연구성과

마그네슘 복합재 성능 결정하는 핵심 요인 체계적 분석… 미래 모빌리티 소재 실용화 학술적 토대 마련

금속재료공학과 박성혁 교수팀이 미래 모빌리티의 경량화를 이끌 핵심 소재로 주목받는 마그네슘(Mg) 기반 바이메탈 복합재의 최신 연구 성과와 발전 방향을 종합한 분석(리뷰) 논문을 발표했다. 이번 논문은 마그네슘 복합재 성능을 결정하는 핵심 요인을 체계적으로 분석해, 미래 모빌리티용 차세대 마그네슘 복합재 연구의 학술적 방향성을 제시했다.

마그네슘(Mg)은 상용 구조용 금속 소재 중 가장 가벼워 자동차, 항공우주 등 미래 모빌리티의 핵심 경량소재로 꼽히지만, 상온 성형성이 낮고 취약한 내식성 등의 한계가 있었다.
이에 따라 알루미늄 등 서로 다른 금속을 결합해 장점을 극대화하는 마그네슘 기반 바이메탈 복합재 연구가 활발히 진행되어 왔다. 하지만 개별 연구들이 소재 구성이나 단일 공정 결과에 치중되어 있어, 전체적인 가공 공정과 계면 형성, 미세조직 변화 및 파괴 거동을 통합적으로 분석한 연구는 부족한 실정이었다.

박 교수팀은 기존 연구를 단순히 나열하는 데 그치지 않고, ‘가공공정–계면특성–미세조직–변형거동–소재물성’을 하나의 흐름으로 연결해 종합 분석했다.

분석 결과, 마그네슘-알루미늄 복합재는 마그네슘의 가벼움과 알루미늄의 우수한 내식성·가공성을 동시에 확보할 수 있으나, 가공 중 계면에 취성(깨지기 쉬운 성질)이 강한 금속간화합물(IMCs) 층이 과도하게 두꺼워지거나 불균일하게 형성되면 균열이나 박리가 발생할 수 있어 합금 원소 및 공정 조건을 통한 정밀한 계면 제어가 중요한 것으로 확인됐다.

또한 마그네슘-마그네슘 복합재는 서로 다른 특성의 마그네슘 합금을 결합해 마그네슘-알루미늄 접합 시 발생하는 취성 반응층 형성을 피하면서도 강도와 연성, 집합조직 및 변형 거동을 정밀하게 제어할 수 있어, 기존 마그네슘 소재의 물성적 한계를 완화하는 새로운 소재 설계 전략으로 제시됐다.

이를 통해 연구팀은 산업화를 위한 과제로 ▷계면 접합강도 평가법의 표준화 ▷피로·부식피로 특성 규명 ▷3차원 실시간 계면 손상 분석 ▷예측 모델링 및 연속생산 공정 개발 등이 필요하다고 제안했다.

박성혁 교수는 “이번 리뷰는 마그네슘 기반 바이메탈 복합재의 성능을 결정하는 핵심이 단순한 소재 결합이 아니라 계면 반응과 미세조직의 정밀한 제어에 있음을 체계적으로 제시했다. 앞으로 고속·연속 공정기술과 장기 신뢰성 평가를 연계해 미래 모빌리티에 적용할 수 있는 초경량 다중소재 기술로 발전시켜 나갈 것이다.”라고 밝혔다.

마그네슘 분야의 세계적 전문가로 평가받는 박 교수는 지금까지 SCIE 학술지에 논문 242편을 발표했다. 지난해는 고강도 마그네슘 신합금 등을 개발한 공로로 국제 마그네슘 과학기술상의 ‘올해의 혁신 특별 공헌상’을 수상했다. 또 미국 스탠퍼드대와 엘스비어가 발표하는 ‘세계 상위 2% 연구자’에 2020년부터 2025년까지 6년 연속 이름을 올리기도 했다.

이번 논문은 금속공학 분야 JCR 상위 1.5% 국제학술지 ‘저널 오브 마그네슘 앤 알로이스(Journal of Magnesium and Alloys)’에 8월 31일 게재됐다. 제1저자는 경북대 대학원 첨단소재공학부 유승윤 박사과정생이며, 교신저자는 박성혁 교수다.

*Journal: Journal of Magnesium and Alloys

<사진 왼쪽부터 박성혁 교수, 유승윤 박사과정생>