현대 기계 설비와 전자기기에서 발생하는 열을 효율적으로 관리하는 '고방열' 기술은 기기의 성능 향상은 물론 수명을 결정짓는 핵심적인 요소로 자리 잡았습니다. 일반적으로 방열 부품은 열전도도가 우수한 알루미늄 합금을 사용하여 제작되는데, 가공 방식에 따라 그 특성이 크게 달라집니다. 단조나 압연을 거치는 가공재는 성능이 뛰어나지만 제작 비용이 높고, 주물로 형태를 만드는 주조재는 가격이 저렴한 대신 열전도도가 낮다는 고질적인 한계가 있었습니다. 이러한 성능과 경제성 사이의 상충 관계는 고성능 방열 부품을 대중화하는 데 있어 반드시 극복해야 할 주요한 기술적 장벽으로 작용해 왔습니다.

한국재료연구원 조용희 박사팀은 기존 주조재가 가진 열전도도의 한계를 극복한 새로운 알루미늄 합금 소재인 'KIMS-NDP1'을 개발하며 혁신적인 해법을 제시했습니다. 이 소재는 저실리콘 계열의 합금으로, 강도와 주조성 그리고 높은 열전도도를 동시에 확보한 것이 가장 큰 특징입니다. 기존의 대표적인 주조용 합금인 A356 이상의 성형성을 유지하면서도, 가공재인 A6061 수준의 뛰어난 열전도 성능을 실제로 구현해 냈습니다. 이는 그동안 고가의 정밀 가공 방식에만 의존해야 했던 고성능 방열 부품 시장에 저비용과 고효율을 모두 잡은 새로운 기술적 대안을 제시한 성과로 큰 주목을 받고 있습니다.

연구팀은 합금의 유동성을 확보하기 위해 사용되던 실리콘 함량을 3% 이하로 과감히 줄이는 대신 니켈을 첨가하는 독창적인 설계를 도입했습니다. 니켈은 알루미늄 결정 구조에 직접 녹아 들어가지 않고 고유의 공정 조직을 형성하여, 금속이 응고되는 과정에서 최적의 유동성을 제공해 주조성을 높여줍니다. 덕분에 복잡한 형상의 주조가 원활해질 뿐만 아니라, 열이 이동하는 통로가 방해받지 않아 매우 높은 방열 성능을 유지할 수 있게 되었습니다. 여기에 미량의 철을 추가하여 주조된 형상이 형틀에서 매끄럽게 분리되도록 개선함으로써, 실제 제조 현장에서의 양산 효율성과 산업적 활용도를 극대화하는 데 성공했습니다.

기존의 고가 가공재 방식에 의존하던 부품들을 저가의 고방열 주조재 제조 방식으로 대체할 수 있는 혁신적인 계기를 마련했습니다.

이번 연구 성과는 완전히 새로운 신소재 개발에만 그치지 않고, 기존 상용 합금의 성능을 한 단계 끌어올리는 공정 제어 기술로도 확장되었습니다. 액상 합금에 초음파 처리나 열에너지와 같은 외부 에너지를 정밀하게 공급하여 결정 조직을 미세하게 제어하는 기술을 적용한 것입니다. 이를 통해 주조성과 방열성, 그리고 소재의 강도라는 서로 상반되는 특성들을 하나의 합금 안에서 완벽하게 조화시킬 수 있었습니다. 실제로 제조 현장의 가압 주조 공정 시험을 성공적으로 통과하며 상용화 가능성을 충분히 입증한 이 기술은, 특히 전기차 파워트레인 하우징처럼 고강도와 고전도성이 동시에 요구되는 차세대 핵심 부품 분야에 최적화되어 있습니다.

새로운 알루미늄 합금 기술은 탄소 중립 시대의 요구에 발맞추어 자원 재활용 효율성 측면에서도 독보적인 가치를 지닙니다. 보통 주조 소재를 재활용할 때 불순물로 섞여 들어오는 철 성분은 소재의 연성과 열전도도를 떨어뜨리는 원인이 되지만, 이번 기술은 생성상 제어를 통해 철 조직을 미세화함으로써 오히려 우수한 물성을 유지하게 합니다. 100% 재활용이 가능한 이 기술은 경제적 이익뿐만 아니라 환경적 책임까지 동시에 만족시키는 신개념 주조 소재 기술입니다. 앞으로 LED 조명부터 각종 가전 설비, 그리고 급성장하는 전기자동차 시장에 이르기까지 폭넓은 분야에서 국내 제조 산업의 경쟁력을 획기적으로 강화할 것입니다.