김영석, 김성수 (한국원자력연구원), 최병학 (강릉원주대) 회원 등, 100년 이상 미해결 재료현상인 금속의 수소취성 기구 규명


▲ (왼쪽부터) 김영석 박사, 김성수 박사 (한국원자력연구원), 최병학 교수 (강릉원주대학교)

우리 학회 종신회원인 김영석, 김성수 (한국원자력연구원), 최병학 (강릉원주대학교) 회원 등은 금속의 수소취성을 야기하는 수소의 역할을 최초로 완벽하게 규명하는 논문을 Metals에 게재하였다 (논문제목: The role of hydrogen in hydrogen embrittlement of metals: the case of stainless steel, Metals 9 (2019) 406).

이들의 연구결과는 미래의 에너지원으로 각광받는 수소에너지를 구현함에서 있어서 예상되는 수소자동차 및 연료전지 시스템 등에 사용되는 구조 재료의 수소취성 문제를 해결할 수 있는 원천기술을 제공할 것으로 기대된다. 금속이 수소취성으로 손상된다는 것은 19세기 말부터 이미 보고되었지만 수소취성을 야기하는 수소의 역할이 무엇인지에 대하여 100년 이상 지금까지 규명되지 않았다. 그 이유는 선진국의 과학자들이 원자규칙화 (atomic ordering)의 중요성을 간과해왔기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 일부 해외 연구자들은 수소가 고온에서 원자규칙화를 촉진시킨다는 연구결과를 발표했지만, 상온 변형 중에 수소가 원자규칙화를 야기한다는 것을 예상한 사람은 없었다.

2016년에 김영석, 김성수 등은 상온 인장변형 중에 수소가 304 스테인리스강에서 원자규칙화를 촉진한다는 것을 중성자 회절분석을 통하여 발표한 바 있다 (논문제목: Effect of strain-induced martensite on tensile properties and hydrogen embrittlement of 304 stainless steel, Metall. Mater. Trans. A, 47A (2016)222-230). 그러나 2016년 당시에 보고한 실험결과는 수소가 원자규칙화를 촉진한다는 것을 보여주는 간접적인 결과로, 보다 직접적인 실험결과가 필요한 상태였다. 최근 게재된 논문은, 전자현미경을 이용한 전자회절 분석을 통하여, 상온 인장변형 중에 수소가 316 스테인리스강에서 원자규칙화를 촉진하는 직접적인 실험결과를 최초로 제시하고 있다. 요약하면, 본 논문의 중요성은 316 스테인리스강에서 700 바 (bar)의 고압 수소 조건에서 상온 인장변형 시 수소가 원자규칙화를 촉진한다는 것을 눈으로 확인할 수 있는 실험 결과를 제시하였다는 것이다.

본 논문의 공학적 중요성은 수소자동차 및 수소연료전지용 내 수소취성 재료를 개발할 수 있는 방안과 재료의 수소취성 거동을 감시할 수 있는 기술을 제시할 수 있다는 것이다. 학문적 중요성은 100년 이상 미해결되어왔던 금속의 수소취성 기구를 최초로 규명함과 동시에 2015년에 김영석 박사 등이 보고한 니켈합금의 응력부식균열기구 (논문제목: Effect of short range ordering on stress corrosion cracking susceptibility of Alloy 600 studies by electron and neutron diffraction, Acta Mater. 83 (2015) 507-515)의 타당성을 입증하는 실험결과로, 재료과학에서 그동안 간과되어 왔던 원자규칙화의 중요성을 확인하였다는 것이다.