철 불순물 가둬 마그네슘 부식 억제

울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 박성수 교수팀이 마그네슘 내부의 철 불순물을 제거하지 않고 미세 입자 안에 가두는 방식으로 고내식성 합금을 개발했다. 새 합금은 소금물에 3일간 담근 뒤에도 큰 형태 변화가 없었으며, 상용 마그네슘 합금에 기술을 적용했을 때 부식 속도는 기존의 7분의 1 수준으로 줄었다.

핵심은 마그네슘 합금에 미량의 스칸듐을 첨가해 철과 마그네슘의 직접 접촉을 차단하는 데 있다. 합금이 굳을 때 철 함량이 높은 중심부가 먼저 생성되고, 그 바깥을 철이 거의 없는 스칸듐 화합물 껍질이 감싸는 ‘코어-쉘’ 구조가 형성된다. 같은 마그네슘-알루미늄 합금으로 비교한 결과 스칸듐이 없는 시료는 소금물에서 심하게 부식됐지만, 첨가 시료는 외형을 유지했다.

무게 변화를 토대로 산출한 부식 속도는 연간 22.2㎜에서 0.38㎜로 낮아져 약 60분의 1에 머물렀다. 연간 부식 속도는 동일한 상태가 1년간 이어질 때 금속 두께가 얼마나 감소하는지를 나타낸다. 알루미늄과 함께 망간·아연 등이 들어간 상용 합금에서도 극미량의 스칸듐만으로 부식 속도가 7분의 1까지 낮아지는 효과가 확인됐다.

마그네슘은 구조용 금속 가운데 가장 가볍고 알루미늄보다도 가벼워 자동차와 항공기, 드론, 휴대용 전자기기의 경량화 소재로 주목받아 왔다. 그러나 상용 원료에 섞인 미량의 철이 물기나 염분 환경에서 부식을 촉진해 활용 확대에 제약이 있었다. 이번 합금은 초고순도 마그네슘 합금보다 철 불순물이 6배 이상 많은데도 더 낮은 부식 속도를 보였다. 고가의 초고순도 원료 의존도를 낮출 가능성을 제시한 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 7월 23일 온라인 게재됐다.