고분자전해질연료전지 금속분리판용 스테인리스강의 전기전도도 및 부식저항성에 미치는 표면개질 효과

Abstract

본 연구에서는 고분자전해질 금속분리판용 446M 스테인리스을 질화처리시 발생하는 내식성 저하의 문제를 해결하기 위해 저온 질화처리를 수행하였다. 이로 인해 표면에 Cr-질화물에 의해 형성되는 Cr-depleted zone 형성을 최소화 하고자 하였고, 이에 부식저항성을 개선고자 하였다. $600~700\degC$에서 질화처리 수행한 후, 미세구조 및 상분석을 통해 Cr-질화물의 형성을 확인하였고, 내식성 및 접촉저항 측정을 통해 금속분리판재로서의 적용가능성에 대해 평가하였다. 446M 스테인리스강을 $600\degC$ 및 $700\degC$에서 저온 질화처리를 수행한 시, 강의전기전도도가 개선되는 것을 확인하였다. 이러한 경향은 $600\degC$에서 저온 질화처리를 수행한 경우 더욱 현저히 나타났다. 또한 부식저항성이 고온 질화처리한 경우에 비하여 크게 감소되지 않았으며, 현저한 개선효과가 나타났다. $700\degC$에서 저온 질화처리한 경우, $600\degC$에서 저온 질화처리한 것 보다 부식저항성의 개선효과가 더욱 크게 나타났다. TEM 및 AES 분석을 통하여 표면분석을 수행한 결과, 저온 질화처리 후 강 표면에 각각의 경우 40 nm 두께의 $Cr_2N/Cr_2O_3$ 과 120 nm 두께의 $CrN/Cr_2O_3$ 층이 비교적 균일하게 형성된 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 강의 최 표면에 형성된 전도성 Cr-질화물의 형성으로 인해 접촉저항이 개선되었으며, 균일한 두께의 질화물/산화물 층에 의해 부식저항성의 개선효과가 나타난 것을 확인 할 수 있었다.