소금물에 3일 담가도 멀쩡… UNIST, 값비싼 고순도 금속 대체 마그네슘 합금 개발

박성수 교수팀, 불순물 철 제거 대신 입자 안에 가두는 설계 기술 개발

상용 합금 대비 부식 속도 1/7 수준↓… Science Advances 논문 게재

가장 가벼운 금속이지만 수분과 소금기에 약해 상용화에 애를 먹던 마그네슘의 치명적 단점을 극복하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

새로운 마그네슘 합금이 등장하면서, 전기차와 드론 등 차세대 모빌리티 경량화 시장에 지각변동이 예상된다.

UNIST(울산과학기술원) 신소재공학과 박성수 교수팀은 마그네슘 내부의 철 불순물을 원천 제거하는 대신, 극미량의 스칸듐을 첨가해 철을 작은 입자 안에 가두는 설계 기술을 개발했다고 12일 전했다.

연구진, 박성수 교수(좌측)와 김정기 연구원. UNIST 제공

마그네슘은 알루미늄보다 가벼워 자동차, 항공기, 드론, 휴대용 전자기기 등 경량화가 필수적인 첨단 산업의 핵심 소재로 꼽혀왔다. 하지만 수분이나 소금기에 노출되면 쉽게 녹아내리는 치명적인 약점 탓에 실제 현장 적용에는 한계가 명확했다. 마그네슘 원료에 미량 들어있는 철 불순물이 주변 마그네슘을 먼저 녹여 표면을 빠르게 손상시키기 때문이다.

연구팀은 이 불순물을 역으로 이용했다. 마그네슘 합금에 스칸듐을 극미량 섞으면, 철이 스칸듐 화합물 껍질에 둘러싸이는 '코어-쉘(Core-Shell)' 구조가 형성되는 원리를 응용했다. 철이 마그네슘 표면에 직접 닿지 않도록 방어막을 친 셈이다.

효과는 확실했다. 기존 마그네슘 합금을 소금물에 3일간 담가놓았을 때는 형체를 알아보지 못할 정도로 심하게 부식됐으나, 이번에 개발한 합금은 형태 변화가 거의 없었다. 상용 마그네슘 합금 기준 부식 속도는 기존 대비 7분의 1 수준으로 떨어졌다.

이번 연구가 산업계에 가져올 파장도 크다. 지금까지 마그네슘의 부식을 막으려면 철 함량을 극도로 낮춘 비싼 고순도 원료를 써야만 했다. 그러나 이번 기술은 고순도 원료보다 철 함량이 6배 이상 높은 일반 원료를 써도 부식 속도가 오히려 더 늦췄다. 고가 소재로 분류되던 마그네슘의 단가를 대폭 낮출 수 있는 길이 열린 셈이다.

박성수 교수는 "그동안 마그네슘 기반 소재의 내식성을 높이려면 철 함량을 최대한 줄인 값비싼 고순도 원료가 필요하다는 인식이 강했는데, 이번에 개발된 합금은 초고순도 마그네슘 합금보다 철 불순물 함량이 6배 이상 높은데도, 부식 속도가 더 느리다"며 "값비싼 초고순도 원료에 대한 의존도를 낮출 수 있어 고가소재로 인식되던 마그네슘 소재의 산업 경쟁력을 높일 수 있는 설계 기술이 될 것"이라고 말했다.

미래 모빌리티와 첨단 기능성 소재로서의 마그네슘. [AI 생성 연구이미지]

이번 연구 결과는 세계적 권위의 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 게재됐다.

영남취재본부 김수로 기자 relationship6007@asiae.co.kr