한국재료연구원이 세계 최고 성능의 희토류 저감형 영구자석을 개발했다.
한국재료연구원(KIMS·원장 이정환)은 이정구, 김태훈 분말재료연구본부 자성재료연구실 연구팀이 고가 희토류 네오디뮴(Nd) 사용량을 약 30% 줄이고도 상용 자석(42M 등급) 수준의 성능을 발휘하는 희토류 저감형 영구자석 개발에 성공했다고 29일 밝혔다.
네오디뮴(Nd)은 고가에 수급도 매우 불안정하지만, 영구자석 성능 구현에 필수이기 때문에 지금까지 선택의 여지 없이 사용됐다. 영구자석에 들어가는 네오디뮴 함량을 줄이려면 저가의 세륨(Ce) 함량을 높여야 하는데 자석의 자기적 특성까지 악화된다.
연구팀은 세륨 함량 증가에 따른 자기적 특성 악화의 원인을 규명하는 데 초점을 맞췄다. 원자 규모의 미세조직을 제어하는 방법으로 문제를 해결했다.
연구팀은 먼저 기존 공정에서 영구자석 내에 불필요한 자성입자가 형성된다는 사실을 확인했다.
이어 기존 공정 대신에 멜트스핀법과 열간변형법을 적용해 영구자석 내 불필요한 자성입자의 형성을 억제해 자석의 미세구조를 최적화하고, 영구자석의 주요 특성인 잔류자화와 보자력을 동시에 높였다.
국내 고효율 모터용 희토류 영구자석 시장규모는 2021년 기준 연 1860억원에 달하지만 거의 전량 수입하고 있다. 기술 상용화에 따라 순수 국내기술로 희토류 자원문제와 소재·부품·장비 이슈를 동시에 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
김태훈 선임연구원은 “중국의 희토류 자원 무기화, 일본의 소재 수출 규제, 글로벌 탄소 저감 이슈를 고려할 때 희토류 영구자석 소재 기술 국산화는 반드시 풀어야할 숙제였다”며 “고효율 모터가 필요한 전기자동차, 드론, 플라잉카, 전기선박 등 고부가가치 산업 분야에 활용할 수 있을 것”이라 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 KIMS 주요사업인 '성능재단형 복합자기구조 자성분말 소재기술 개발 과제'로 수행됐다. 연구 결과는 금속재료 분야 학술지 '스크립타 머티리얼리아'에 3월 17일에 실렸다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
