망간-비스무스 영구자석

망간-비스무스 영구자석 : 네오디움, 페라이트 자석 비교

 

 

안녕하세요. 스칸디대디 엔지니어 입니다.

 

2010년 센카쿠 열도에서 일본 해경의 중국인 선장 체포로 야기된 중국의 희토류 수출 제한 사건 이후 탈희토류에 대한 다양한 연구가 이루어졌고 많은 성과가 있었습니다. 제가 속해 있는 사업분야에서도 BLDC 모터에서 탈희토류에 대한 연구를 꾸준히 하여 페라이트 영구자석을 이용한 모터를 개발했었고, 극히 일부에서만 네오디움 영구자석을 사용한 모터가 있습니다.

그러나 최근 고성능화와 더불어 소형화, 중량 저감에 대한 이슈가 많이 생기고 있습니다. 그래서 중간계 자석이라 불리는 망간-비스무스 영구자석에 대해서 알아보려고 합니다.

 

 

최근 영구자석 산업에서 망간-비스무스(Mn-Bi) 영구자석에 대한 언급이 다양한 채널로 들리고 있습니다 있습니다. 이 자석은 희토류 자석의 대안으로서 연구되고 있으며, 특히 고온 안정성과 환경 친화적인 특성으로 인해 다양한 응용 가능성을 보여주고 있습니다. 이 포스팅에서 망간-비스무스 영구자석의 특징, 장단점, 그리고 기존의 네오디움(NdFeB) 및 페라이트(Ferrite) 영구자석과의 비교해 보겠습니다.

 

 

1. 망간-비스무스 영구자석의 주요 특징

망간-비스무스 영구자석은 망간(Mn)과 비스무스(Bi)로 구성된 합금 자석으로, 한국재료연구원(KIMS)의 연구 결과입니다. 최근 메이저 자동차 회사에서 이 영구자석을 구동 모터에 적용하겠다고 계획하고 진행 중입니다.

 

망간-비스무스 영구자석은 다음과 같은 장점을 가집니다.

1) 우수한 온도 안정성

망간-비스무스 자석은 150°C 이상의 고온 환경에서도 자기 성능이 크게 감소하지 않습니다. 이는 네오디움 영구자석의 주요 단점인 고온에서의 성능 저하를 보완할 수 있는 중요한 특성입니다.

 

2) 희토류 미사용

이 자석은 네오디움처럼 희소한 희토류 원소를 포함하지 않아 자원 의존도를 낮추고 환경 영향을 줄이는 데 기여합니다. 앞서 서두에서 말씀드린 바와 같이 희토류는 언제든지 전략 무기가 될 수 있어 공급망의 불안정으로 이어질 수 있고 이는 바로 높은 가격으로 이어지고 많은 산업 분야에 충격이 될 수 있습니다. 망간-비스무스 영구자석은 이에 대한 대안이 될 수 있습니다.

 

3) 친환경

희토류 채굴 과정에서 발생하는 환경 문제를 완화할 수 있으며, 제조 공정 또한 상대적으로 간단합니다.

 

망간-비스무스 영구자석은 다음과 같은 한계점을 가집니다.

1) 에너지 밀도 부족

현재 망간-비스무스 영구자석의 최대 에너지적((BH)max)은 약 10~20 MGOe로, 네오디뮴 영구자석(40~60 MGOe)에 비해 낮습니다.

 

2) 상업화 초기 단계

대량 생산 기술과 안정적인 제조 공정이 아직 개발 중에 있어 빠른 시간 내 모터 활용은 제한적입니다.

 

 

2. 망간-비스무스, 네오디움, 페라이트 영구자석 비교

	네오디움(NdFeB)	망간-비스무스(Mn-Bi)	페라이트(Ferrite)
자속 밀도	매우 높음 (고출력, 소형화 가능)	중간 수준 (개발 중으로 성능 개선 가능)	낮음 (부피가 큼)
에너지 밀도	매우 높음 (약 40-60 MGOe)	중간 (약 10-20 MGOe)	낮음 (약 3-5 MGOe)
온도 안정성	제한적 (80~200°C 이상에서 성능 저하)	우수 (150°C 이상에서도 안정)	매우 우수 (300°C 이상 가능)
내식성	코팅 필요 (부식에 약함)	우수 (자체적으로 내식성이 강함)	매우 우수 (내습성과 내식성 뛰어남)
비용	비쌈 (희토류 사용)	중간 (희토류 미사용, 제조 기술 성숙도에 따라 변동)	매우 저렴함
밀도/무게	고밀도, 무겁지만 소형화 가능	중간 (페라이트보다는 작고 가벼움)	저밀도, 가볍지만 부피가 큼
환경적 영향	희토류 채굴로 인한 환경 부담	비교적 친환경 (희토류 대체 가능)	가장 친환경적
주요 용도	전기차, 드론, 로봇, 고성능 모터	고온 환경, 희토류 대체 애플리케이션	가전제품, 저가형 모터, 대형 응용 (스피커 등

 

 

3. 결론

망간-비스무스 영구자석은 고온 안정성이 중요한 분야와 희토류 자원의 대안이 필요한 산업에 적합합니다. 예를 들어, 고온에서 작동해야 하는 전력 장비, 고온 모터, 항공우주 분야에서 활용 가능성이 높습니다. 반면, 소형화와 고출력이 필수인 전기차나 첨단 전자기기에는 여전히 네오디움 영구자석이 우위를 점하고 있습니다. 저렴한 비용과 내구성이 요구되는 대량 생산 제품에서는 페라이트 자석이 적합합니다.

 

망간-비스무스 자석은 특정한 틈새 시장과 응용 분야에서 중요한 역할을 할 잠재력이 가지고 있습니다. 특히 환경 및 자원 문제를 고려하는 현대 산업에서는 이 자석이 차츰 더 각광받을 가능성이 높습니다. 하지만 아직 연구실 단위에서 평가되어 있고 대량 생산을 위해서는 엄청난 비용이 발생한다는 문제를 직면하고 있어 제조 기술의 숙련도가 많은 성숙해야지만 널리 사용될 수 있을 것입니다.