철 불순물 가둬 마그네슘 부식 막았다

울산과학기술원 신소재공학과 박성수 교수팀이 마그네슘에 남은 철 불순물을 제거하지 않고 미세 입자 내부에 가두는 방식으로 내식성을 높인 합금을 개발했다. 철과 마그네슘의 직접 접촉을 차단하는 설계로, 물기와 소금기에 취약했던 마그네슘 소재의 부식 문제를 완화했다.

연구팀은 마그네슘 합금에 스칸듐을 미량 첨가해 철이 스칸듐 화합물 껍질에 둘러싸이는 코어-쉘 구조를 구현했다. 합금이 굳을 때 철이 많은 코어가 먼저 형성되고 그 위를 철이 거의 없는 껍질이 덮도록 설계했다. 여러 원소를 이론적으로 계산한 뒤 적합한 첨가물로 스칸듐을 선정했다.

마그네슘은 구조용 금속 가운데 가장 가볍고 알루미늄보다도 무게가 적어 자동차와 항공기, 드론, 휴대용 전자기기의 경량화 소재로 주목받아 왔다. 그러나 상용 원료에 포함된 미량의 철이 주변 마그네슘을 먼저 녹게 해 표면 손상을 빠르게 키우면서 활용 확대에 제약이 있었다.

같은 마그네슘-알루미늄 합금을 3일간 소금물에 담근 실험에서 스칸듐을 넣지 않은 합금은 심하게 부식됐지만 첨가 합금은 큰 형태 변화가 없었다. 알루미늄과 망간, 아연 등이 든 상용 합금도 극미량의 스칸듐을 넣자 부식 속도가 7분의 1 수준으로 낮아졌다. 개발 합금은 초고순도 합금보다 철 함량이 6배 이상 높으면서도 부식은 더 느려 고순도 원료 의존도를 낮출 가능성을 보였다. 연구 결과는 7월 23일 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 온라인 게재됐으며 과학기술정보통신부와 한국연구재단 등의 지원을 받았다.