[로이슈 임한희 기자] 포항산업과학연구원 (이하 RIST, 원장 박성호) 진공코팅연구팀(연구책임자 정재인 박사, 공동연구; 양지훈, 이경황 박사)은 포스코(PosCOTE-D연구Pjt팀), 해양대(이명훈교수 연구팀), 인하대(김상섭교수 연구팀)와 공동으로 진공코팅 방법을 이용하여 오랫동안 철이 녹슬지 않게 하는 새로운 도금강판을 세계 최초로 개발하였다고 7일 밝혔다.

RIST 연구팀은 산업통상자원부에서 지원하는 국가연구개발 사업인 WPM(World Premier Materials) 10대 핵심소재사업 중 포스코가 주관하는 스마트 강판 소재사업단의 지원을 받아 알루미늄-마그네슘 합금 코팅 연구개발에 참여하였고, 철에 알루미늄과 마그네슘, 실리콘이 함유된 물질을 코팅하여 기존의 도금강판 대비 두께를 1/3 이하로 줄이면서도 오랫동안 녹이 슬지 않는 도금강판을 개발하는데 성공하였다.
철은 풍부한 자원과 우수한 특성, 저렴한 가격으로 인해 다양한 산업에서 가장 폭넓게 이용되는 금속이다. 철은 수많은 장점에도 불구하고 한 가지 단점이 있는데, 바로 붉은색의 녹이 발생하여 사용 수명이 짧아진다는 것이다.

인류가 철을 사용하게 된 이후 녹이 스는 것을 방지하기 위해 다양한 노력이 진행되었으며, 현재 가장 널리 사용하고 있는 방법은 전기도금이나 용융도금을 통해, 아연이나 알루미늄 등을 강판에 도금하여 녹 발생을 지연시키는 방법으로 이렇게 처리된 강판을 도금강판이라 부르고 있다.

도금강판은 자동차와 건축자재, 가전제품 등 다양한 분야에 사용되고 있으며, 인류가 철을 사용한 이래 녹 발생을 방지하여 철의 사용 수명을 향상시키기 위한 노력은 현재도 진행 중이다.

연구팀은 포스코가 주관하는 WPM 스마트 강판 소재사업단의 참여기관으로 참여하여 지난 8년 동안 알루미늄-마그네슘, 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 등의 코팅물질 연구를 진행하였으며, 그 중에서 실리콘이 함유된 알루미늄-마그네슘 합금을 강판에 코팅하고 열처리를 실시하면 내식성(녹이 슬지 않는 특성)이 10배에서 20배 정도 증가하는 것을 확인하였다.
이에 대한 재현성 실험과 원인 규명 등을 진행해 왔다. 내식성의 평가는 해양대 연구팀에서 수행하였고, 열처리에 따른 합금화 진행과정은 인하대 연구팀 그리고 열역학적 해석을 통한 이론적 규명은 싱가포르 과기대의 Wu Ping 교수 연구팀이 참여하였다. RIST 연구팀은 공동연구팀과 함께, 열처리를 통한 합금 형성 과정과 녹이 늦게 스는 원리 규명, 녹 발생에 대한 새로운 이론 도출 등의 연구를 진행하였다.

이번에 개발된 코팅강판은 코팅층에 함유된 여러 종류의 합금이 녹이 스는 정도가 서로 다른 현상을 이용하여, 처음에는 녹이 빨리 스는 합금이 소모되고 점차 녹이 늦게 스는 합금이 소모되면서 부식 속도를 낮추도록 제어한 것이 특징이다.

연구팀은 코팅과 함께 진행된 열처리 조건이 이러한 합금층 형성에 영향을 미침을 확인하고, 실험계획법 등을 통해 최적화하여 특성이 가장 우수한 코팅강판을 개발하게 되었다. 이번에 개발된 코팅강판은 2017년에 포스코가 보유한 파일롯 설비를 이용한 성공적인 테스트를 거쳐 MAS(Mg-enriched Al-Si) 강판이라는 이름의 제품명을 확정하고, 포스코와 함께 상용화에 박차를 가하고 있다.

연구팀은 8년간의 연구를 거쳐 MAS 강판을 비롯한 알루미늄-마그네슘 계 합금코팅 연구를 바탕으로 국내에 총 19건을 출원하여 9건이 등록 완료되었고, 해외에는 3건을 출원하여 2건이 등록되는 실적을 거두었다. 이번 연구결과는 정부의 적극적인 지원을 바탕으로 이루어진 대형 소재개발 프로젝트인 WPM 사업을 대기업이 주도하면서 산학연 공동연구를 통해 이루어진 대표적인 연구성과 사례의 하나로 꼽히고 있다.

기존 아연도금강판이 동일한 두께를 기준으로 염수를 이용한 내식성 시험에서 48시간 이내에 녹이 스는 반면, 개발된 MAS 강판은 1,500시간 이상에서도 녹이 슬지 않는 특징이 있다. 이를 통해 고강도가 요구되는 자동차 외판재는 물론 부식 환경이 열악한 곳에서 사용되는 건자재 등에 활용이 기대된다. 또한 세계 최초로 개발된 MAS 강판이 갈수록 치열해지는 선진국과의 기술개발 경쟁에서 새로운 철강제품의 글로벌 리더가 되는 시금석 역할을 할 것으로 기대된다.

한편 이번 연구결과는 2월 28일자 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 온라인판에 실렸다

임한희 기자 newyork291@lawissue.co.kr