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적층된 Inconel 625 의 기계적 표면강화처리에 따른 수소취화 특성 분석
백승호(S. H. Baek),허산산(S. S. He),박준필(J. P. Park),장문석(M. S. Jang),백동현(D. H. Back),이동훈(D. H. Lee),이재선(J. S. Lee),박상후(S. H. Park) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
지구온난화, 이상기후 등 환경오염의 부정적인 영향으로 인하여 화석에너지를 대체하기 위한 수소 에너지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 자동차, 저장용기 등 산업 각계에서 수소를 사용하기 위한 기초기술개발이 요구되고 있다. 그러나 금속이 수소에 노출될 경우 수소 취성을 정도의 차이만 있을 뿐 필연적이며, 수소취성으로 인하여 금속 재료의 연성이 감소하기 때문에 현재 수소환경에서 금속 재료의 사용은 제한이 많은 상태이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 적층 제조와 기계적 표면 강화를 이용한 표면처리 방법인 UNSM (Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification)을 이용하여 수소취화를 억제하고자 하였다. UNSM 이란, 초음파로 진동하는 혼을 이용하여 소재의 표면을 타격하여 표면을 강화하는 공정으로, 표면조도 개선, 결정구조 미세화, 표면 경도 증가 등의 효과가 있다. 특히, 결정구조 미세화는 수소분자의 침투를 억제하여 수소취화를 방지할 수 있다. 구체적으로 본 연구에서는 기계가공 및 적층제조된 Inconel 625 소재에 UNSM 표면처리를 한 후 한국 가스안전공사의 가스 수소 장입장치를 이용하여 수소압 70 MPa 환경에서 2 주간 수소를 장입하였을 때의 수소취성 특성을 SSRT (Slow Strain Rate Test) 실험, 마이크로 경도, SEM, 파단면 문석등을 이용하여 비교하였다. 결과적으로 UNSM 표면처리를 수행할 경우 기계 가공한 시편의 경우 강도가 2, 연성이 8% 증가하였으며, 적층제조된 시편에 대해서는 강도가 1%, 연성이 3% 증가하는 등 UNSM 표면처리가 수소취화 억제에 효과가 있음을 확인하였다. 향후 수소취화량에 따른 UNSM 처리의 효과 및 수소취화 상태에서의 다양한 물성들을 확인하고 이를 기계부품 설계에 적용할 예정이다.
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