나노기술 및 정책 정보

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원자력연구개발기구(JAEA) 원자력기초공학연구센터 등의 공동연구팀이 첨단 분석 측정기기를 이용하여 수소에 의한 알루미늄의 파괴 현상을 규명하는 데 성공함. 또한 재료 내부 거동 시뮬레이션을 통해 알루미늄에 수소가 침입한 경우 재료 내부에 발생하는 파괴 메커니즘을 평가함. 연구진은 대형 싱크로트론 방사광 시설 SPring-8을 이용하여 나노 스케일의 구조를 해석하고 원자분해능전자현미경을 이용하여 파괴 과정을 3D로 관찰함으로써, 미세 입자(MgZn2)가 수소 취화(脆化)의 요인이 될 가능성을 발견함. 또한 원자력기구의 대형 계산기 ‘ICE X’를 이용하여 재료 중 수소 거동의 전자 상태를 계산, 그 자세한 메커니즘을 검토함. 지금까지 알루미늄 합금의 수소 취화는 전위(傳位)라 불리는 미세한 결함에 기인하여 발생하는 것으로 알려졌지만, 분석 결과 지금까지 수소 원자가 집적되지 않는다고 여겨졌던 재료 중 미세 입자에 대부분의 수소 원자가 존재하고, 수소 분자에 형태를 변화시킴으로써 미세 입자에 수소가 포화 없이 집적되는 것을 확인함. 수소의 집적에 의해 미세 입자와 알루미늄의 계면이 자발적인 박리를 일으키고, 이에 따라 고강도 알루미늄 합금의 파괴가 촉진되는 것을 규명함. 전자 상태 계산 및 나노 스케일의 실험과의 연계를 통해 지금까지 불가능했던 재료 중의 수소 거동을 파악함으로써 향후 산업 이용 가치가 높은 고강도 합금이 개발될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Scientific Reports’ (“Hydrogen-accelerated spontaneous microcracking in high-strength aluminium alloys”)지에 게재됨.