩어져 있는 입자

ㅇ 나노 복합구조를 지닌 슈퍼코팅막은 혼합방식에 따라 내마모성, 내열성, 내

    식성, 내산화성 등 한 번의 코팅으로 최대 5가지 특성을 부여할 수 있으며, 

    부품의 용도에 따라 원하는 특성을 선택적으로 강화할 수도 있다.

□ 지금까지의 표면처리가 도금과 같이 특정 화합물을 물에 용해시켜 금속에 덧

    입히는 습식방식이었던 것과 달리 개발된 기술은 진공 플라즈마 상태를 활용

    한 건식방식이다.

ㅇ 따라서 습식 과정에서 발생하는 폐액이나 독성물질 배출이 없어 작업자의 

    안전을 보장하고 환경 친화적이라는 장점도 지닌다.

□ 연구팀은 항공기 부품을 정밀하게 가공할 수 있는 절삭공구용 코팅막기술 개발을 위해 한국야금㈜와 약 2년여의 공동연구 끝에 성과를 냈다.

ㅇ 기술 이전을 앞두고 있는 절삭공구 전문기업 한국야금㈜는 상용화를 통해 해외 제품보다 약 20% 낮은 가격으로 고성능 절삭공구를 국내 생산할 계획이다.

ㅇ 특히 그동안 스위스 등의 리딩기업에 의존해 온 코팅장비의 최적 작동조건을

    기업이 자율적으로 설정할 수 있어 코팅막을 바꿀 때마다 지급했던 2~3천만 원

    가량의 해외 기술료도 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

□ 박인욱 수석연구원은 “코팅막기술은 전투기 부품에 적용하기 위해 처음 개

    발됐지만, 제조업부품 전반에 두루 적용할 수 있는 고 부가가치 원천기술”이

    라고 밝히며 “후속 연구를 통해 초 고경도, 윤활성 등 최대 7가지 특성을 지

    닌 슈퍼코팅막을 개발해 항공․우주용 외에도 전 제조업 부품에 광범위하게

    적용할 계획”이라고 말했다.

□ 세계 코팅시장은 연평균 8%의 성장률을 기록하며 2026년에는 연간 약 13억5천만 달러 규모로 확대될 전망이며, 현재 국내 코팅시장은 연간 약 2,000~2,500억 원 규모이다.

ㅇ 한편 이 기술은 2017년 12월 한국공학한림원이 선정한 ‘2025년 대한민국의

    삶을 변화시킬 미래기술 100가지’에 선정됐다.