TiAl 금속간화합물의 제조, 특성 및 응용

초록

근년의 항공우주, 자동차 분야의 경량화/고성능화 요구에 답할 수 있는 경량 내열 재료로써 TiAl 금속간 화합물이 주목되어져, 세계 각처에서 기초 및 응용 연구가 활발히 진행되고 있다. 예를 들어, 미국에서는 1980년 후반부터 국가적이 Project인 Nation니 Aero Space Plane(NASP)-Materials and Structure Augmentation Program(MASAP)계획에서 TiAl 경량 내열 재료 개발 그룹을 조직하여, 죄적 합금 조성의 결정, 1차 및 2차 가공 프로세스의 개발과 최적화, 각종 Coating 및 응용 기술을 검토하고 있다. 한편 일본에서도 국가 주도의 「차세대 산업기반 기술연구 개발제도」하에서 「초내환경성 선진 재료의 연구개발」의 이름으로 대형의 산학연 Project가 1989년부터 8개년 계획으로 실시되어지고 있다. 이 Project에는 TiAl의 변형기구, 조직과 기계적성질이 연구, 합금의 개발, 가공법개발, 실용화 시험 등이 포함되어 있는데, 응용 예로는 Space Plane의 돛에 등의 구조체 및 접합제가 유망시 되고 있다. 또한, 작년 7월 NASA의해 발사된 Space Shuttle "Columbia호"에서 실시된 우주실험에서도, 일본이 제안한 12과제중의 하나로 TiAl의 용해·응고실험이 취급되었으며, 그 실험 성과가 기대되고 있다. 이와 같은 노력으로, TiAl의 조직/특성/제조/환경간의 상호관계에 대한 이해가 급격히 진전되면서, 그 동안 상온 부근의 연성부족, 난가공성으로 인해 "꿈의 재료"로만 여겨졌던 TiAl이 서서히 "꿈"자를 떨쳐 버릴 조짐을 보이고 있다. 이와 같이 TiAl의 저밀도와 내열특성을 수송기기 관련부품에의 적용은 자동차산업의 시장 규모의 크기를 생각할 때 큰 매력이 아닐 수 없다. 지난 수년간 분말야금법의 일종인 반응소결법을 적용하여, 자동차용 엔진 밸브를 중심으로 제조법의 최적화, 조성/조직의 최적화(합금개발), 기계적특성, 산화특성의 평가, 모의 엔진시험등 개발·실용화 연구를 행하여 왔다. 본 강연에서는 그러한 내용을 중심으로 TiAl의 제조, 특성 및 응용에 관한 현황을 소개하고자 한다.