[페이턴트] 미래 자동차 연비, 알루미늄 소재 기반 경량화로 늘린다
[페이턴트] 미래 자동차 연비, 알루미늄 소재 기반 경량화로 늘린다
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한국기계연구원이 지난 2017년 11월 21일 출원해 올해 1월 12일 등록받은 '소부경화성이 우수한 고강도 알루미늄 합금 판재 및 이의 제조방법' 특허 대표 도면. 그림=키프리스 캡처
한국기계연구원이 지난 2017년 11월 21일 출원해 올해 1월 12일 등록을 받은 '소부경화성이 우수한 고강도 알루미늄 합금 판재 및 이의 제조방법' 특허 대표 도면. 그림=키프리스 캡처

[비즈월드] #. 소부경화성이 우수한 고강도 알루미늄 합금 판재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 판재 제조시 용체화 처리 이후 65 내지 145 ℃의 온도에서 3 내지 250분 동안 예비열처리를 수행함으로써, 판재의 이송 및 보관 중의 자연시효로 인한 물성변화를 억제하고 차체 성형 및 도장 후 소부경화에 의해 강도를 더욱 향상시킬 수 있어 고강도를 갖는 경량 수송기기 차체를 제조할 수 있는 장점이 있다.

한국기계연구원이 지난 2017년 11월 21일 출원해 2018년 1월 12일 등록(등록번호 제101820012호)받은 '소부경화성이 우수한 고강도 알루미늄 합금 판재 및 이의 제조방법' 특허의 요약문입니다.

수소나 전기 등 휘발유나 경유 등 석유 연료를 대체하는 미래 자동차는 거스를 수 없는 대세입니다. 자율주행차 역시 대체연료를 사용한다는 점에서는 같습니다.

이는 전 세계적으로 이산화탄소 배출을 줄이는 환경 규제의 강화와도 직결됩니다. 이제 완성차 업계는 친환경 자동차를 개발할 수밖에 없습니다.

친환경 미래 자동차가 성공적으로 정착하기 위한 중요한 요건 중 하나는 연비입니다. 전기나 수소차는 휘발유나 경유에 비해 아직은 연비가 취약합니다.

연비를 줄이는 데는 효율적인 연소 등 여러가지가 있지만 그 중에서도 가장 좋은 방법은 차량의 무게를 줄이는 것입니다. 차량의 무게가 줄어들면 비례해서 연료 소모도 줄어들기 때문입니다. 차량 경량화의 필요성이 더욱 커지고 있습니다.

이와 관련해 차량에 주로 사용되는 철강 소재를 대체하기 위한 알루미늄 합금 기술이 크게 발전하고 있다는 소식입니다. 알루미늄 합금 개발과 관련된 특허 출원이 크게 늘고 있다는 것이 이를 방증합니다.

그림=특허청 제공
그림=특허청 제공

비즈월드가 특허청 자료를 분석한 결과 지난 2016년 자동차 차체, 엔진, 휠 등에 적용되는 알루미늄 합금개발과 관련된 특허 출원건수가 지난 2007년 대비 약 2.3배 늘어난 것으로 나타났습니다. 10년만에 일어난 큰 변화입니다. 특히 자동차용으로 개발된 알루미늄 합금 출원 건수는 전체 알루미늄 합금 출원 건수의 61%에 달했습니다.

알루미늄의 무게는 철의 3분의 1에 불과합니다. 단순 알루미늄의 경우 동일한 강도를 고려할 때 철강 소재보다 약 1.5배 정도 두껍게 제작돼야 합니다. 또한 제조 비용면에서는 철에 비해 약 60% 정도 비싸다는 단점이 있습니다.

그럼에도 불구하고 알루미늄 합금의 차량 적용은 계속 늘고 있습니다. 무게를 줄여야 한다는 어쩔 수 없는 필요성 때문입니다. 알루미늄의 차량 적용은 지난 2015년의 경우 차량 중량의 10%를 차지하고 있습니다. 이는 오는 2020년에는 약 13% 정도까지 늘어날 것으로 예상됩니다.

특허청이 출원된 특허를 알루미늄 합금 종류 면에서 분석한 결과 다이캐스팅, 사형 주조 등을 포함한 주조법으로 제조된 주조용 합금(Casting Alloy)이 43%로 가장 비중이 컸습니다. 이어서 ▲압연 32% ▲압출 16% ▲단조 5% ▲신선 4% 방법 등이었습니다.

자동차용 알루미늄 합금 종류별, 용도별 출원동향. 표=특허청 제공
자동차용 알루미늄 합금 종류별, 용도별 출원동향. 표=특허청 제공

알루미늄 합금 용도별로는 자동차 부품용으로 적용되는 합금이 42%, 차체구조용 합금이 32%, 엔진용 합금이 23%, 휠용 합금이 3%를 차지하는 것으로 조사됐습니다.

2007년부터 16년까지 출원인별로는 내국인이 56%, 외국인이 44%를 차지했습니다. 내국인 중에서는 기업체가 73%, 대학 및 연구소가 27%를 차지했습니다. 외국인 중에서는 일본기업이 60%, 유럽기업이 21%, 북미기업이 18%, 중국기업이 1%를 차지했습니다. 자동차 산업에서 세계 최고로 꼽히는 일본의 출원이 많다는 점이 눈에 띕니다. 그만큼 선진 기업들도 차세대 자동차에 대비해 지식재산권 확보에 열을 올리고 있다는 점을 보여주고 있습니다.

특허청 금속심사팀 관계자는 “제조비용으로 인해 알루미늄 합금은 아직까지 철강소재에 비해 확실한 대체재로서 자리잡지는 못했으나 친환경 수요에 발맞춰 차량 경량화를 위한 소재개발 경쟁은 한층 치열해질 것으로 예상된다“라며 ”각 기업에서 고강도 경량 알루미늄 합금 개발에 더욱 박차를 가할 것으로 예상되며, 시장 선점을 위해서는 관련 특허권 확보를 위한 노력을 병행해 나가는 것이 무엇보다 중요하다”고 강조했습니다.


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