철에서의 수소 Trapping 및 수소 취성 현상에 대한 연구

Abstract

3-6 Chapter 1의 수소의 retrapping 이론을 통해 예측했던 thermal analysis의 이론적 결과는 여러 종류의 격자결함을 포함하고 있는 순철시편의 thermal analysis 실험결과와 일치하였다. 첫째, 정상격자내의 수소는 grainboundary 에 trap된 수소와 dynamic localequilibrium을 이루면서 확산하였고, 둘째, microvoid내의 수소는 정상격자에 있는 수소와 무관하게 확산하며, (irreversible trap) microvoid의 양이 감소할수록 grainboundary와 dynamic localequilibrium을 이루는 수소양은 증가하였으며, 시편내의 전체 수소양은 일정하였다. 이것은 식(44-b)가 성립한다는 것을 암시한다. 세째, 수소주입온도가 증가할수록 각 trap에 trap되는 양은 증가하나, grainboundary와 같은 reversible trap만이 주로 존재하는 경우, 대부분의 수소는 reversible trap과 dynamic local equilibrium을 이룬다. (Fig.19, Fig.26). 네째, 어떤 한 종류의 trap density가 매우 큰 경우, reversible trap에 의한 수소 peak은 나타나지 않았다 (Fig.22). Thermal analysis 방법으로 수소용해도 및 수소확산계수를 측정하였으며, 이때의 확산계수 및 chapter 2의 thermal analysis 의 rate equation을 이용하여 계산된 thermal analysis의 peak온도는 실험치와 거의 일치하였다. 4-4 대부분의 실험결과가 chapter 3에서의 것과 일치하였으며, retrapping 이론과 일치하였다. 두 종류의 trapping site가 존재할 때, 각 trapping site가 수소확산에 미치는 영향을 살펴보았다. reversible trapping site 만이 존재하는 경우, 293K에서의 겉보기 수소확산계수는 $1 \times 10^{-6} cm^2/\sec$ 이었고, microvoid peak의 경우 $4 \times 10^{-6} cm^2/\sec$ 이었다. 그리고 두 종류의 trapping site가 공존하는 경우 는 $2.5 \times 10^{-7} cm^2/\sec$ 이었다. 5-4. $Al_2O_3$가 첨가된 소결된 철 시편의 경우, $Al_2O_3$ 계면 및 그 주위에 형성된 closed micro-pore가 수소의 주된 trapping site인 것으로 생각된다. Trapping 및 retrapping 이론과 thermal analysis 결과로 부터 결정된 $Al_2O_3$ 계면에서의 수소 trap binding energy는 71.4KJ/mol이었다. Trap activation energy, 78.96KJ/mol 을 이용하여 $Al_2O_3$ 계면에서의 수소가 갖는 energy level을 제시하였다. Retrapping 이론과 trap binding energy를 이용하여 $Al_2O_3$가 첨가된 소결된철 시편에서 reversible peak이 나타dhち }않는 현상을 설명할 수 있었다. 6-4 Thermal analysis technique을 통하여 cathodic charging시 순철 내에 생기는 격자결함의 종류 및 양을 결정하였고, 이 결과로 부터 유도된 수학적 model을 이용하여, 이들 격자결함이 수소확산계수에 미치는 영향을 살펴보았다. 그 결과 internal microcrack 혹은 microvoid가 dislocation보다 더 생성되었으며, 또한 수소의 주된 trapping site로 작용하였다. Internal microcracks과 microvoid는 cathodic charging시 $1mA/cm^2$ 근처에서 생성되기 시작했으며, 시편 표면에 생긴 blister는 blister주위의 microcrack들을 통해 시편의 표면과 연결되어 있는 것으로 관찰되었다. 그리고 458K에서의 수소의 겉보기 확산계수는 cathodic charging시 전류밀도의