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ISSN : 1225-7591(Print)
ISSN : 2287-8173(Online)
Journal of Korean Powder Metallurgy Institute Vol.20 No.3 pp.228-235
DOI : https://doi.org/10.4150/KPMI.2013.20.3.228

Fe계 내조사성 산화물분산강화 (Oxide dispersion strengthened) 합금의 분말야금 제조공정 및 연구 현황

이재훈, 김정한a
POSCO기술연구원 박판연구그룹, a한국기계연구원 부설 재료연구소 타이타늄 연구그룹

Trend in Research of Irradiation Tolerant Oxide Dispersion Strengthened Ferritic Steel Produced by Powder Metallurgy Processing

Jeoung Han Kima, Jae Hoon Lee
aTitanium Alloys Group, Korea Institute of Materials Science, Changwon, Korea
POSCO Technical Research Laboratories, Gwangyang-si, Jeonnam, 545-090, Korea

Abstract


20(3)-11[리뷰].pdf4.21MB

1. 서 론

 전 세계적인 인구증가와 산업발달로 인해 2030년까지 세계 에너지 소비량은 2007년 대비 50% 이상 증가할 것으로 예측되고 있다[1]. 이러한 추세는 신재생 에너지 개발과 더불어 새로운 원자력에너지 수요를 촉발 시키고 있다. 현재 400 여기의 원자핵 발전소가 전세계 전력의 15% 이상을 감당하고 있고 2011년 발생한 일본 후쿠시마 사태 이후로도 이러한 추세는 누그러지지 않고 있다. 최근 경수로 핵연료의 재사용, 폐기물량 감소가 가능한 고속로와 초고온가스로 등의 제4세대 원자력시스템 및 핵융합로에 대한 연구가 세계 원자력에너지 선진국들을 중심으로 활발하게 진행되고 있다. 우리나라 또한 한국원자력연구원, 국가핵융합연구소 등을 중심으로 상용화 개발 계획을 마련하였으며 2035년경 핵융합 상용로 공학설계를 목표로 핵융합 발전 실용화 기술 개발을 진행하고 있다[2].

 이러한 차세대 원자력시스템은 가동온도가 기존 원자로에 비해 매우 높고 중성자 조사량도 최고 200 dpa로 훨씬 더 높다(표 1). 따라서, 이러한 가혹한 환경에서 장시간 사용할 수 있는 내조사손상 재료의 개발이 시급하다. 대표적인 차세대 내조사손상 구조용 재료로는 저방사화 FM강(RAFM: Reduced Activation Ferritic/Martensitic steel), 고온 강도와 열화에 대한 안정성이 좋은 바나늄(V) 합금, SiC 복합재료, 그리고, 차세대 산화물분산강화 (Advanced ODS)합금이 있다. 이 중 차세대 산화물분산 강화 합금은 내부에 나노 크기(3~5 nm)의 산화물 입자를 1023/㎥ 수준의 높은 개수 밀도(number density)로 포함하고 있어 650℃ 이상의 고온에서도 크리프 특성이 뛰어나고 중성자 조사로 인한 헬륨버블 취성에 강해 크게 주목 받고 있다. 본고에서는 차세대산화물분산강화 (ODS)합금의 개괄적인 특징, 제조방법, 그리고 기술개발 현황에 대하여 소개하고자 한다.

Table 1. Features of current (generation II) and proposed future (Generation IV) fission, and fusion energy systems (DEMO)

