재료연구소,'3세대 마그네슘 합금' 개발

경남 창원에 위치한 재료연구소(소장 김해두)는 14일 본관 대회의실에서 조인식을 갖고 마그네슘 소재 전문 기업인 KMI(사장 김영순, 한국마그네슘산업)에 고특성 난연성 마그네슘 합금 개발 기술을 이전했다.

KMI는 이전받은 기술로 마그네슘 신합금을 양산해 전자 및 수송기기용 부품제조 기업에 납품할 예정이다. 현재는 LG전자와 소재의 부품 적용성 검증을 마친 상태로 휴대용 전자기기 적용을 추진 중에 있다.

한국과학기술정보연구원(KISTI)은 이 기술의 가치를 84억원 으로 평가했다.

재료연구소는 해당 기술을 적용해 제품을 생산할 경우 올해만 100억원, 오는 2021년까지 3,200억원 이상 매출을 낼 수 있을 것으로 전망했다. 연구팀은 선불기술료 5억원에 경상기술료로 총 매출액의 1%를 받기로 했다.

고특성 난연성 마그네슘 합금 제조 기술은 재료연구소 유봉선, 김영민 박사팀이 개발했다.

연구팀은 마그네슘에 칼슘(Ca)과 이트륨(Y)을 첨가해 공기와 반응해 화재나 폭발이 일어날 가능성을 낮추고, 기계적 특성도 확보했다. 이 기술은 10년 이상 정부의 지원을 받아 장기적인 연구개발을 통해 이뤄낸 성과이다. 

연구팀은 연구 초기 칼슘을 대체할 물질을 찾기 위해 수없는 실험을 반복했지만 매번 실패했다. 그러던 중 난연성 확보에 뛰어난 효과를 보인 칼슘의 양은 최소화하고 칼슘보다 난연성이 후순위였던 이트륨을 소량 첨가했다.

그 결과 칼슘만 사용했을 때 나타났던 문제점인 기계적 특성 저하는 없으면서도 화재나 폭발 위험을 줄일 수 있는 난연성도 동시에 확보할 수 있게 됐다. 특히 기존 합금과 비교해 소재의 세기를 나타내는 힘의 하나인 인장강도 등이 높게 나타났다.

이 기술은 육불화황과 베릴륨을 사용하지 않는 친환경 기술이다. 특히 육불화황을 사용하지 않게 됨에 따라 약 57억원의 비용 절감 효과를 볼 수 있을 것으로 기대되며 추가적인 설비가 필요 없어 별도의 투자 비용도 없다.  

재료연구소는 고특성 난연성 마그네슘 신합금 개발 기술을 2011년 국내 출원하고 미국, 유럽, 일본을 포함한 5개국에도 특허를 출원했다.
 
생산현장에서 직접 평가하는 실용화 연구도 수행해 부품제조과정에서 발생하는 문제점까지 해결, 최적화된 제조 공정을 개발했다. 최종 수요업체와 양산성 검증도 마무리했다. 
 
기술은 휴대폰과 같은 전자제품과 자동차, 철도 및 항공, 건축 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.

특히 도시철도나 고속철도의 경우 난연재 사용이 의무화됨에 따라 수요가 더욱 늘어날 것으로 기대된다. 마그네슘이 알루미늄이나 스테인리스보다 가벼워 30~50% 가량 경량화 효과도 볼 수 있다. 이에 재료연구소는 한국철도기술연구원과 융합연구를 수행하고 있다.
 
기술 개발을 주도한 유봉선 박사는 “날로 엄격해지는 환경 규제, 이산화탄소 배출권 거래제 시행 등과 더불어 친환경 소재인 마그네슘 합금에 대한 관심이 높다”며  “실용화의 걸림돌을 해결한 원천기술인 만큼 향후 스마트폰과 다양한 휴대용 기기 뿐 아니라 환경과 에너지 외에도 안전을 최우선시하는 자동차, 철도, 항공기 등 수송기기 분야로의 적용 또한 빠르게 추진돼 파급효과가 매우 클 것으로 기대된다”말했다.

[참고] 연간 마그네슘 사용량 10,000톤 기준, 1톤 생산시 육불화황 사용량 1.5kg/ton, 1톤 생산시 육불화황 사용 비용 32,000원/톤, 탄소배출권 거래 가격 CO2 1톤 당 1만원 가정, 육불화황 사용량 기존 대비 70% 절감 시 57억 절감