내연기관차 엔진 내부나 부품을 단단하면서도 매끄럽게 코팅해 마찰·마모·부식으로 인한 에너지 손실을 줄이고 부품 수명을 늘릴 수 있는 새로운 코팅기술이 개발됐다.  

한국생산기술연구원은 친환경열표면처리 부문 문경일·윤혜원 박사 연구팀이 기존 코팅막과 경도는 같으면서 마찰계수는 30%가량 줄인 고경도·저마찰 나노복합코팅기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

이 나노 복합코팅은 물리·화학적 특성이 다른 3가지 이상의 물질을 혼합한 '단일 합금타깃' 기술이 핵심이다.

고경도·저마찰 기능을 부여하는 원소들은 물과 기름처럼 섞이지 않아 각각의 타깃을 따로 제조해야 하지만 단일합금 타깃은 여러 성분을 하나의 타깃으로 만들어 증착공정은 줄이고 증착속도는 5배가량 높일 수 있다.

연구팀은 마찰계수를 낮추는 연질금속과 원소들을 혼합해 급속냉각시키는 방식으로 합금분말을 제조하고 압력과 열을 가해 다성분 단일 합금소재를 생성해 냈다.

이어 이 금속소재를 가공한 후 스퍼터링 공정을 통해 다양한 특성을 동시에 구현 가능한 나노구조의 코팅소재로 합성했다.

개발된 나노복합코팅 소재는 2개 이상의 상(phase)이 공존하는 구조로, 비정질 기반에 10㎚ 미만 크기의 다양한 결정상들을 균일하게 포함하고 있다. 

코팅의 기능성을 높이기 위해 투입되는 지르코늄, 구리, 규소가 윤활 환경에서 마찰·마모로부터 표면을 보호하게 된다. 기존 자동차 부품에 적용된 코팅과 비교해 부품 마모율이 75%나 개선된 것으로 나타났다.

특히 단일 합금타깃 및 고속 증착기술을 통해 구현된 이 나노복합코팅기술을 자동차 내연기관에 적용할 경우 연비를 4~7%가량 높일 수 있어 현대자동차가 CVVD 엔진 부품에 적용, 실용화에 나섰다.

윤혜원 박사는 "다양한 물질을 단일 합금타깃으로 만들고 융복합 공정을 통해 고속으로 스퍼터링할 수 있는 제조기술을 확보했다는 점에서 국내 최초이자 최고 기술로 평가받고 있다"며 "향후 추가 연구를 통해 전기자동차, 우주·항공, 로봇 분야에 적용할 수 있는 나노복합코팅기술을 개발할 계획"이라고 말했다.

충청비즈  cbiz0419@naver.com

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