2. 차세대 산화물 분산강화 합금 (Advanced ODS steel) 개괄

2.1. 개발역사

 1966년 J.S. Benjamin과 그의 동료들이 금속분말을 이용한 Ball milling방법으로 ODS합금개발을 시작한 이래로, 1970-80년대에 항공우주산업에서 가스터빈 소재로 Ni계 ODS합금 개발연구가 수행되었으나 상용화를 이루지는 못하였다[3-7]. 1990년대에 미래형 핵분열로인 고속증식로 (Fast Breeder Reactor) 개발에서 기존 강재보다 더 중성자 조사에 강한 소재가 요구되었고, 이러한 이유로 분말야금을 이용한 Fe계 ODS합금이 연구되기 시작하였다[8-11]. 2000년대 이후 미국, 일본, 유럽 등을 중심으로 4세대 원자로(Generation IV)와 미래형 핵융합로 구조재료로서 부식, 중성자 조사 및 고온 Creep에 우수한 성질을 갖는 Fe계 ODS합금이 각광을 받게 되면서 상용화를 목표로 소재 개발연구가 활발히 진행되고 있다[12-14].

2.2. 미세구조

 ODS합금의 최종 미세구조는 고화(Consolidation)방법과 밀접한 연관성을 갖는데, 최근 주로 사용되는 방법은 고온압출을 이용하여 제조되고 있다. 분산입자 강내의 분산자 (dispersoid)로는 고온에서 안정한 Y2O3 산화물과 Ti를 첨가하여 미세한 산화물 분산입자를 형성하고[15], 결정립은 약 1 μm 크기를 갖는 Fe계 ODS합금이 개발되고 있다. 그림 1과 2는 18%Cr-0.2%Ti-0.35%Y2O3 조성의 분말을 Ball milling 후, 1150°C에서 고온압출방법으로 제조된 Fe계 ODS합금의 미세구조와 강내에 분산된 산화물을 보여주고 있다[16, 17]. 압출방향에 나란한 방향으로 결정립이 길게 형성된 이방성을 갖는 미세구조를 보이는데, 이것은 분산된 산화물이 압출방향으로 배열되고 산화물 입자분포가 상대적으로 적은 방향을 따라 고온압출이 수행되어 나타나는 현상으로 고려된다[18]. Y2TiO5의 분산된 산화물 중에 약 10 nm 보다 더 작은 분산입자는 coherent 형태로 형성되어 있으며 이러한 coherent 산화물은 semi-coherent 산화물 보다 합금 기저 사이의 misfit strain을 낮추는 것으로 보고되고 있다.

Fig. 1. FE-SEM image showing the grain morphologies of 18Cr-0.2Ti-0.35Y2O3 ODS steel in the longitudinal direction [16].

Fig. 2. Two-beam dynamical bright-field image of the oxide particles in 18Cr-0.2Ti-0.35Y2O3 ODS steel [17].

2.3. 기계적 특성 및 강화기구

 ODS합금의 미세구조 이방성은 기계적 특성에도 영향을 미치는데, 압출방향에 수직방향 시편의 인장강도와 비교하여 평행방향 시편의 인장강도가 약 5% 낮은 결과를 보인다[16, 19]. 그리고 분산된 산화물 크기와 밀도, 결정립 크기, Ball milling 중에 형성된 전위밀도 등이 ODS합금의 강도를 결정하는 주요 인자로 고려되고 있다. 지난 30년간 ODS합금의 강화기구에 대하여 많은 연구가 수행되었는데, 주로 강도와 관련된 미세구조 관점에 연구가 수행되었다 [20-23]. 결정립 미세화에 따른 강화기구인 Hall-Petch 효과[19-21], 분산된 산화물에 따른 강화기구인 Orowan mechanism[22], 고용강화를 포함한 FeCrY2O3 matrix strength가 ODS합금의 강도에 영향을 주는 주요 강화기구로 고려되고 있다. 1 μm 이하의 결정립을 갖는 ODS합금의 주요 강화기구는 결정립 미세화이며, 1 μm 이상의 결정립을 갖는 경우는 분산된 산화물이 강도증가의 주요인
자인 것으로 최근 보고되고 있다(그림 3).

Fig. 3. Schematic diagram of comparison of oxide particle strengthening and grain size strengthening as a function of grain size [24].

