한국재료연구원(KIMS·원장 최철진)은 나노재료연구본부 김태훈·이정구 박사 연구팀이 연세대학교 이우영 교수 연구팀과 공동연구를 통해 고가의 중희토류를 사용하지 않고도 고성능 영구자석을 제작할 수 있는 독자적 신규 입계확산공정을 세계 최초로 개발했다고 3일 밝혔다.
영구자석은 전기차 모터와 로봇 등 다양한 고부가가치 제품에 핵심 부품으로 사용된다. 기존 영구자석 제조 공정은 중국이 독점적으로 생산하는 중희토류 사용이 불가피해 자원 의존도가 높고 원가도 비싸다는 한계가 있었다.
연구팀은 기존 영구자석 공정의 단점을 극복하기 위해 비싼 중희토류 없이 강력한 성능을 구현하는 영구자석 개발에 성공했다.
기술의 핵심은 2단계 입계확산공정이다. 입계확산공정은 자석의 성능을 향상시키기 위한 기술이다. 자석에 필요한 물질을 자석 표면에 얇게 도포하고 고온에서 열처리를 하면 물질이 자석 내부에 들어가면서 자석이 자성을 유지하는 '보자력'을 향상시킬 수 있다.
연구팀이 개발한 2단계 입계확산공정은 우선 고융점 금속이 포함된 신물질을 영구자석 표면에 고온 침투시키고 상온에서 냉각 처리한다. 이후 프라세오디뮴(Pr)과 같은 저가 경희토류 함유물질을 재도포해 고온 처리한다.
이를 통해 확산물질이 자석 내부에 빠르게 침투해 경희토류를 사용했음에도 중희토류를 사용한 상용자석과 동등한 45SH(슈퍼하이)에서 40UH(울트라하이) 성능을 구현할 수 있을 정도로 보자력이 향상됨을 확인했다.
이 기술이 상용화될 경우 고효율 모터를 요구하는 전기차, 드론, 플라잉카와 같은 고부가가치 산업 분야에서 영구자석 제조 원가 절감과 성능 향상을 모두 충족할 것으로 기대된다.
이번 연구성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업 지원을 받아 진행됐다. 연구 결과는 세계적인 학술지 '액타 머터리얼리아(Acta Materialia)'에 온라인 게재됐다.
김태훈 선임연구원은 “이번 기술은 새로운 개념 도입을 통해 고급 자석 제조에서 중희토류 의존을 탈피할 수 있는 가능성을 보여줬으며 나아가 영구자석 분야 핵심 공정인 입계확산공정 관련 연구가 가야 할 새로운 방향을 제시했다”면서 “이 기술이 상용화되면 우리나라가 영구자석 기술 분야에서 가장 핵심적인 부분을 선점하는 첫 사례가 될 것”이라고 말했다.
창원=노동균 기자 defrost@etnews.com
