PKNU ASMLab
금속공학전공 배재웅
PKNU 첨단구조재료연구실(ASMLab)은 금속공학 분야에서 세계적으로 주목받는 고엔트로피 및 중엔트로피 합금, 그리고 첨단 구조용 금속재료의 설계와 응용에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 다양한 원소 조합을 통한 혁신적인 합금 설계, 미세조직 및 상변태 제어, 그리고 극한 환경(극저온, 수소 환경 등)에서의 우수한 기계적 특성 구현을 목표로 하고 있습니다.
특히, 수소취성 저감 및 내수소취성 합금 개발 분야에서 국내외적으로 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 수소 원자와 금속 격자 내 결함의 상호작용을 원자-나노-마이크로-매크로 스케일에서 체계적으로 분석하고, 미세조직 불균일도 제어, 상계면 조절, 표면처리 기술 등을 융합하여 고강도-내수소취성 소재를 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 수소 에너지 산업, 미래 자동차, 플랜트, 인프라 등 다양한 산업 분야에서의 금속재료 신뢰성 향상에 크게 기여하고 있습니다.
또한, 극저온 및 초저온 환경에서 사용되는 구조용 합금 개발에도 집중하고 있습니다. 다단계 변형경화, 상변태, 나노/마이크로 구조 제어 등 첨단 미세조직 제어 기술을 활용하여, 액체질소 온도 이하에서도 뛰어난 강도와 연성을 갖는 신소재를 개발하고 있습니다. 적층제조, 열처리, 냉간/열간 가공 등 다양한 공정과의 융합을 통해 산업 현장에 적용 가능한 실용적 소재 개발에도 앞장서고 있습니다.
본 연구실은 다수의 국내외 특허와 논문, 산학협력 프로젝트를 통해 연구성과를 산업 현장에 적극적으로 이전하고 있습니다. 또한, 한국연구재단, 산업기술진흥원 등 다양한 기관과의 협력을 통해 국가 소재산업의 경쟁력 제고와 미래 친환경 에너지 사회 구현에 기여하고 있습니다.
PKNU ASMLab은 앞으로도 금속재료의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 소재 개발과, 첨단 구조용 합금의 실용화, 그리고 차세대 에너지 및 극한 환경 대응 소재 기술의 선도적 연구를 지속해 나갈 것입니다.
Additive Manufacturing
Cryogenic Mechanical Properties
High-Entropy Alloys
고엔트로피 및 중엔트로피 합금의 설계와 기계적 특성 향상
고엔트로피 합금(HEA)과 중엔트로피 합금(MEA)은 기존의 금속재료와 달리 다수의 주요 원소를 조합하여 새로운 미세조직과 우수한 기계적 특성을 구현할 수 있는 혁신적인 금속 소재입니다. 본 연구실에서는 다양한 원소 조합과 합금 설계 전략을 통해 극저온, 초저온, 고온 등 다양한 환경에서 뛰어난 강도와 연성, 내식성, 내수소취성 등 다기능성을 갖춘 구조용 금속재료 개발에 집중하고 있습니다. 특히, 원자-나노-마이크로-매크로에 이르는 멀티스케일 미세조직 제어를 통해 합금의 성능을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다.
이러한 합금 설계는 미세조직 내 불균일도(heterogeneity)와 상(phase) 변태, 나노/마이크로 구조의 제어, 그리고 다양한 열처리 및 가공 공정과의 연계를 통해 이루어집니다. 예를 들어, 부분 재결정, 나노 결정립 형성, 상변태(마르텐사이트 변태 등)와 같은 미세조직 제어 기술을 활용하여 강도와 연성의 동시 향상, 극저온에서의 우수한 기계적 특성, 그리고 수소취성 저항성 향상 등 다양한 성능 목표를 달성하고 있습니다. 또한, 적층제조(AM) 공정과의 융합을 통해 기존 합금의 한계를 극복하고, 새로운 기능성 소재 개발에도 앞장서고 있습니다.
이러한 연구는 국내외 소재산업의 경쟁력 제고와 미래 친환경 에너지 사회로의 전환에 필수적인 핵심 소재 기술로 평가받고 있습니다. 본 연구실은 세계적으로도 주목받는 고엔트로피/중엔트로피 합금 분야에서 다수의 특허와 논문, 그리고 산학협력 프로젝트를 통해 실질적인 산업 적용과 기술 확산에 기여하고 있습니다.
