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중희토류 원소를 사용하지 않는 영구자석과 차세대 자동차 모터용 자성재료기술의 개발

전문가 제언: ○ 세계 최고의 성능을 가진 네오디뮴 자석은 내열성을 높이기 위해 중희토류 원소를 첨가하여 왔다. 그러나 최근 희유금속 문제로 중희토류 원소를 가능한 한 사용하지 않는 내열성 네오디뮴 자석의 개발이 시작되고 있다. 여기서는 이를 지원하고 있는 일본 정부의 계획과 고효율의 모터 개발 프로젝트 및 차세대 자동차용 고효율 모터의 자성재료 기술개발에 대하여 설명하였다.

○ 희토류 영구자석은 높은 자속밀도로 넓은 응용분야에서 다양한 부품으로 이용되고 있다. 그러나 네오디뮴 영구자석은 가장 높은 최대 자기에너지를 가지고 있지만 고온(~200℃)의 구동환경에서는 보자력이 급격히 감소하기 때문에 사용할 수 없다는 단점이 있다.

○ 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 Nd를 Dy나 Tb로 치환하여 보자력을 향상시켜 사용하여 왔으나 이들 원소는 Fe와 반강자성 결합을 하여 잔류자속밀도를 낮추고 있으며, 또한 적은 매장량과 한정된 지역에 편재되어 있어 수요 급증에 따른 자원수급 및 가격 급등의 문제가 있어 Dy나 Tb를 줄여 사용하거나 사용하지 않는 방안을 연구하게 되었다.

○ 결정입경이 작을수록 보자력이 높아지는 것은 잘 알려진 사실이나 최근의 발표에 의하면 결정입경 4.5㎛때 보자력이 1350KA/m 이상으로 발표되고 있으나 너무 작으면(3㎛) 보자력이 저하한다. 이는 결정립이 미세해지면 산화물이 증가하여 망상을 형성하기 때문이다. 또한 Dy를 첨가하지 않은 자석에 NdF3를 첨가하면 보자력이 100KA/m정도 상승한다. 이와 같이 네오디뮴에 대한 연구는 최근에도 끊임없이 이루어지고 있다.

○ 중희토류 저감 및 대체형 영구자석 소재개발은 약 30년의 역사를 가지고 있으나 국내는 최근에 이에 대한 연구가 시작되고 있어 선진국과의 기술격차를 해소하기 위한 연구노력이 요구된다. 특히 장기적으로 희토류자원의 고갈문제를 해결하는 차원에서 폐자석의 재활용기술과 이를 이용한 소재기술 개발도 필요한 시점이라고 생각한다.

저자: Ozaki Kimhiro
자료유형: 학술정보