안녕하세요.
할로파파입니다~ :)
오늘은 "주조, 용접, 표면처리 최신 기술 개발 동향"에 대한 정보를 공유해보도록 하겠습니다.
소성가공, 금형, 열처리와 더불러 6대 뿌리기술이라고 부르고 있죠~
우리나라뿐만 아니라 전 세계 산업의 기반기술이라고 하는 뿌리기술,
4차 산업, 수소 전기차, 자율주행 등 미래산업에도 중요한 기술이라고 할 수 있습니다.
다음에 기회에는 우리나라 뿌리산업에 대한 이슈도 공유할 수 있는 시간을 가져보도록 하겠습니다.
정보전달의 순서는
1. 주조용 주형재료(주물사, 점결제) 현황 및 개발동향
2. 용접 기술 현황 및 개발동향
3. 미세회로용 이형동박 생산기술 현황 및 개발동향
4. 결론 및 시사점
순으로 진행하도록 하겠습니다.
1. 주조용 주형재료(주물사, 점결제) 현황 및 개발동향
1) 국내외 주물사의 현황 및 기술개발 동향
- 최근 선진국을 중심으로 주물의 경량화 추세와 강화되는 환경 규제에 대응하기 위하여 주조산업에서 사용되는 주형재료의 고성능화 및 친환경화에 대한 관심과 수요가 급격히 증가하고 있음
- 주형재료는 주물사와 바인더로 구성되어 있으며, 주조공정(혼합, 조형, 탈형, 탈사) 시 다량의 분진 및 악취를 발생하여 심각한 환경 유해요소로 평가받고 있음
[표] 인공사의 사용목적 및 특성
*출처 : 쿠로카와 유타카-일본 주조공학회지 제89권 제8호 464~469
| 사용목적 | 인공상의 특성 | |
| 산업폐기물의 저감 | 내파쇄성이 양호하고 미분화하지 않으며, 먼지 발생량을 저감시킨다. | |
| 진폐대책 | 유리규산이 포함되지 않는다. | |
| 주조결함대책 | 눌러붙음(소착) | 고내화성에 의해 화학적 소착이 적다. |
| 팽창/변형결함 | 팽창율이 낮음, 규사는 573℃에서 상전이되고 팽창한다. | |
| 가스결함 | 구상입형으로 점결제 첨가량이 저하되고 가스량이 저감한다. | |
| 들뜸 | 규산과 비교해서 부피비중이 높고 응력이 생기기 어렵다. | |
| 칠러 효과 | 지르코니아 함유 인공사 등에서 응고속도가 빨라진다. | |
| 경합금의 사출대책 | 입형이 좋도록 사배출성이 뛰어나고 충격전도성에 의해 녹아웃(Knockout)이 쉽다. |
|
| 소실모형주철법의 충진대책 | 입형이 좋고 유동성에 뛰어나 세부까지 충진한다. | |
| 3D 프린터용 | 세입모래로서 입형이 양호하고 유동성이 뛰어나다. 또한 낮은 수지함량으로 경화가능하다. |
|
- 인공사는 자연사에 비해 입자의 형상 및 크기가 일정하여 점결제의 사용량이 적고, 고강도, 고내화성, 내파쇄성, 저팽창성 등의 우수한 특성을 가질 뿐 아니라, 주조공정 시 분진 발생량을 현저히 감소시킬 수 있는 고효율 및 친환경 소재임에 따라 국내외적으로 원천기술 확보 및 기술 고도화를 위한 다양한 연구개발이 진행 중에 있음
- 중국, 미국의 경우, 주조 중 다량으로 발생하는 분진 및 재 사용률이 현저히 떨어지는 천연주물사를 대체하기 위한
인공주물사 및 무기바인더를 사용하여 환경 개선과 원가절감을 동시에 실현하고 있음
- 일본 산쿄社의 경우, 주조 시 발생하는 다량의 CO2, VOCs (Volatile Organic Compounds), 악취 등을 발생시키는
유기바인더 대신 물을 사용하는 동결주형주조법을 개발하여 생산 원가절감 및 작업 환경을 개선한 바 있음
- 한편, 국내에서는 아직 대부분의 주물업체가 경제적 어려움의 이유로 인하여 천연주물사를 사용하고 있으며, 일부
인공주물사를 사용하는 업체의 경우에도 100% 전량 수입에 의존하고 있는 실정임
- 최근 인공사의 수요 증가에 따라 국내의 일부 연구소(한국생산기술연구원) 및 업체(대신금속, 디알액시온, 삼영엠텍)를