2.4. 중성자 내조사성

 Fe계 ODS합금은 고속증식로의 피복관 후보소재 중 하나인 F/M강 보다 중성자 조사에 더 우수한 특성이 요구되어 개발되었다. 강내에 분산된 산화물은 중성자 조사에 의해 생성된 전위의 이동을 방해하여 항복 및 인장강도를 증가시키지만, 분산입자가 없는 F/M강과 비교하여 조사에 의한 연신율 감소가 상대적으로 적은 특성을 보이는데, 아직까지 이러한 현상에 대한 정확한 메커니즘은 규명되지 않았다[25-27]. 그림 4는 분산자가 없는 강과 비교하여 위에서 설명한 ODS합금의 중성자 조사에 대한 우수한 내조사성을 보여주고 있다[25]. 또한 중성자 조사에 의한 취성은 조사온도와 조사량에 의존하는데, 온도가 낮고 조사량이 많을수록 dislocation loop이 많이 형성되어 취성을 야기시킨다. 같은 조성을 갖는 페라이트강과 비교하여, ODS 합금의 중성자 조사에 의한 취성은 약 3배 더 낮은 것으로 보고되고 있다[24].

Fig. 4. Total and uniform elongation values as a function of dose for ODS-MA957 ferritic steel, reduced activation F82H and conventional MANET 2 martensitic steels [25].

3. ODS 합금 제조 방법 및 특징

 대부분의 ODS합금은 원료분말을 Y2O3분말과 혼합한 후 기계적합금화(MA, mechanical alloying)법을 이용하여 합금화 한 후 열간 등압 성형(hot isostatic pressing) 또는 열간압출(hot extrusion)을 통해 고화하는 방식으로 제조된다(그림 5). 일반적으로 분말상태에서 고화 직후의 소재들은 조직제어와 기계적 특성 향상을 위해 2차적으로 열간 또는 냉간 가공을 시행하게 된다. 자세한 MA법에 대한 정리는 참고문헌[29]에 정리되어 있다.

Fig. 5. Schematic of the processing sequence for advanced ODS alloys, including ball milling to mechanically alloy (MA) Y and O into metal powders, canning, hot consolidation, and post-consolidation thermo-mechanical treatment [28].

3.1. 기계적 합금화법을 이용한 제조공정

 원료분말과 Y2O3가 혼합된 분말들은 그림 5에서와 같이 MA공정 중 볼과 볼 사이의 기계적 충격 에너지에 의해 세라믹 분말들과 합금화가 된다. 기계적합금화에 이용되는 밀링 방법은 SPEX shaker milling, Planetary ball milling, High energy attritor milling등이 주로 사용되고 있다. 모두 기본적으로 많은 양의 충격에너지를 분말에 전달할 수 있는 방법인데 특히 shaker milling은 가장 많은 에너지를 짧은 시간에 전달할 수 있다. 그러나, 한번에 생산가능한 양이 10-20 g 정도로 매우 적어서 소재와 공정연구 초기단계에서 스크리닝(screening)을 수행하는 용도로만 사용되고 있다. 또한, 볼 밀링 용기(milling jar)의 크기가 열의 방출과 초기 분위기 제어에 어려움이 있다. Planetary ball milling의 경우 한번에 50-100 g의 분말을 제조할 수 있어서 실험실적으로 가장 많이 이용되고 있다. 또한, 밀링 용기 내 진공유지 또는 분위기 가스 조절이 용이하고 경우에 따라서는 공냉/수냉 시스템의 도입이 가능하다. 그러나, 특유의 운동 특성상 shaker milling보다는 효율이 낮고 부분적으로 밀링이 효과적으로 이루어지지 않는 부위가 있어 분말의 균질도가 떨어질 수 있다. High energy attritor milling은 대량 생산에 가장 적합한 형태로서 kg단위로 분말의 제조가 가능하다. 밀링 효율 상승을 위해서는 수평식 장비가 유리하며, Ar등의 불활성 분위기 조절, 그리고 냉각이 필요하다. 현재 이러한 목적으로 독일 Zoz사의 제품이 많이 사용되고 있으나 가격이 비싸고 사용 후 밀링 용기의 교체 및 세척이 용이하지 않다는 문제가 있다. 또한, 밀링의 효율을 향상시키기 위해서는 cylinder, shaft, rod의 특별한 디자인이 요구된다. 한편, 전통적으로 많이 사용되고 있는 drum milling방식은 중력에 의한 낙차에너지를 이용하는 방식으로 제작이 간단하고 가장 많은 양의 분말을 처리 할 수 있다는 장점이 있지만 본 ODS 합금제조에 요구되는 충분한 충격에너지를 얻기가 어렵다는 단점이 있다. 그림 6에는 상기 설명한 밀링 방식에 대한 간단한 도해가 정리되어 있다.

