중희토류 없이 고성능 영구자석 제조, 초미세분말은 어떻게 성능을 높였나

한국재료연구원 연구팀이 디스프로슘·터븀 같은 중희토류를 첨가하지 않고 고성능 네오디뮴-철-붕소(Nd-Fe-B) 영구자석을 제조하는 기술을 확보했다고 2026년 10월 23일 밝혔다. 희토류를 전혀 쓰지 않는 기술은 아니다. 연구팀은 희토류 산화물을 원료로 삼되, 자석에 중희토류를 넣지 않고 성능을 높이는 방법을 개발했다.

전기차 구동 모터처럼 높은 온도에서 작동하는 영구자석은 반대 방향의 자기장을 받아도 자성을 유지하는 보자력이 중요하다. 이를 높이는 데 쓰이는 중희토류는 비싸고 공급망이 일부 국가에 집중돼 있다. 영구자석은 전기차뿐 아니라 로봇 관절과 풍력발전기에도 쓰이며, 특히 Nd-Fe-B 자석은 강한 자기력으로 널리 활용된다.

연구팀은 결정립, 즉 자석을 이루는 결정 입자를 미세하게 만들어 자기 성능을 높였다. 합금을 기계적으로 부수는 기존 방식은 분말 크기를 줄이는 데 한계가 있어, 희토류 산화물에서 미세한 Nd-Fe-B 입자를 합성하는 환원·확산(RD) 공정을 적용했다.

기존 공정에서 분말이 산화되는 문제는 후처리 기술로 해결해 약 1μm 크기의 고순도 초미세분말을 얻었다.

분말이 작아지면 입자 간 마찰과 응집 때문에 자기장 안에서 한 방향으로 정렬하기 어려워진다. 이를 개선하려고 분말 표면에 윤활제를 코팅하고, 방향과 세기가 점차 바뀌는 감쇠 교류 자장을 적용해 배향성과 성형체의 안정성을 높였다.

수소 보조 공정으로 윤활제에서 비롯된 잔류탄소를 줄여 열처리 뒤 보자력이 낮아지는 문제도 해결했다.

김수민 선임연구원 등 연구팀은 초미세분말 합성과 분말 정렬·소결 과정의 기술적 한계를 개선했다고 설명했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘저널 오브 알로이 앤 컴파운드’와 ‘케미칼 엔지니어링 저널’에 각각 2026년 7월 14일과 9월 19일 게재됐으며, 관련 특허 9건도 창출됐다.

전기차 구동 모터와 휴머노이드 로봇 등에 활용하려면 공정 간 연계와 양산 기술 확보가 필요하다.