교육과학기술부는 국내 연구진이 나노 다층 구조 박막을 코팅 소재로 이용해 나노 다층막 코팅 절삭공구 생산기술을 최초로 개발하고 이를 상용화하였다고 밝혔다.

이번 연구는 교육과학기술부 21세기프론티어연구개발사업 나노소재기술개발사업단(단장 서상희)의 지원을 받아 KIST(원장 금동화) 재료연구부의 백영준, 박종극 박사팀과 (주) 한국야금(사장 임계학) 생산기술연구소가 공동으로 수행했다.

연구진은 기존의 나노 다층 구조 박막 개념을 절삭 공구의 코팅 소재에 적용해, 절삭 공구에 적합한 나노 다층 구조 박막 소재를 설계, 개발하고 이를 통해 코팅 절삭공구 성능을 획기적으로 향상시켰다.

기존 절삭 공구에는 주로 수백 나노미터(nm)에서 수 마이크로미터(㎛) 두께를 갖는 단일층 혹은 수개 층의 금속-질화물 소재를 코팅 소재로 적용했다.

서로 다른 티타늄알루미늄질화물계 경질박막을 수 나노 미터 (nm) 두께로 반복적으로 적층화한 박막을 이용한 이번 코팅 기술은 절삭공구 표면의 경도 강화 및 내산화성 향상효과를 극대화하여, 기존 질화물 코팅 절삭공구 대비 절삭성능 및 절삭수명을 획기적으로 증대 시킨 것이다.

연구팀이 개발한 나노 다층막 코팅 절삭공구는 현재 널리 사용되고 있는 질화물 절삭공구에 비해 박막경도가 30GPa에서 44GPa로 1.5배, 모재와 박막간의 밀착력은 2배, 내마모성 및 절삭수명이 1.5배 이상 향상했다. 이는 독일, 일본 등의 선진국 기술을 능가하는 수준이다.

이번 연구 성과는 국내 특허 5건이 출원됐고 관련 논문이 소재분야 저명 학술지인 SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY에 발표된 바 있다.

현재, 세계 절삭공구시장규모는 272억 달러이고 세계적으로 10만여종의 절삭공구가 생산되고 있으며, 절삭공구는 소모성 품목으로 수요의 안정화에 따라 연평균 5.1%의 성장세가 예상되어 2010년 345억 달러의 규모가 전망된다.

이번 코팅기술 개발로 국내 코팅기술 향상은 물론, 국제적으로도 국가 경쟁력을 가지는데 한 몫을 차지할 것으로 예상되며 동 기술로 코팅공구의 내수화가 실현되면 수 천억원의 절삭공구 수입대체 효과가 기대된다.

또한 자동차, 철도(레일), 발전소, (우주)항공 등 다양한 산업군에 대한 절삭공구(엔드밀, 드릴, 선삭, 밀링 등)로 적용 범위를 더욱 확대할 수 있을 것으로 전망된다.