이승준 한국공학대 교수팀, 항공·자동차 소재 내구성 비밀 풀었다

초고강도 알루미늄 합금에 마찰교반공정 적용 후 마모 현상 분석
표면 연화 억제가 안정적 마찰 산화막 유지 및 연삭 마모 완화의 열쇠

권태혁 기자 | 2026.06.10 09:44

이승준 한국공학대 신소재공학과 교수(왼쪽 사진)와 제1저자 한지혜 석사과정./사진제공=한국공학대

한국공학대학교는 최근 이승준 신소재공학과 교수 연구팀이 항공우주 및 자동차 산업에서 널리 쓰이는 초고강도 알루미늄 합금(AA7075-T6)의 마모 저항 메커니즘을 새롭게 규명했다고 10일 밝혔다.

이 교수팀은 표면 개질 기술인 '마찰교반공정'(FSP)이 초고강도 알루미늄 합금의 미세조직 진화와 마모 거동에 미치는 영향을 분석했다. 해당 알루미늄 합금 계열은 중량 대비 강도가 뛰어나 부품 경량화의 핵심 소재로 쓰이지만 마찰이나 연삭 환경에서는 상대적으로 마모 저항성이 낮다는 한계가 있었다.

연구팀은 마찰교반공정을 거친 알루미늄 합금을 이용해 10N 하중 하에서 50m부터 1000m까지 왕복 미끄럼 마모 시험을 수행했다. 분석 결과 공정을 거친 특수 가공 구역(교반부)은 금속 내부의 석출물이 용해되면서 경도가 158.1HV로 나타나 가공 전 원소재(176.7HV)보다 낮아졌다. 이러한 표면 연화 현상은 마모 특성의 악화로 이어졌다.

연구팀은 이어 고정밀 전자현미경과 3D 레이저 공초점 현미경을 통해 원인을 추적했다. 마찰하는 두 영역에서 주로 깎여나가는 연삭 마모 메커니즘을 보였지만 우수한 마모 저항성을 보인 원소재의 표면에는 산화물이 풍부한 거친 홈이 다량 형성돼 안정적인 산화막을 유지했다. 이 산화막이 마찰 부품 간의 직접적인 접촉을 효과적으로 억제하는 방패 역할을 수행한 것이다.

결론적으로 마찰 과정에서 발생하는 표면 연화를 억제하는 것이 안정적인 마찰 산화막을 유지하고 연삭 마모를 완화하는 데 결정적인 역할을 한다는 사실이 입증됐다.

이 교수는 "이번 연구는 부품의 수명과 직결되는 마찰 산화막의 형성 원리를 규명했다는 점에서 의의가 있다"며 "앞으로 항공우주 및 자동차 부품의 내구성을 높이는 기술 개발에 크게 기여할 것"이라고 설명했다.

한편 이번 연구는 산업부가 주관하는 '차세대 뿌리산업 전문인력양성사업'과 '소재부품기술개발사업'의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 'Wear behavior of AA7075-T6 alloy subjected to friction-stir processing'이라는 제목으로 금속 재료 분야 국제학술지 'Materials Characterization'(JCR 상위 10%, IF=5.5) 2026년 8월호에 게재될 예정이다.