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중소기업 기술로드맵 조회결과

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금속 및 세라믹소재

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알루미늄 기반 고기능 소재
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

알루미늄 기반 고기능 소재 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 알루미늄 기반 고기능 소재란 경량성, 가공성, 주조성, 표면처리성, 내식성, 비자기성, 전도성, 반사성, 밀폐/차폐성, 재활용성 등의 특성을 갖는 순 알루미늄 및 알루미늄 합금을 이용한 주조재 및 가공재를 포함하는 금속소재라 정의함
  • 범위 : 알루미늄 소재는 알루미늄 괴, 압연 판재, 압연 박판, 압출재, 주조재 등으로 분류
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
알루미늄 기반 고기능 소재 알루미늄 괴 - 순 알루미늄 지금, 재활용 지금, 알루미늄 합금 괴, 알루미늄 모합금 괴
압연 판재 - DC주조 판재, 연속주조 판재
- 후판재, 열연 판재
압연 박판 - 알루미늄 박
압출재 - 봉재, 관재, 형재
주조재 - 다이캐스팅 주조재, 사형주조재, 금형주조재, 정밀주조재

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마공급망 관점세부기술
알루미늄 기반 고기능 철강소재(제강) - 제강 공정에서 용강 내 산소 제어를 위한 알루미늄 탈산제 제조, 리사이클링 알루미늄을 활용한 탈산용 알루미늄 성형체 제조 등 주로 성분 제어 위주의 기술
자동차 - 환경/연비 규제에 따른 차량 경량화 이슈로 알루미늄 합금 적용이 가장 활발하게 이루어지고 있는 산업으로 엔진부품에서 차체 및 외관에 이르는 전체 부품
- 엔진부품으로 고온용 알루미늄 합금, 차체부품으로 고강도 합금, 외판용 고성형성 합금 등 각 적용 분야에 따른 특성 확보 기술
- 부품별 성형, 용접, 표면처리 등 요소기술 확보 필요
철도/조선 열차의 객차 등 대형 구조물에 고강도 압출재를 적용 중이며 용접성 확보가 필수적임
- 전체적인 수송기기 경량화 이슈 대응 소재로 알루미늄 합금이 우선되고 있으며 우수한 극저온 특성으로 저장용기 등으로 확대 적용 가능
항공우주 - 항공산업의 고유한 특징인 소량, 다품종 및 높은 진입장벽으로 인해 소재ㆍ부품의 국산화 저조
- 우수한 기계적 성질을 갖는 가공용 알루미늄합금으로 고강도 Al-Cu계(2000계), Al-Zn계(7000계) 합금과 저밀도 Al-Li 합금을 주로 사용
IT/기계부품 - 고진공 IT 장치, 정밀기계, 스마트폰 등 부품 적용을 위한 합금 기술 및 가공 기술 요구
건축 - 샤시용 압출재 등 기존 건축용 소재 시장과 함께 도시 미관을 위한 건물 외관 적용 등 적용 분야 확대를 위한 소재 기술과 함께 표면처리 기술 요구
포장재 - 알루미늄 박판 및 호일을 이용하여 음료캔, 식음료 포장재 둥에 적용 중으로 안정적인 시장을 형성하였으며 박육화 요구 및 재활용 스크랩 적용 확대를 위한 불량 감소 및 성형성 향상 기술 요구
3. 시장현황 및 전망분석
가. 시장현황 및 전망

- 전 세계 알루미늄 기반 고기능 소재 시장은 2016년 446억 달러로 경량 소재 시장에서 가장 큰 시장을 형성하고 있으며 지속적인 경량소재 수요에 의하여 2021년 약 692억 달러로 전망
- 2016년-2021년 기간 중 전 세계 알루미늄 신지금 수요는 연간 4.2% 수준의 성장이 예상되며 주로 중국 주도의 시장 흐름이 지속될 예정(출처 : RUSAL)
- 최근 수년간 공급 과잉 상태인 알루미늄 시장이 2016년 이후 공급 부족으로 변환되어 2021년 신지금 공급 부족이 2.1백만 톤에 이를 것으로 추정(출처 : RUSAL)

(단위: 백만달러)