금속재료의 수소취성 저감 및 내수소취성 합금 개발
수소취성은 금속재료가 수소 환경에 노출될 때 급격히 취약해지는 현상으로, 특히 수소 에너지 산업의 확대와 함께 구조용 금속재료의 내수소취성 특성 확보가 매우 중요한 연구 주제로 부상하고 있습니다. 본 연구실은 수소취성의 발생 메커니즘을 원자적, 미세조직적 수준에서 규명하고, 이를 바탕으로 내수소취성 합금 및 공정 개발에 주력하고 있습니다.
연구실에서는 미세조직 내 불균일도 제어, 상계면 및 결함 구조의 조절, 그리고 합금 원소의 최적화 등을 통해 수소 원자와 격자 내 결함의 상호작용을 조절함으로써 수소취성 저감 효과를 극대화하고 있습니다. 예를 들어, 고엔트로피/중엔트로피 합금의 설계와 가공 공정, 나노 결정립 및 상변태 제어, 표면처리 기술 등을 융합하여 고강도와 내수소취성을 동시에 달성하는 혁신적인 소재를 개발하고 있습니다. 또한, 수소 환경에서의 기계적 특성 평가, 미세조직 분석, 수소 확산 및 트랩핑 거동 연구 등 다양한 실험 및 시뮬레이션 기법을 활용하여 내수소취성 메커니즘을 심층적으로 분석하고 있습니다.
이러한 연구는 수소 에너지 기반의 친환경 사회 구현과 더불어, 미래 자동차, 에너지, 플랜트, 인프라 등 다양한 산업 분야에서의 금속재료 신뢰성 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 본 연구실은 국내외 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해 내수소취성 소재의 실용화와 기술 고도화에 앞장서고 있습니다.
극저온 및 초저온 구조용 합금의 개발과 응용
극저온 및 초저온 환경에서 사용되는 구조용 금속재료는 극한의 온도 조건에서도 높은 강도와 연성, 그리고 신뢰성을 동시에 요구받습니다. 본 연구실은 극저온용 고엔트로피/중엔트로피 합금의 설계 및 미세조직 제어를 통해, 액체질소 온도 이하에서도 우수한 기계적 특성을 발현하는 신소재 개발에 집중하고 있습니다.
특히, 극저온 환경에서의 상변태(예: FCC에서 BCC로의 마르텐사이트 변태), 다단계 변형경화, 나노/마이크로 구조의 형성 등 다양한 미세조직적 현상을 체계적으로 규명하고, 이를 기반으로 한 합금 설계 및 공정 최적화 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 적층제조, 열처리, 냉간/열간 가공 등 다양한 제조 공정과의 융합을 통해 극저온용 소재의 대량생산 및 산업 적용 가능성을 높이고 있습니다.
이러한 극저온용 합금은 LNG 저장탱크, 극지 인프라, 우주항공, 수소 저장 및 운송 등 다양한 첨단 산업 분야에서 필수적으로 요구되는 핵심 소재입니다. 본 연구실은 관련 특허 및 논문 발표, 산학협력 프로젝트를 통해 극저온 구조용 합금의 실용화와 기술 선도에 기여하고 있습니다.
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H. Kwon, J.H. Lee, A. Zargaran*, S. Harjo, W. Gong, J. Wang, G.H. Gu, B.-J. Lee, J.W. Bae*, H.S. Kim*, Lüders band-assisted high uniform ductility in ultrastrong ferrous medium-entropy alloy via hierarchical microstructure
H. Kwon, J.H. Lee, A. Zargaran*, S. Harjo, W. Gong, J. Wang, G.H. Gu, B.-J. Lee, J.W. Bae*, H.S. Kim*
International Jorunal of Plasticity, 2025
2
T.H. Kim, H. Park, J.S. Lee, J.M. Park*, J.W. Bae*, Effect of temperature and impact loading condition on deformation behavior in 316L austenitic stainless steel manufactured by laser powder bed fusion
T.H. Kim, H. Park, J.S. Lee, J.M. Park*, J.W. Bae*
Materials Science and Engineering A, 2025
3
Y.T. Choi, J. Kown, R.E. Kim, S.-Y. Lee, D.W. Lee, J. Kim, J.W. Bae*, H.S. Kim*, Effects of deformation-induced BCC martensitic transformation on uniaxial ductility and biaxial stretchability in metastable ferrous medium-entropy alloys
Y.T. Choi, J. Kown, R.E. Kim, S.-Y. Lee, D.W. Lee, J. Kim, J.W. Bae*, H.S. Kim*
Materials Science and Engineering A, 2024
1
멀티스케일 불균일 고엔트로피 소재 내수소취성 및 강도 동시 향상 메커니즘 연구
2
160Km/h급 인도 객차용 브레이크 디스크 기술개발 및 사업화
