저가형 스테인리스강, 강산에서도 ‘자기 보호막’⋯부식 99% 억제 기술 개발

연구 이미지. /포항공과대학교 제공

강한 산성 환경에서도 크롬·니켈 함량이 낮은 저가형 스테인리스강이 스스로 보호막을 형성해 부식을 막는 기술이 개발됐다.

포항공과대학교는 신소재공학과 김용태 교수, 곽재익 박사, 정상문 연구교수 연구팀이 연료전지용 촉매인 철-질소-탄소(Fe–N–C)를 활용해 저가형 스테인리스강 표면에 자발적 보호막을 형성하는 데 성공했다고 15일 밝혔다. 

스테인리스강의 내식성은 표면에 형성되는 ‘부동태 피막’에 의해 유지되지만, 이 피막의 안정성은 크롬과 니켈 같은 고가 원소에 크게 의존해 왔다. 이로 인해 해당 원소 함량이 낮은 저가형 스테인리스강은 강산 환경에서 활용에 한계가 있었다.

연구진은 비귀금속 기반 연료전지 촉매인 Fe–N–C를 금속 표면에 적용해 부식 반응을 통제하는 촉매로 설계했다. 0.5M 황산과 같은 강산 환경에서 촉매가 금속 표면의 산화·환원 반응을 조절해 크롬과 니켈이 부식되기 전에 안정적인 산화막이 먼저 형성되도록 반응 경로를 유도하는 방식이다.

이 같은 표면 반응 공학 접근을 통해 별도의 두꺼운 코팅 없이도 저가형 스테인리스강이 얇고 치밀한 보호막을 스스로 형성하도록 만들었다. 실험 결과, 부식 전류는 99.94% 감소했고 금속 용출량은 99.98% 줄었다. 형성된 보호막은 황산에 7일 이상 담가둬도 안정성을 유지했다.

김용태 교수는 “고가 원소 추가나 두꺼운 코팅 없이도 저렴한 금속에서 안정적인 보호막을 형성할 수 있음을 보여준 성과”라며 “스테인리스강을 넘어 다양한 금속 소재로 확장할 수 있는 기술”이라고 말했다.

연구 성과는 코팅·필름 분야 국제 학술지 ‘어플라이드 서피스 사이언스 어드밴시스(Applied Surface Science Advances)’에 게재됐다.

/단정민기자 [e-mail]