레이저 충격 강화 기초 연구

레이저 충격 강화 시스템

고성능 부품은 일반적으로 고속, 고정밀, 고안정성 혹은 사용 환경이 극히 복잡하고 열악한 조건 하에서의 작업에 사용되며 일반적으로 표면 특성 개선을 거친 기술 수단을 통해 성능 최적화를 실행하게 된다. 예를 들면, 스프레이 필(Spray Pill), 롤링(Rolling), 화학 처리, 표면 코팅 등의 기술은 부품 성능을 향상시킨다. 하지만 이런 전통 기술은 일반적으로 불량품 비율이 높고 가공 효율성이 낮은 등 난제를 함유하고 있으며 특히 성능 지표를 보장하기 어려운 문제점을 내포하고 있는 상황이다.
최근 새롭게 개발된 레이저 충격 강화(Laser Shock Strengthen) 기술은 강한 레이저 빔이 생성시키는 플라즈마 충격파를 이용해 고강도 순간 응력 방식으로 하여금 금속 부품 표면에서 역할을 발휘할 수 있도록 하는 기술에 속한다. 부품 표면 층에서 탈구(Dislocation), 트윈 결정, 결정 입자 미세화 등 마이크로 구조 조직 진화를 발생시켜 1㎜ 두께를 초월하는 잔류 압축 응력 층을 형성함으로써 열악하고 까다로운 사용 조건 하에서 부품의 경도, 강도, 피로 성능, 내마모성과 부식 저항 성능을 대폭 향상시킬 수 있게 된다.
지난 2009년도부터 중국과학원 선양(瀋陽) 자동화 연구소 산하 ‘장비 제조 기술 연구실’의 ‘레이저 충격 강화 연구팀’은 고성능 부품 레이저 충격 강화 기초이론 연구 및 실험 분석 연구를 통해 혁신적인 성과를 취득해 이슈가 되고 있다. 현재 연구팀은 관련 연구를 통해 레이저 충격 강화 가공 품질 안정성 문제를 효과적으로 해결했을 뿐만 아니라 정밀 제어를 실현하는데도 성공했다.
연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 중국과학원 선양 자동화 연구소가 개발한 설비와 공법 기술을 이용해 헬리콥터 꼬리 부분 트위스트 커플링 피로 수명을 5배 이상 수준으로 향상시켰으며, 쇼트 아크 수은 노출(Short Arc Mercury Exposure) 수명을 20% 이상 향상시키는데 성공했다. 동시에 수중 로봇 알루미늄 합금 구조 부품 강도를 12% 이상 올리고, 특정 유형의 엔진 블레이드 진동 피로 수명을 2.1×106 수준에서 2.6×107 수준으로 상승시켰다.