Fig. 6. Schematic illustrations for various milling machines used for ODS alloy production; (a)conventional ball mill, (b) shaker mill, (c) attritor mill, (d) planetary ball mill [30].

 Y2O3등의 산화물을 Fe 기지내에 균질하게 분산시키는 것은 매우 중요하면서 어려운 공정으로서 원료분말의 특성뿐만 아니라 밀링 조건에도 매우 민감하게 반응한다. Y2O3가 고르게 분포하지 않은 부분은 고화 중 급격한 결정립 성장을 하여 기계적 강도가 떨어지게 된다. Hoelzer 등은 MA최적화 여부에 따른 미세조직 변화를 그림 7에서와 같이 조사하였다. MA시 에너지량이 충분하지 않을 경우 고화 후 조대 결정립과 미세립이 공존하는 이중조직이 나타났고 조대 결정립 지역에서는 Y의 양이 현격하게 줄어 있는 것을 확인하였다. 반면, 최적화된 MA 조건으로 제조된 소재의 경우 전체적으로 매우 균질한 미세립 조직이 얻어졌고 Ti, Y의 성분 또한 균질한 것을 알 수 있었다.

Fig. 7. Effect of ball milling condition on Y distribution throughout the material [32].

3.2. 원료분말과 밀링 미디어

 일반적인 철계 ODS 합금의 조성은9.0-20.0% Cr, 0.2-0.5% Y2O3, 0.2-1.0% Ti, 그리고 1.03.0t% W(in wt.%)등으로 이루어져 있으면 Y2O3로부터 과량의 산소를 포함하게 된다. Cr은 내산화성 향상을 위해, W는 고용강화 (solid-solution hardening)을 위해, Ti는 Y-Ti-O 나노 클러스터를 구성하기 위해 첨가된다. 사용되는 합금분말은 순도가 높고 입자의 크기가 150 μm 이내로 미세하면서 균질 해야 합금화 효율이 높아진다. 특히, Y2O3 분말은 20-30 nm 수준으로 미세해야 한다.

 ODS합금의 제조에 사용되는 원료분말은 원소분말 (elemental powder) 또는 합금분말(pre-alloyed powder)의 형태로 사용할 수 있다. 최종소재의 균질성 측면에서 보면 합금분말의 사용이 훨씬 유리하나 가격이 비싸고 Ti와 같은 미량원소의 함량 제어가 어렵다는 단점이 있다. 반면 원소분말은 가격이 상대적으로 싸고 합금의 조성비를 용이하게 조절할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 순 Fe는 표면산화가 쉬워 초기에 과잉의 산소가 포함될 수 있으며 각 원소별로 순도의 관리가 어렵다는 문제가 있다. 더 큰 문제는 충분히 합금화가 이루어지지 않으면 분말 입자간에 원소의 조성 차이가 크게 발생 할 수 있다는 점이다. 그러나, 공정을 충분히 최적화할 경우 분말입자내의 원소들의 분포를 균질하게 할 수 있다는 결과가 Iwata등[31]에 의해 보고된 바 있다(그림 8).

Fig. 8. SEM–EDS results on composition of the mixed powder after milling for 12 h [31].

