중희토류 없이 고성능 자석 개발, 초미세분말은 어떻게 성능을 높였나

한국재료연구원 연구팀이 디스프로슘·터븀 같은 중희토류를 넣지 않고도 고성능 네오디뮴-철-붕소(Nd-Fe-B) 영구자석을 제조하는 기술을 개발했다.

전기차 구동 모터처럼 높은 온도에서 작동하는 장치에는 자성이 쉽게 사라지지 않도록 하는 ‘보자력’이 중요하다.

이를 높이는 데 쓰이는 중희토류는 비싸고 공급망이 일부 국가에 집중돼 있어 대체 기술이 필요하다.

김수민 선임연구원과 김태훈·이정구 책임연구원이 참여한 연구팀은 중희토류를 더하는 대신 자석의 결정립을 미세화했다.

결정립이 작아지면 자성을 유지하는 능력이 향상되지만, 합금을 기계적으로 부수는 기존 방식으로는 분말을 충분히 작게 만드는 데 한계가 있었다.

연구팀은 희토류 산화물을 원료로 미세한 Nd-Fe-B 결정 입자를 합성하는 환원·확산(RD) 공정을 활용하고, 기존 공정의 분말 산화 문제를 줄이는 후처리 기술을 더해 약 1μm 크기의 고순도 초미세분말을 만들었다.

작은 분말은 입자끼리 마찰하고 뭉쳐 자기장 방향으로 정렬하기 어렵다.

연구팀은 분말 표면에 윤활제를 코팅하고, 방향과 세기가 점차 바뀌는 감쇠 교류 자장을 적용해 분말의 배향성과 성형체의 안정성을 높였다.

또 수소 보조 공정으로 윤활제에서 유래한 잔류탄소를 줄여 열처리 뒤 보자력이 낮아지는 문제를 해결했다.

초미세분말 합성에서 정렬과 소결까지 이어지는 제조 공정을 다룬 것이 이번 기술의 핵심이다.

영구자석은 전기차 구동 모터와 로봇 관절뿐 아니라 풍력발전기에도 쓰인다.

이번 기술은 중희토류 의존도를 낮출 가능성을 보였지만, 실제 활용을 위해서는 공정 간 연계와 양산 기술 확보가 필요하다.

연구 결과는 국제학술지 ‘저널 오브 알로이 앤 컴파운드’와 ‘케미칼 엔지니어링 저널’에 각각 2026년 7월 14일과 9월 19일 게재됐고, 연구팀은 관련 기술로 특허 9건을 창출했다.