DGIST, 중희토 80% 저감한 차세대 Nd-Fe-B 영구자석 코팅·입계확산 공정 개발

(왼쪽부터) DGIST 김정민 책임연구원, 김동환 책임연구원, 경북대학교 RLRC 이동현 박사과정생./DGIST 제공

DGIST 나노기술연구부 김정민·김동환 연구팀이 중희토 사용량을 획기적으로 줄이면서도 고성능을 유지할 수 있는 차세대 Nd-Fe-B 영구자석 코팅·입계확산 공정 기술을 개발했다. 

기존 습식 코팅의 한계를 보완한 건식 스탬프 코팅 기반 입계확산(GBD) 기술로, 확산 효율과 성능을 동시에 끌어올린 것이 핵심이다.

연구팀은 분말형 확산소스를 필요한 면에만 정밀하게 도포하는 ‘건식 스탬프 코팅’ 방식을 새롭게 제안했다. 이 기술은 슬러리 기반 습식 공정에서 발생하던 코팅량·면 제어의 어려움과 폐확산소스 발생 문제를 개선하고, 분말 공정 특성상 산화 억제와 공정 단순화에도 유리하다.

최근 전기차와 풍력발전 등 고효율 모터·발전 시스템 수요가 급증하면서, 고온 환경에서도 자기 특성을 안정적으로 유지하는 Nd-Fe-B 영구자석 성능 향상 기술의 중요성이 커지고 있다. 

이를 위해 중희토(Tb, Dy)를 활용하는 입계확산공정(GBDP)이 널리 적용돼 왔으나, 높은 비용과 공급 불안정성이 과제로 지적돼 왔다.

연구팀은 확산소스 조성 설계를 통해 기존 중희토 단독 사용에서 벗어나 경희토와 전이금속으로 대체하는 전략을 적용, 중희토(Tb) 사용량을 약 80%까지 저감하는 데 성공했다. 

또 Tb 단독 확산 시 발생하는 표면 축적 및 소진 문제를 Pr 첨가로 개선해 Tb 활용 효율을 높였으며, 중희토 저감과 고성능을 동시에 달성할 수 있는 새로운 설계 방향을 제시했다.

김정민 책임연구원은 “이번 연구는 코팅 공정 혁신과 확산소스 조성 설계를 결합해 중희토 사용을 크게 줄이면서도 영구자석 성능을 확보할 수 있는 실질적 대안을 제시했다”며 “친환경 모빌리티와 에너지 산업이 요구하는 고성능 영구자석 기술 발전에 의미 있는 기여를 할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 DGIST 기관고유사업과 경북대학교 탄소중립 지능형 에너지시스템 지역혁신 선도연구센터, 성림첨단산업(주)의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 2025년 국내 특허 등록과 함께 재료 분야의 국제학술지 Journal of Materials Research and Technology에 게재됐다.

/김락현기자 [e-mail]