Ti-Fe-Zr 수소 저장 합금의 미세 조직과 국소 표면 전위 분포

Abstract

금속 수소화물 (metal hydride)은 수소를 고압 상태로 저장하는 상용화된 방법보다 안전하고 부피와 질량대비 저장 효율이 높다. 여러 가지 금속 수소화물 중 TiFe계 합금은 Mg계나 LaNi5계 합금보다 상대적으로 낮은 수소저장용량을 가지고 있지만, 상온에서 수소 흡수/방출이 가능하고 낮은 원재료 가격을 가지고 있어 주목 받고 있는 물질이다. 하지만 초기의 TiFe은 표면에 존재하는 자연 산화막때문에 수소를 흡수하는 첫 과정이 어려워, 고온, 고압 의 수소 분위기에서 장시간의 활성화 단계가 필요하다는 단점이 있다. 그동안 이러한 단점을 극복하기 위하여 강소성 변형 및 Zr, Mn, Co 등의 다양한 합금 원소를 첨가하는 방법 등이 제안되어 왔다. 하지만 아직까지 이러한 방법으로 변화된 TiFe계 합금의 미세조직과 수소 흡수 활성화의 상관 관계에 대해서는 자세히 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 scanning electron microscopy (SEM), tunneling electron microscopy (TEM), kelvin probe force microscopy (KPFM)를 이용하여 활성화되기 전의 TiFe-6at%Zr의 표면을 분석하였다. TiFe, Ti2Fe, TiFe2, β-Ti의 4가지 상이 존재하며 Zr이 상대적으로 많이 함유되어 있는 Ti2Fe과 TiFe2은 TiFe보다 표면 준위가 높게 측정되었으며, 4가지 상 중 가장 표면 준위가 높은 상은 β-Ti이다. 본 연구를 통해 KPFM법을 다양한 종류의 상이 혼재되어 있는 합금의 미세조직과 표면 준위 변화 측정에 활용할 수 있음을 보였으며, 이를 바탕으로 다양한 조성의 합금에 대해 수소 흡수 활성화에 미치는 미세조직의 영향을 더욱 명확하게 규명할 수 있을 것으로 기대된다.