MA에 사용되는 밀링 미디어는 밀링 볼과 밀링 용기 등으로서 기본적으로 강 재질로 사용되고 있다. 밀링 에너지와 내마모성을 향상시키기 위하여 WC 계열의 소재를 사용하기도 하지만 이 경우 내마모를 완벽히 제어할 수는 없다. 기본적으로 ODS소재는 오염에 매우 민감하기 때문에 마모시 발생하는 오염원이 분말 내부로 유입되는 것을 최대한 막아야 한다. 현재로서는 원소재 분말과 유사한 합금성분을 가지는 밀링볼과 밀링 용기를 사용하는 방법이 널리 사용되고 있다. 밀링 볼과 분말의 중량비(ball mass to powder mass ratio, BPR)는 높을수록 좋으나 이 경우 제조할 수 있는 분말의 양이 제한되는 문제가 있다. 통상적으로 10-30:1의 무게비를 사용한다. 한편, 밀링 후 분말의 균질성을 위해서는 분말을 무작위적으로 움직이도록 유도하는 것이 좋다. 밀링 볼의 무작위 움직임을 유도하기 위해서는 2가지 이상의 다른 크기의 밀링 볼을 사용하는 것이 유리한 것으로 보고되어 있다. 

3.3. 기계적합금화 시 분위기 제어

 ODS 합금의 기계적 합금화시 분말은 수십 μm 수준으로 미세하게 분쇄가 되므로 체적 대비 높은 표면적을 가지게 된다. 이 때 분말들은 불안정한 상태이기 때문에 산화와 오염에 매우 취약하다. 따라서, 밀링 용기 내의 분위기 제어가 매우 중요하게 된다. 질소가스는 Fe계 합금의 안정성을 해치고 결정립 계면에 취성을 일으키는 얇을 막을 생성시키기 때문에 피해야 한다. 아르곤(Ar) 가스는 안전성과 저렴한 가격으로 가장 많이 사용이 되고 있다. 그러나 MA도중 분말 내부에 포집된(entrapped) 아르곤 가스는 진공처리 및 고화 과정에서도 분말 외부로 빠져나가지 못하고 내부에 잔존하게 되는데 최후에는 기공의 형태로 남게 된다(그림 9)[33]. 이러한 잔존기공은 소재의 인성 및 취성을 약화 시키기 때문에 주의가 필요하다. 같은 원리로 소재 내 잔존하는 수증기는 Cr과 반응해 산화층을 포함하는 기공을 형성하게 되므로 역시 주의해야 한다. 한편, 수소(H) 가스는 결정립 계면에 따른 확산속도가 아르곤 가스보다 빨라 포집된 수소에 의해 생성된 버블을 고화과정 중 효과적으로 감소시킬 수 있다는 장점이 있다[34]. 그러나, 특유의 폭발성으로 인해 사용에 있어 극도의 주의가 요구된다.

Fig. 9. Free surface of 14Cr-3W-0.4Ti-0.3Y2O3 ODS steel. Black areas are pores formed during mechanical alloying and consolidation stage.

Fe계 ODS 합금에 있어서 미량 원소의 영향은 매우 중요하다. 특히, C과 N은 결정립계면에 얇은 막을 형성하는 특징이 있어 인성과 취성에 큰 악영향을 미친다(그림 10). 최근 Hoelzer 등은 특별히 고안된 장치를 이용해 MA시 C와 N의 유입을 효과적으로 막았는데 이를 통해 3~4% 에 불과하던 상온 연성을 9% 이상으로 향상 시킬 수 있었다. 

Fig. 10. Atom maps of the sample deformed at 900℃. A high number density of Ti, Y, and O enriched NCs (blue arrows) are evident at grain boundaries (red arrows). Thinlayers of Wand WN decorating grain boundaries are noticed [35].