중심으로 친환경 주형재료(인공주물사 및 무기바인더) 및 주물사 재생처리를 위한 기술을 개발 중에 있음
2) 국내외 무기바인더의 현황 및 기술개발 동향
- 주조 산업은 국가 산업 발전에 없어서는 안 될 중요한 뿌리산업이지만 주조 현장에서의 금속용해, 중자·주형 제조, 주조공정에서 발생하는 환경오염 물질의 발생 및 배출이 문제가 되고 있어, 오염물질의 배출을 없앨 수 있는 방안과 에너지
저감 및 작업환경개선, 제조현장 녹색화 기술방안이 절실히 필요
- 이러한 환경오염 문제 저감을 위해 최근 유기물이 아닌 물유리(xSiO2-yNa2O) 기반의 무기물을 활용한 주조용 바인더
개발이 활발히 이루어짐
- 무기바인더의 경우 유해물질을 배출하지 않아 작업환경이 양호하고 이와 관련된 환경 부대설비 설치가 필요하지 않아
생산비용이 절감되며, 중자 제조 및 주조 시 가스 발생량이 적어 주조 결함이 감소하여 주조품의 품질이 우수함
[표] 주조공정에서의 무기바인더 사용 효과
| 구분 | 유기바인더 | 무기바인더 | 개선효과(%) | |
| 폐기물(폐주물사) 발생량 | 100% | 30% | 70 | |
| 미세분진 | 100% | 50%미만 | 50 | |
| VOCs | 중자대비 1.6% | 중자량 대비 0.15% 미만 | 90 | |
| CO2 발생량(Ton) | 중량단위(CO2/Sand) | 49.0% [유기물 함유분을 원유로 환산하여 CO2 발생량 추정] |
9.0% | 82 |
- 독일 뒤스부르크 대학에서 물유리계 (sodium silicate) 바인더인 AWB를 주조 중자 제조 목적으로 최초 개발했으며, 독일의 ASK社는 저온에서 사용 가능한 무기 바인더를 개발 및 생산중
- 하지만, 유럽에서 개발 된 무기바인더는 유럽지역의 기후에 적합하게 개발되어 아시아 지역 특히 고온다습한 곳에서는
내습성 부족으로 상용화가 어려움
*출처 : 한국생산기술연구원-친환경 소재(무기바인더), 장비 및 시스템 개발 발표자료
- 유럽의 바인더 제조회사는 아시아 시장 진출을 목적으로 무기바인더 개발 연구가 진행 중임
- 국내에서는 한국생산기술연구원이 민간기업과 정부로부터 연구비를 지원받아 알루미늄용 주조용 무기바인더의 원천기술을 개발하여 국내 자동차 부품 제조기업에 기술이전 후 상용화에 성공함에 따라 유해가스 배출을 없앤 친환경 무기바인더 기술과 더불어 주물사 재생기술개발까지 이루어져야 주조공정의 친환경화를 이룰 수 있을 것으로 기대
2. 용접 기술 현황 및 개발동향
1) 국내외 용접 소재 현황 및 기술개발 동향
- 알루미늄 합금은 탄소강 대비 1/3의 비중으로 운송기기등의 경량화에 활용되며 극저온 환경에서도 우수한 기계적 특성으로 인해 LNG 탱크 소재로 적용되고 있음
- 그러나 용접공정시 발생하는 화학적인 반응에 의하여 용접부의 연화 및 결함이 발생할 수 있어 이를 고려한 최적의 합금 설계 기술이 필요하며 일반 탄소강용 용접봉 생산에 집중하고 있는 국내 업계에서는 알루미늄 용접재료에 대한 기술
개발은 미미한 상황
- 알루미늄 합금의 용접부의 인성향상을 위해서는 마그네슘의 함량을 향상시키는 방법으로 대응할 수 있으나, 마그네슘
함량이 높아지는 경우 가공경화에 의해 용접봉을 생산하는데 필요한 주조, 압출 및 인발의 공정의 난이도가 높아지는
문제가 발생하여 이를 해결할 수 있는 기술의 개발이 필요
*출처 : 한국생산기술연구원
2) 국내외 접합 소재 현황 및 기술개발 동향
- 전기차, 자율자동차와 같은 자동차 패러다임의 변경으로 자동차에 탑재되는 전장부품 사용의 증가하고 있고 전력모듈과 같은 새로운 전장부품이 요구되면서 이들 부품들을 구현하기 위한 접합소재 기술 개발이 필요한 상황
