중희토류 없이 고성능 영구자석 개발, 초미세분말은 어떻게 활용했나

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

전기차 구동 모터처럼 높은 온도에서도 자성을 유지해야 하는 장치에 필요한 성능을, 자석의 결정립을 미세화해 높이는 방식이다.

자석이 반대 방향의 자기장을 받아도 자성을 잃지 않고 버티는 능력을 보자력이라고 한다.

고온에서 작동하는 전기차 모터용 자석은 높은 보자력이 필요해 중희토류를 첨가해 왔다.

하지만 중희토류는 비싸고 공급망이 일부 국가에 집중돼 있다.

연구팀은 결정립이 작을수록 자성을 유지하는 능력이 향상되는 점에 착안했다.

합금을 기계적으로 분쇄하는 기존 방식으로는 분말을 충분히 작게 만드는 데 한계가 있어, 희토류 산화물에서 미세한 네오디뮴-철-붕소 결정 입자를 합성하는 환원·확산(RD) 공정을 활용했다.

기존 RD 공정에서 발생하는 분말 산화 문제는 후처리 기술을 개발해 개선했다.

그 결과 약 1μm(마이크로미터) 크기의 고순도 초미세분말을 제조했다.

미세분말은 서로 마찰하거나 뭉쳐 자기장 속에서 한 방향으로 정렬하기 어렵다.

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

윤활제에서 유래한 잔류탄소는 수소 보조 공정으로 줄여 열처리 뒤 보자력이 낮아지는 문제도 해결했다.

연구 성과는 김수민 선임연구원과 김태훈·이정구 책임연구원 연구팀이 확보했다.

논문은 국제학술지 ‘저널 오브 알로이 앤 컴파운드’와 ‘케미칼 엔지니어링 저널’에 각각 2026년 7월 14일과 9월 19일 게재됐고, 관련 특허 9건이 창출됐다.

영구자석은 전기차 모터와 로봇 관절뿐 아니라 풍력발전기에도 쓰인다.

연구팀은 공정 간 연계와 양산 기술이 확보되면 전기차 구동 모터와 휴머노이드 로봇 등에서 활용될 수 있다고 밝혔다.