3.4. 분말의 고화공정

 MA로 제조된 분말들은 주로 열간 등압 성형(hot isostatic pressing, HIP) 또는 고온압출(hot extrusion)을 통해 고화된다. 이 중 HIP은 분말 고화에 있어서 가장 많이 사용되는 방법이다. 일반적으로 MA분말을 400℃근처 온도에서 24시간 정도 진공을 유지하여 내부의 가스 및 수증기를 제거하고 고온에서 HIP을 수행하게 된다. HIP온도는 통상 1100-1250℃에서 100-200 MPa의 압력으로 1-4시간동안 수행하게 된다. HIP으로 제조된 소재는 이방성이 없고 분말간의 접착력이 좋아진다는 장점이 있지만, 고화온도가 높아 생성된 나노 클러스터 입자들이 지나치게 조대화 된다는 문제가 있다. 나노 클러스터 입자들은 고온에서도 안정성이 뛰어난 편이지만 1100℃ 이상에서는 급격히 조대화되는 특징을 보이고 있고 이에 따라 평균 결정 립도도 크게 증가하는 문제가 대두된다. 한편, 고온압출법은 850-1100℃의 상대적으로 낮은 온도에서 수행이 가능하다는 장점이 있어 미국, 일본, 유럽 등지에서 널리 사용되고 있다. 최근 Hoelzer 등은 압출 온도를 850℃, 1000℃, 1150℃로 나누어 시험을 해 보았는데 세 가지 경우에서 미세조직과 기계적 특성이 매우 유사하였다. 이는 압출에서 온도가 HIP의 경우에 비해 최종 물성에 미치는 영향이 적다는 것을 의미한다. 한편, 고온압출은 통상적으로 8-10:1의 압출비를 사용하며 성공적인 압출을 위해서는 가열 시스템 및 압출 금형 설계에 충분한 경험이 있어야 한다. 고온압출을 이용하는 경우 나노 클러스터를 미세하게 석출시킬 수 있어 기계적 특성이 매우 향상되는 장점이 있지만 압출방향으로 결정립의 종횡비가 커지는 Bamboo structure가 발생하기도 쉽다는 문제가 있다. 또한, 소재의 높은 고온강도로 인해 매우 높은 용량의 압출기가 필요하며 얻어지는 소재의 직경이 제한되는 한계가 있다.

4. Fe계 ODS합금의 개발동향

 현재 Fe계 ODS합금은 미래형원자력피복관 소재 및 핵융합로의 구조재료로서 일본, 미국, 유럽을 중심으로 세계 여러 나라에서 개발 중에 있다. 일본의 경우 ODS 마텐사이트강의 내식성 개선을 위하여 일본정부의 지원하에 2006년부터 5년간 일본 6개 기관(교토대학, 홋카이도대학, 오사카대학, JAERI, NIMS, 고베스틸)이 참여하여 내식성이 우수한 고CrAl ODS 페라이트강을 개발 후, FSW 접합방법으로 동종 및 이종(W합금, F/M강)간 접합을 수행한 바 있다[36-40]. 또한 원자로 핵연로봉 양산화를 목적으로 pilger mill rolling방법을 이용한 ODS 페라이트 강관 제작을 완료한 것으로 보고 되고 있다[37].

 유럽의 경우 프랑스 CEA를 중심으로 고온에서 European EUROFER97 reduced activation ferritic/martensitic (RAFM)강보다 고온 Creep, 취성 및 조사성에 우수한 물성을 갖는 ODS EUROFER강을 공동으로 개발 중에 있다[41-43]. 기존 소재와 비교하여 강내의 분산된 산화물과 결정립을 최적화 하여 12-14Cr ODS 페라이트 강 개발 및 양산화에 연구를 집중하고 있는 것으로 보고되고 있다[41].

 최근 미국의 ORNL은 ODS합금의 결정립 미세화를 극대화 하는 연구를 수행 중에 있다. 이러한 초미세 결정립은 ODS합금의 분산입자를 제어하는 기술이 핵심이며, 고온 Creep 및 변형기구를 규명하여 내조사성이 우수한 14YWT ODS 페라이트 강을 개발하고 있다[44-46].

