기존 마그네슘-알루미늄 합금(오른쪽)은 3일 동안 소금물에 담가 두자 심하게 녹았지만 스칸듐을 미량 첨가해 코어-쉘 설계 기술이 적용된 마그네슘 합금(왼쪽)은 큰 변화가 없었다. UNIST 제공 상용 합금과 비교해 부식 속도가 7분의 1에 불과한 고내식 마그네슘(Mg) 합금이 개발됐다.울산과학기술원(UNIST)은 박성수 신소재공학과 교수팀이 마그네슘 합금 속 철 불순물을 제거하는 대신 작은 구조체 안에 가두는 설계 기술을 개발해 고내식성 마그네슘 합금을 구현했다고 12일 밝혔다. 연구결과는 지난달 23일(현지시간) 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 공개됐다.
마그네슘 합금은 가볍고 단단해 자동차·항공우주·전자기기에서 유망한 경량 소재로 꼽히지만 수분이나 소금기가 있으면 쉽게 부식된다는 점이 문제다. 특히 철(Fe) 불순물이 합금 내부에 전기화학적인 전위 차이를 만들며 주변 마그네슘 부식을 가속한다. 그동안 마그네슘 기반 소재의 내식성을 높이려면 철 함량을 최대한 줄인 값비싼 고순도 원료가 필요하다는 인식이 강했다.
연구팀은 마그네슘 합금에 스칸듐(Sc)을 미량 첨가해 고내식성 합금을 개발했다. 스칸듐 화합물 껍질이 철을 감싼 '코어-쉘' 구조가 형성돼 철이 마그네슘과 직접 닿는 것을 방지한다.
실험 결과 마그네슘-알루미늄 합금은 3일 동안 소금물에 담가 두자 심하게 녹았지만 스칸듐을 미량 첨가한 합금은 큰 변화가 없었다. 금속의 두께 변화량을 기준으로 부식 속도는 60분의 1에 그쳤다.
알루미늄 외에 망간, 아연 등이 첨가된 상용 마그네슘 합금에서는 스칸듐을 극미량 첨가하는 것만으로도 부식 속도가 7분의 1로 줄었다.
박 교수는 "개발된 합금은 초고순도 마그네슘 합금보다 철 불순물 함량이 6배 이상 높은데도 부식 속도가 더 느리다"며 "값비싼 초고순도 원료에 대한 의존도를 낮출 수 있어 고가 소재로 인식되던 마그네슘 소재의 산업 경쟁력을 높일 수 있는 설계 기술이 될 것"이라고 말했다.
<참고 자료>
- doi.org/10.1126/sciadv.aee9898
왼쪽부터 박성수 UNIST 신소재공학과 교수, 김정기 연구원. UNIST 제공