퍼듀 엔지니어, 3D 프린팅에 사용 가능한 초고강도 알루미늄 합금 혁신 연구 발표

Seoul퍼듀 대학교의 엔지니어들이 3D 프린팅에 활용할 수 있는 매우 강력한 알루미늄 합금을 새롭게 제조하는 방법을 발견했습니다. 이 방법은 합금의 유연성을 활용합니다. 이 연구는 하이얀 왕과 싱항 장이 이끌었으며, 대학원생 안위 샹의 도움을 받았습니다.

항공우주와 자동차 산업에서는 알루미늄 합금이 가볍고 강하기 때문에 널리 사용됩니다. 하지만 이들 합금은 주로 적층 제조 과정에서 열에 의해 균열이 발생하는 문제가 있어 금속의 품질을 저하시킬 수 있습니다.

이를 해결하기 위해 전통적인 방법으로 알루미늄 합금의 강도를 높이기 위해 입자를 첨가합니다. 하지만, 이런 합금은 강도가 300에서 500 메가파스칼에 불과하며, 이는 철강의 600에서 1,000 메가파스칼보다 훨씬 약합니다.

퍼듀 팀은 다음과 같은 전이 금속을 추가했습니다:

• 코발트
• 철
• 니켈
• 티타늄

이들 금속은 알루미늄과 함께 작은 층상 구조의 유연한 화합물을 형성합니다. 이는 새로운 발견이며 흥미로운 점은:

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이들 금속 간 화합물은 비대칭적인 결정 구조를 가지며, 일반적으로 상온에서 취약합니다. 그러나 나노 규모의 층상 구조가 이 취약성을 억제합니다. 이들은 또한 미세한 장미 모양으로 집합하여 전체 합금의 강도를 향상시킵니다.

이 새로운 방법은 다양한 종류의 작은 구조물을 만들어냅니다. 작은 금속 조각이 큰 알루미늄 틀에 포함되어 있어, 이러한 방식이 강한 저항력을 생성한다고 샹은 말했습니다. 결과적으로 변형에 대한 내구성이 향상됩니다.

시험을 통해 이 방법의 효과가 입증되었습니다.

• 거시 규모 압축 시험에서는 놀라운 소성 변형성과 900메가파스칼 이상의 강도를 보였습니다.
• 미세 기둥 압축 시험에서는 상당한 후응력이 관찰되었으며, 특정 지역에서는 흐름 응력이 1기가파스칼을 초과하는 것으로 나타났습니다.
• 변형 후 분석에서는 취성 있는 금속 간 화합물에서 복잡한 전위 구조와 적층 결함이 발견되었습니다.

이 연구는 네이처 커뮤니케이션즈에 발표되었습니다. 퍼듀 대학교 기술 상용화 사무소는 특허를 신청했으며, 이 프로젝트는 미국 국립 과학 재단과 해군 연구소의 지원을 받았습니다.

이 발전은 알루미늄 합금을 사용하는 산업에 혁신을 가져올 수 있습니다. 3D 프린팅으로 제작된 더 강하고 유연한 소재는 다양한 방식으로 활용될 수 있습니다.