- 이런 대내외적인 배경에 맞춰 Al 등의 난 접합 모재, 자동차 및 조선 등의 구조물, 이종소재 간 부품화 등을 위한 특수
접합 소재 기술 개발이 진행되고 있으며 전자산업을 중심으로 고집적화를 위한 반도체 소자 미세화가 가속되고 고성능의 전자부품에 적용되는 접합소재 기술에 대한 요구가 증가 하고 있음
3. 미세회로용 이형동박 생산기술 현황 및 개발동향
1) 국내외 미세회로용 이형동박 생산기술 현황 및 기술개발 동향
- 미세회로용 이형동박은 반도체 패키지 미세회로 구현을 위한 mSAP(modified Semi-Additive Process) 공법의 핵심
소재로, 회로 빌드업을 위한 씨앗층을 뜻하며 전자제품의 정밀화 및 소형화, 스마트 모바일 기기의 증대 추세에 따라
미세회로용 mSAP 이형동박 소재의 수요가 증가하고 있음
- 반도체 패키지 및 High-end PCB용 이형동박은 5G 및 미세회로 시장을 대비한 원천 소재임에도 일본 업체가 독점중이며, 캐리어 동박 위 전해도금을 통한 이형동박 제조 공정에 대한 기술개발이 지속적으로 진행 중
- 패키지 기판 시장의 중심인 FC-BGA 및 FC-CSP의 회로 미세화 수요 증가 및 고속전송통신(5G) 기술이 접목된 디바이스의 시장이 급속히 성장에 대응하기 위하여 최근 국내에서 무전해 도금을 활용한 초저조도 초극박형 이형동박개발에 대한 연구가 진행되고 있음
4. 결론 및 시사점
1) 주조 기술의 정책 및 R&D 방향
- 알루미늄뿐 아니라 주철, 주강, 동합금용 무기바인더에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 기 개발된 알루미늄
무기바인더를 기반으로 국내 주물시장의 상당부분을 차지하는 주철, 주강, 동합금용 무기바인더의 개발이 필요함
- 유해가스 배출을 없앤 친환경 무기바인더 기술과 더불어 주물사 재생기술개발까지 이루어져야 주조공정의 친환경화를
이룰 수 있음
- 무기바인더 기술, 주물사 재생기술, 공정 기술 및 장비 개발까지 이루어져야 소재의 해외 의존도를 탈피할 수 있으며,
산업적으로 빠르게 보급·확산이 가능함
2) 용접 기술의 정책 및 R&D 방향
- 접합소재기술 분야는 전반적으로 소재의 개발만으로는 실제 산업에 적용하기에는 한계를 지니는 특징을 지니고 있어 대상 제품의 특성을 감안한 접합공정과 소재 개발이 동시에 이루어져야 할 필요가 있음
- 접합 분야의 특성상 대상 제품 지향형 개발이 필요하며 경우에 따라서는 기존의 공정을 대체하는 신 공정 개발과 장비
개발, 소재 개발, 제품 개발이 동시에 전 방위적인 기술 개발 지원이 요구됨
3) 미래회로용 이형동박 생산기술의 정책 및 R&D 방향
- 일본 미쓰이社)가 전 세계 시장 선도 중인 상황에서, 미세회로용 이형동박에 대하여 상용 수입품 즉시 대체 및 5G 고속전송 및 초미세 패턴 형성을 목표로 저조도 이형동박 개발을 위한 연구가 수행 중
- 국내 이형동박 생산기술은 우수한 기술력에도 불구하고, 시장에서는 일본 소재에 밀려 판로가 미흡함. 국가적 차원의
로드맵을 통한 전략적 기술 개발 및 표준화 필요
우리나라 주력산업의 기반인 뿌리기술인 주조, 용접, 표면처리는 친환경, 원가절감, 미래산업 대응(자율주행, 5G 등)을 위해 지속적인 기술개발을 통해 경쟁력을 강화해야 합니다.
그 이유는 뿌리기술이 곧 산업의 근간 이기 때문이죠. 이 모든 것이 소재를 부품으로 생산하고, 장비를 제작하는 소재/부품/장비와 아주 밀접한 연관이 있다고 할 수 있죠.
정부차원 기술경쟁력 강화에 지속적인 지원이 필요한 시점입니다.
오늘도 날씨가 많이 쌀쌀합니다.
모두들 건강 잘 챙기시고 힘내세요~ ^^
댓글