제품 시장현황 및 전망
구분'16'17'18'19'20'21CAGR
세계시장 44,600 48,700 53,200 58,100 63,400 69,200 8.0

* 출처 : Markets and Markets, “Lightweight Materials Market”, 2014

4.기술분석
가. 기술동향 분석

- 자동차 차체용 알루미늄 소재는 각 업체별로 고유 소재 및 공정기술을 개발한 상태이며, 일본 Kobe사의 5J32, 6K21 등이 대표적
- 알루미늄 합금을 자동차 부품에 적용할 경우 현재 기존 강판 소재 대비 1.3~2배 정도의 가격 상승이 예상되므로 원가 절감에 대한 연구가 절실한 상태
- 소재비용 절감측면에서 Novelis는 기존 음료캔재 중심의 재활용 역량을 차체 소재로 적용하기 위해 높은 Fe, Si 함량에 따른 판재 제조, 성형성 등의 기술개발도 진행
- 기존 DC 공정 대비 공정생략형인 연속박판주조 공법을 이용한 판재의 자동차 구조 패널 등에 적용할 경우 기존 DC공정에 비해 에너지 측면에서 약 20%, 생산 비용 측면에서 15% 정도의 비용 절감이 가능
- 기존 DC 공정 대비 공정생략형인 연속박판주조 공법을 이용한 판재의 자동차 구조 패널 등에 적용할 경우 기존 DC공정에 비해 에너지 측면에서 약 20%, 생산 비용 측면에서 15% 정도의 비용 절감이 가능
- 미국의 Alcoa에서는 Micromill 기술 적용으로 생산 시간의 획기적인 단축 및 40% 이상의 성형 특성 향상이 가능한 알루미늄 박판 제조 공정 개발

5.핵심요소기술 선정

- 확정된 요소기술을 대상으로 산․학․연 전문가로 구성된 핵심요소기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정
- 핵심요소기술 선정은 기술개발시급성(10), 기술개발파급성(10), 단기개발가능성(10), 중소기업 적합성 (10)을 고려하여 평가

[ 알루미늄 기반 고기능 소재 분야 핵심요소기술 ]

알루미늄 기반 고기능 소재 분야 핵심요소기술
분류핵심 요소기술개요
알루미늄 합금설계 및 주조공정 기술 고강도 알루미늄 합금설계 및 연속주조공정 기술 경량화 부품 적용 확대를 위한 합금설계를 통한 고강도화 기술과 생산성/경제성 확보를 위한 연속주조공정 기술
압출용 알루미늄합금 빌렛 제조공법 개선을 통한 생산성 및 품질 향상 기술 자유 단면 형상 빌렛, 원심주조 중공형 빌렛 등 빌렛 제조공법 개선을 통하여 압출력 절감, 정형 제조 등이 가능한 기술
액상기반 조직제어 기술 및 고강도/고연성/내열성 주조재 제조 기술 입자미세화, 전자기, 초음파 등의 용탕처리를 통하여 주조재나 가공재의 미세조직을 미세화하여 특성을 향상시키는 기술
알루미늄 가공공정 기술 고속 온간성형용 고강도 알루미늄 합금 설계 및 판재 제조기술 온간 성형성 개선을 통한 고속 성형 기술과 집합조직 제어를 통하여 성형성을 향상시키는 제조 기술
저비용고강도 알루미늄 합금 판재 제조 및 열처리 조직제어 기술 표면 경도 증가, 유색 표면처리 등이 가능한 아노다이징 적용이 가능한 고강도 알루미늄 합금 제조 기술
고강도 알루미늄 합금 고속압출 및 일괄 열처리 기술 열교환기 브레이징용 알루미늄 클래드재의 강도, 침식성 등 특성 향상을 위하여 소재설계, 소성가공, 열처리 등으로 미세조직을 제어하는 기술
알루미늄 부품 제조 기술 경량 전선용 알루미늄 와이어 연속주조 및 신선가공 기술 전선 경량화를 위한 알루미늄 와이어 소재를 연속주조를 통하여 제조한 후 신선 가공하여 특성을 확보하는 기술
전자기기용 고강도 고성형성 알루미늄합금 판재 제조 기술 프레스 성형 등을 통한 전자기기용 부품 제조가 가능한 고강도, 고성형성의 알루미늄 판재 제조 기술