5. 산업적 수요 및 응용분야

 Fe계 ODS 합금은 기본적으로 미래 원자로피복관 또는 핵융합로의 제1벽 구조체 용도로 개발되어왔다. 그러나 뛰어난 크리프 저항성과 열안정성 그리고 내식성 등의 특징으로 기타 산업으로의 수요 가능성이 제기되고 있다. 항공우주 분야에서는 Gas turbine combustor liner, Fuel nozzle shrouds 등이 있고, 자동차 산업에서는 Diesel fuel inlet atomizer, Turbocharger scrolls 등이 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 발전분야에서는 Burner nozzles, Swirlers, Heat exchanger 등이 유력하다. 군수용으로는 초고속 유도 무기 기체 및 엔진(램제트/스크램제트)의 소재로 적용이 기대되고 있는데 이는 ODS합금이 초고속 유도무기의 초고속, 고성능화에 따른 핵심부품의 내열성 향상과 내구한계를 극복할 수 있는 소재로 적당하기 때문이다. 미국에서는 단조용 및 주조용 초내열합금의 내구한도를 증대시키기 위한 방안으로 개발하였으나 극초음속 비행체 및 초고속 유도무기의 추진부품 등 특수한 용도로만 적용되고 있다. 한편, 고체 산화물형 연료전지(SOFC)의 필수 부품인 interconnect는 기존에 세라믹 소재가 사용이 되었으나 사용온도가 800℃이하로 낮아지면서 좀 더 저렴하면서 대면 적화가 가능한 고Cr 페라이트강이 적용되고 있다. 차세대 ODS합금은 약점으로 지적되었던 고온산화와 Cr기화문제를 해결할 수 있어 분산형 발전, 야전 전원, 함정 보조 추진용 전원 등으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 이를 통해 SOFC의 고성능화와 가격경쟁력 향상을 도모 할 수 있을 것으로 보인다. 그러나, 국내에서는 원자력분야 이외에서는 아직 ODS 합금의 수요가 제기되지 않아 본격적인 연구가 진행된 바 없으며, 대학 및 일부 연구소에서만 ODS 합금에 대한 특성연구가 진행되고 있다.

6. 맺음말

 차세대 ODS합금은 단순히 초기 투입한 Y2O3와 원료분말의 분쇄와 혼합이 아니라 화학조성과 기계적합금화 공정에 따라 새로운 나노 크기의 Y-Ti-O 클러스터가 형성된다는 점에서 기존의 ODS합금과 구별된다. 이러한 특징으로 인해 차세대 원자로뿐만 아니라 고성능, 초고속 비행체, 에너지 소재등과 같은 극심한 환경의 부품에 적용될 수 있어 선진국에서는 전략적인 국가적 과제로 개발하고 있다. 미국 ORNL, 프랑스 CEA, 일본 Kyoto Univ. 등에서는 금속분말에 수십 nm 수준의 나노 산화물을 첨가한 후 기계적합금화 공정과 고화 과정 도중 발생하는 화학적인 반응을 통해 훨씬 더 미세한 나노 클러스터를 석출시키는 기술도 연구되고 있다. 현재로서는 높은 제조 비용으로 인해 수요가 많지 않으나 향후 저가의 제조 방법이 개발되면 파급효과가 매우 클 것으로 예측된다. 국내에서는 한국원자력연구원과 재료연구소 등에서 개발연구가 일부 진행되고 있어 앞으로의 성과가 기대되고 있다.

감사의 글

 본 연구는 2013년도 한국기계연구원 부설 재료연구소 창의형과제 사업(과제번호: PNK3410)의 일환으로 진행되었고 이에 감사 드립니다. 또한, 논문의 준비에 많은 도움을 주신 한국원자력연구원 장진성 박사님께도 깊은 감사를 표합니다.

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