울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 박성수 교수팀이 마그네슘 합금의 고질적인 부식 문제를 해결하는 새로운 설계 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 철 불순물을 완전히 제거하는 대신 미세한 입자 안에 가두는 방식이다.
마그네슘은 구조용 금속 중 가장 가볍다. 자동차와 항공우주, 드론 등 경량화 산업의 핵심 소재로 꼽힌다. 하지만 수분이나 염분에 쉽게 부식되는 단점이 상용화의 가장 큰 걸림돌이었다.
기존 마그네슘 합금의 부식은 원료에 섞인 미량의 철 불순물이 주된 원인이다. 철이 주변 마그네슘과 반응해 표면 손상을 가속한다. 이 때문에 내식성을 높이려면 철 함량을 최대한 낮춘 값비싼 초고순도 원료를 써야 했다.
연구팀은 마그네슘 합금에 극미량의 스칸듐을 첨가해 이 문제를 해결했다. 스칸듐 화합물이 철이 많은 중심부를 껍질처럼 감싸는 이른바 ‘코어-쉘’ 구조를 형성한다. 이를 통해 철과 마그네슘의 직접적인 접촉을 차단해 부식을 원천적으로 막는다.
부식 억제 효과는 뚜렷했다. 개발된 합금은 소금물에 3일 동안 담가두어도 형태 변화가 없었다. 부식 속도는 22.2㎜/y에서 0.38㎜/y로 낮아져 약 60분의 1 수준으로 급감했다. 알루미늄과 망간 등이 포함된 대표 상용 합금(AZ31 계열)에 적용했을 때도 부식 속도가 7분의 1로 줄었다.
이번 연구는 값비싼 초고순도 원료를 쓰지 않고도 높은 내식성을 확보했다는 데 의의가 있다. 개발된 합금은 기존 초고순도 합금보다 철 함량이 6배 이상 높지만 부식은 더 느리게 진행된다.
박 교수는 “값비싼 초고순도 원료에 대한 의존도를 낮출 수 있어 고가소재로 인식되던 마그네슘 소재의 산업 경쟁력을 높일 수 있는 설계 기술이 될 것”이라고 설명했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 7월 23일 온라인 게재됐으며 과학기술정보통신부 한국연구재단의 지원을 받았다.