▲ 해수분위기의 용액(3.5wt.% NaCl )에 14일 침지후 꺼낸 AZ31-Ti 합금(左)과 AZ91D 합금. AZ31-Ti 합금은 장시간 침전에서도 균일 부식이 유지돼 쉽게 부서지지 않는다..

대표적인 경량소재인 마그네슘(Mg)에 미량의 타이타늄(Ti)을 첨가해 내식성을 획기적으로 높인 합금이 국내 연구진에 의해 개발돼 마그네슘 소재부품 상용화가 촉진될 전망이다.

홍익대학교 신소재공학과 김우진 교수 연구팀은 최근 획기적으로 내식성을 확보할 수 있는 초내식 마그네슘 합금을 개발 성공해 현재 특허출원 신청을 마무리했다고 밝혔다.

마그네슘은 알루미늄 비중의 2/3에 불과하고 전자파 차폐 특성이 우수해 경량화가 필요한 자동차 부품, IT용 케이스, LED용 방열부품 등에 널리 활용되고 있는 소재다. 그러나 높은 산화특성 및 부식성으로 인해 구조용 소재로 사용하기 위해서는 내식성 표면처리가 필요하고 표면처리 이후에도 다양한 문제가 발생할 수 있어 가혹한 환경에서는 사용이 어렵다는 단점이 있었다.

이러한 단점을 해결하기 위해 연구팀은 판재용으로 사용되는 AZ31 마그네슘합금 (Mg-3%Al-1%Zn)에 극미량의 Ti를 첨가해 합금(AZ31-Ti)을 개발했다. 이는 기존의 상용마그네슘 중 가장 내식성이 우수한 것으로 알려져 있는 AZ91D(Mg-9%Al-1%Zn)합금에 비해 내식성이 탁월한 것으로 나타났다.

실제로 마그네슘 합금에 가장 가혹하다고 알려진 해수 부식실험 결과 해수분위기 용액에 침지후 14일이 지난후 AZ31-Ti 소재는 부식돼 없어진 마그네슘의 양이 AZ91D합금에 비해 1/9에 불과한 것으로 조사됐다. 또한 AZ91D합금은 장시간 침지 후엔 표면이 침식돼 골다공증을 앓는 뼈와 같은 구조로 바뀌어 쉽게 부서지지만 AZ31-Ti 소재는 장시간 침전에서도 균일 부식이 유지돼 이러한 현상이 발생하지 않았다.

특히 AZ31-Ti는 ppm 단위의 극미량의 Ti를 첨가해 합금화시킴으로써 원가경쟁력을 갖췄다. 기존 내식성이 우수한 마그네슘 합금에는 값비싼 CaO, Ca, 희토류 등이 첨가되면서 제조원가가 상승해 상용화에 걸림돌이 됐다. 김우진 교수 연구팀은 AZ31-Ti를 기존 상용화된 마그네슘 소재와 동등수준의 가격에서 공급이 가능할 것으로 예상했다.

김우진 교수는 “내식성에 최적화된 미세구조를 갖는 개발합금은 탁월한 내식성을 확보하고 있어 마그네슘소재가 적용되기 힘들었던 분위기에 사용되는 자동차용 경량 부품 등에 활발한 적용이 가능할 것”이라고 밝혔다.

강민철 한국마그네슘기술연구조합 상임이사는 “상용 마그네슘 소재 대비 동등 수준의 가격을 확보할 수 있는 초내식 마그네슘 합금이 개발됨에 따라 침체돼 있는 국내 마그네슘 소재부품 시장에 새로운 활력소를 제공할 수 있을 것”이라며 “이번에 개발된 소재가 인체 삽입용 인플란트는 물론이고 자동차 부품 및 IT 부품의 신뢰성 확보에 중요한 이정표를 제시할 것”이라고 밝혔다.