국제 분말야금 및 신소재 첨단 연구원(ARCI), 전기자동차(EV)에 활용 가능한 저비용 자석 생산을 위한 시범 공장 설립

2023-01-12

과학기술청(Department of Science and Technology, DST) 산하 국제 분말야금 및 신소재 첨단 연구원(International Advanced Research Centre for Powder Metallurgy & New Materials, ARCI) 자동차 에너지 재료 센터(Centre for Automotive Energy Material)의 과학자들은 전기자동차(EV)에 대한 증가하는 수요에 맞춰, 보다 경제적 활용이 가능한 저비용의 중(Heavy) 희토류(rare earth)인 고(high) 네오디뮴 철 붕소(Neodymium Iron Boron, Nd-Fe-B)을 제조했다

국제 분말야금 및 신소재 첨단 연구원(ARC)은 인도의 ‘국내 생산 장려 정책(Atmanirbhar Bharat)’ 미션에 맞춰 과학공학연구위원회(Science and Engineering Research Board, SERB)이 후원하여, 그물 모양의 네오디뮴 철 붕소(Nd-Fe-B) 자석을 제조하기 위한 시범 공장(Pilot Plant)을 세우고 있으며, 이 시범 공장(Pilot Plant)에서 제조된 자석을 연구할 예정이다. 이 프로젝트는 인도의 네오디뮴 철 붕소(Nd-Fe-B) 자석이 상업적 생산 단계에 접어들면, 자동차 분야에 경제적 이익을 가져올 수 있을 것으로 기대한다.

전기자동차(EV)의 90% 이상은 희토류 네오디뮴 철 붕소(Nd-Fe-B) 자석으로 구성된 브러실리스 DC(Brushless DC, BLDC) 모터를 사용한다. 네오디뮴 철 붕소(Nd-Fe-B)자석은 1984년 일본 과학자이자 기업가인 사가와 마사토(Sagawa, Masato)가 발견한 이래, 자성의 특별한 조합으로 인해 많은 응용 분야에서 가장 인기 있는 영구 자성 물질 중 하나이다. 전기자동차(EV)에 사용되는 네오디뮴 철 붕소(Nd-Fe-B)자석은 150–200℃의 고온에서 작동하며 순수한 네오디뮴 철 붕소(Nd-Fe-B)자석이 가지고 있지 않은 능력인 탈자에 대한 높은 저항성을 나타낼 필요가 있다. 따라서 다이프로슘(Dysprosium, Dy) 금속은 탈자(demagnetization)에 대한 저항성을 향상시키기 위해 합금으로 첨가된다. 전 세계적으로 과학자들은 값비싼 다이프로슘(Dy)을 첨가하지 않고 네오디뮴 철 붕소(Nd-Fe-B) 자석의 탈자성에 대한 저항성인 항자기성(Coercivity)을 향상시키기 위해 연구를 진행중이다. 항자기성(Coercivity) 강화를 위해 이 연구팀은 적절한 열처리(입계 확산*, Grain Boundary Diffusion)를 통해 네오디뮴 철 붕소(Nd-Fe-B) 자석의 입자 사이의 영역을 "비자성(non-magnetic)" 원소로 풍부하게 만드는 연구를 수행하였다. 국제 분말야금 및 신소재 첨단 연구원(ARCI) 과학자들은 네오디뮴 70%, 구리30%(Nd70Cu30)의 낮은 녹는점을 가지는 합금을 "비자성(non-magnetic)" 원소의 공급원으로 사용하여, 입계 확산 공정(Grain Boundary Diffusion Process, GBDP)을 통해 네오디뮴 철 붕소(Nd-Fe-B) 용융(Melt) 스펀 리본(Spun Ribbon)의 항자기성(Coercivity) 을 향상시켰다. 네오디뮴(Nb)의 침전(precipitation)으로 입계 확산(Grain Boundary Diffusion) 중에 제한된 입자(grain) 성장이 보고되었는데, 이는 결정 경계에서 구리(Cu) 농축(enrichment)을 촉진하여, 네오디뮴 철 붕소(Nd-Fe-B) 분말의 탈자성(demagnetization) 에 대한 저항에 대한 능력을 향상시키는데 도움을 준다.

* 입계 확산: 금속의 결정 입계를 통해, 그 금속 자신이 확산(자기 확산)하거나, 이종 금속에 확산하는 것을 말하며, 결정 입계는 입내에 비해 원자 밀도가 낮기 때문에 입내보다도 속도가 크고, 이 경향은 저온일수록 현저하게 발생한다.

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Source: https://auto.economictimes.indiatimes.com/news/auto-technology/a-type-of-low-cost-magnets-that-could-help-evs-be-more-affordable-arci-sets-up-pilot-plant/96403830