마그네슘 합금의 부식을 크게 줄일 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

울산과학기술원(UNIST)은 신소재공학과 박성수 교수팀이 마그네슘 속 철 불순물을 완전히 제거하는 대신 작은 입자 안에 가두는 설계 기술로 고내식성 마그네슘 합금을 만들었다고 12일 밝혔다.

연구팀에 따르면 마그네슘은 구조용 금속 중 가장 가볍다. 알루미늄보다 가벼워 자동차, 항공기, 드론, 휴대용 전자기기처럼 경량화가 필요한 분야에서 주목받아 왔지만, 물기나 소금기에 의해 쉽게 부식되는 탓에 널리 쓰이기 어려웠다.

마그네슘 합금 부식을 빠르게 키우는 요인으로는 철 불순물이 있다.

상용 마그네슘 원료에 미량의 철이 들어 있는데, 철이 주변 마그네슘을 먼저 녹도록 만들어 표면을 빠르게 손상한다.

이에 연구팀은 철 불순물을 입자 안에 가둬 마그네슘과 직접 닿는 것을 차단하고자 마그네슘 합금에 스칸듐을 미량 첨가하는 방법을 고안했다.

스칸듐을 넣게 되면 철이 스칸듐 화합물 껍질에 감싸진 '코어-셸'(Core-shell) 구조가 만들어진다. 이 구조를 만들기 위해서는 합금이 굳는 과정에서 철이 많은 코어가 먼저 생기고, 그 위를 철이 거의 없는 껍질이 덮어야 한다.

연구팀은 여러 원소를 대상으로 이론 계산을 한 뒤 적합한 첨가물로 스칸듐을 골랐다.

실험 결과 스칸듐을 넣지 않은 마그네슘-알루미늄 합금은 3일 동안 소금물에 담그자 심하게 녹아버렸지만, 스칸듐을 넣은 합금은 큰 형태 변화를 보이지 않았다.

무게 변화로 계산한 부식 속도는 22.2㎜/y에서 0.38㎜/y로 느려져 기존의 약 60분의 1 수준에 그쳤다. 이 단위는 부식 속도를 나타내는 것으로, 같은 속도로 1년 동안 부식됐을 때 금속 두께가 몇 ㎜ 줄어드는지를 뜻한다.

또 상용 마그네슘 합금에 극미량의 스칸듐을 넣는 것만으로도 부식 속도가 7분의 1 수준으로 늦춰졌다. 상용 마그네슘 합금은 알루미늄 외에 망간, 아연 등이 첨가됐다.

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 원료에 대한 의존도를 낮출 수 있어 고가 소재로 인식되던 마그네슘 소재 산업 경쟁력을 높일 수 있을 것"이라고 말했다.

과학기술정보통신부 한국연구재단 지원을 받은 이번 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances)에 지난달 23일 온라인으로 게재됐다.