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고온산화 Al2O3 스케일의 상변태에 미치는 요소들

전문가 제언: ○ 금속조직에 존재하는 산화물, 황화물, 탄화물, 질화물 등은 금속재료의 성질에 현저한 영향을 미치고 있다. 특히 고온에서 사용하는 내열합금의 표면에 형성되는 산화물 스케일은 열적?화학적으로 안정성이 우수한 특성이 요구되므로 따라서 표면에 존재하는 산화물의 특성을 정밀하게 파악하는 것은 내산화합금?코팅층의 내산화 성능과 품질을 향상하는데 매우 중요한 기술이다. 이에 따라 선진기술국들은 비파괴검사, 산화물 농축검사, 화학적 분석, 그리고 통계학적 예측 등과 같은 분석기술의 고급화를 위한 기술개발에 주력하고 있다.

○ 산화물 스케일은 800℃ 이하의 비교적 저온일 경우 상변태를 완료하는데 많은 시간이 소요된다. 따라서 안정상인 α-Al2O3 스케일을 조기에 형성시켜 내산화합금?코팅층의 내산화성능을 향상시키기 위해서는 α-Al2O3 스케일의 상변태 거동의 충분한 파악 및 활용이 중요하다.

○ 내산화합금?코팅층의 내산화성을 향상하기 위해서는 재료표면에 형성되는 산화물 스케일 크기와 형태 및 분포 상태, 화학적 조성, 물리적 성질, 부식성, 전기적 성질 등의 최적 특성을 확보하는 것이 필요하다.

○ 내산화합금에 생성되는 Fe2O3나 Cr2O3는 α-Al2O3와 동일한 결정구조(corundum)를 갖고 있으며, 산화 초기 과정에서 α-Al2O3의 핵생성 기지 역할을 하여 상변태를 촉진시킨다. 그러나 Al2O3 스케일 중의 Fe?Cr 이온농도 또한 Al2O3 스케일의 상변태 거동에 영향을 미친다. 따라서 Template mechanism외에도 Al2O3 스케일 중에 고용된 Fe?Cr 이온에 의한 Al2O3 스케일의 상변태 촉진기구를 동시에 조사할 필요가 있다.

○ Al2O3 스케일을 포함한 산화물 피막의 두께와 조성, 산화상태 등을 조사하는 경우에는 전자분광기, X선 광전자 분광기(XPS, Xray photoelectron spectroscopy), ESCA(electron spectroscopy for chemical analysis), AES(Auger electron spectroscopy) 등이 사용되며, SIMS (secondary ion mass spectroscopy)와 ISS(ion scattering spectroscopy) 등을 이용하면 산화물 피막의 특성을 효과적으로 분석할 수 있다.

저자: Shigenari hayashi
자료유형: 학술정보