한국재료연구원(KIMS)이 950℃ 이상의 초고온 환경에서도 강도와 내구성을 유지하는 타이타늄 알루미나이드(TiAl) 합금 기술을 개발했다. 기존 TiAl 소재가 고온에서 미세조직 안정성을 잃는 한계를 개선한 것으로, 항공엔진과 우주발사체용 경량 내열 소재 개발에 활용될 수 있다.

KIMS는 극한재료연구소 김성웅 박사 연구팀이 개발한 ‘가스터빈용 950℃ 이상급 TiAl 소재 기술’이 내외부 심사와 공개 검증을 거쳐 2025년 ‘세계 1등 기술’로 선정됐다고 밝혔다. 해당 제도는 KIMS가 보유한 세계 최고 수준 또는 세계 최초 원천기술을 선정하는 절차로, 특허와 기술이전, 산업 활용 실적 등이 종합적으로 검토된다.

TiAl 합금은 타이타늄과 알루미늄을 기반으로 한 경량 내열 소재다. 니켈 기반 초내열합금보다 가벼워 항공엔진 경량화에 유리하지만, 기존 소재는 약 750~800℃ 수준에서 성능을 유지하는 데 한계가 있었다. 특히 900℃ 이상에서는 내부 미세조직이 불안정해지며 강도와 내구성이 떨어지는 문제가 있었다.

연구팀은 이 한계를 해결하기 위해 합금 원소 조성과 조직 제어 공정을 새롭게 설계했다. 나이오븀(Nb)과 텅스텐(W)은 고온에서 원자 확산을 억제해 조직 안정성을 높이고, 규소(Si)와 탄소(C)는 조직 경계 이동과 미세조직 조대화를 줄이는 역할을 한다.

또한 연구팀은 진공 용해와 정밀 주조 공정을 기반으로 합금을 제조한 뒤, 한 차례 열처리만으로 조직을 균일하게 제어하는 공정을 구현했다. 이를 통해 950℃ 초고온 환경에서도 인장강도, 크리프 수명, 피로 특성을 확보했으며, 고온 산화 조건에서도 보호 산화층을 형성하는 내산화 특성을 확인했다.

이번 기술은 항공기 저압터빈 블레이드, 발전용 가스터빈 블레이드, 극초음속 비행체, 재사용 우주비행체 부품 등 초고온과 경량 특성이 동시에 요구되는 분야에 적용될 수 있다. 기존 니켈계 초내열합금 의존도를 낮추고, 항공우주 소재 분야의 국내 기술 기반을 넓히는 데도 의미가 있다.

김성웅 책임연구원은 이번 기술이 항공엔진과 우주발사체 추진기관 분야에서 요구되는 초고온·경량 특성을 동시에 확보한 소재 기술이라고 설명했다.