마찰이 없는 세상을 상상해본 적이 있는가.걸을 수도 없고 제대로 서있을수도 없다.또한 한번 움직이면 멈출 수도 없어 다른 물체와 부딪쳐 상상할 수 없을 만큼 세상은 난장판이 될 것이다.마찰은 없어서는 안될 중요한 요소이다.
그러나 모든 물체는 다른 물체와의 마찰로 인해 마모돼 가고 어느 순간에는 수명을 다하게 된다.따라서 물체의 수명에 마찰은 결코 좋은 역할을 하지 못한다.특히 금속으로 만들어진 기계부품에서 마찰에 의한 손상은 어느 산업계에서나 중요한 문제다.물론 마찰 외에도 열,부식 등으로 인해 표면에는 손상과 파괴가 일어난다.따라서 제품 표면을 보호하기 위한 도금 기술은 오랜 세월 동안 제품생산의 최종 마무리 공정으로 인식돼 왔다.
그런데 최근 이 기술에 최첨단기법이 도입되고 있다.다름 아닌 초고온 상태인 플라스마를 응용한 것이다.1980년대 이후 세계적으로 부각돼 산업적 응용이 급격히 발전하고 있는 신개념의 표면처리 기술로서 말이다.
제품 수명 10배 향상
성균관대 금속재료공학부 한전건 교수는 바로 제품의 표면에서 플라스마 기술혁명을 선도하기 위해 연구중이다.그런데 왜 표면처리에 플라스마가 응용되는 것일까.
표면처리 기술의 핵심은 낮은 온도에서 높은 압력을 이길 수 있는 고경도의 물질을 도금하는 것이다.1972년 미국 로스엔젤레스에 위치한 캘리포니아 대학의 번샤 박사가 1천℃이상에서 합성되는 고온 화합물인 고경도의 질화티타늄(TiN),탄화티타늄(TiC)을 5백℃이하의 온도에서 도금하는데 성공했다.이 기술의 핵심은 코팅되는 물질만을 수십만도의 플라스마 상태로만 만들면 기존 도금 기술에서의 전체온도보다 오히려 낮은 온도에서 코팅이 가능해진다는 것이다.이미 선진국에서는 활발히 연구돼 산업화 단계에 이르렀으나 국내에서는 아직 응용초기 단계에 있다.
한교수의 연구실에는 작은 기계부품의 경우 플라스마를 이용한 코팅제품을 생산할 수 있는 설비로 가득 차있다.실제로 자동차부품,각종 금형,드릴과 같은 공구,비디오 헤드,그리고 장식용 컵과 같은 일상용품에까지 이 원리를 적용해서 다양한 제품을 만들어 냈다.
한교수는 "이 기술이 단순히 낮은 온도에서 물체를 코팅할 수 있다는 것 외에도 많은 장점을 가진다"고 말한다.첫째로는 기존의 표면처리보다 내마모성,내열성,수명,그리고 제품생산성 측면에서 무려 최고 10배까지 향상시킬 수 있다는 것이다.기존 방법으로는 불가능했던 코팅재료를 이 기술에서는 만들어낼 수 있기 때문이다.
또한 진공상태에서 코팅이 이뤄지므로 플라스마 발생 장치 이외의 부가적인 설비가 필요치 않다.코팅막으로 쓰이는 재료 외에도 이들을 합성하기 위해 독성을 지닌 다른 부가물이 필요한 기존 방법에 비해,코팅되는 물질만이 필요하므로 잉여부산물이 없어서 무공해 표면기술이기도 하다.미국을 비롯한 선진국에서 2004년부터 독성 성분으로 도금된 제품의 수출을 제한한다고 해서,수출로 살아가는 국내 경제에 중요한 이슈가 아닐 수 없다.
9년간 2백억원 연구비 지원
아직까지 국내 플라스마 표면처리 기술은 비용이 많이 드는 단점을 지니고 있다.때문에 한교수 연구팀은 국제적인 경쟁력을 가질 만큼 실용화할 수 있는 공정장비를 개발하고자 한다.그 한 방법으로 현재보다 큰 면적을 한번에 코팅하도록 하는 것이다.이것은 비용상의 절약을 가져올 수 있다.또한 기존보다 고경도를 지닌 신 코팅물질을 개발하는 것도 중요 연구과제 중 하나다.
최근 한교수의 연구실은 과학재단으로부터 21세기 프론티어 기술로 인정받아 우수연구센터로 선정돼 9년간 2백억원의 연구비를 지원받는 쾌거를 올렸다.
1988년이래 졸업생은 25명이머,현재 박사과정 6명,석사과정 5명,그리고 학부 4학년생 10여명으로 구성돼 있다.
