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고온 (300~1000 ℃)에서 티타늄 금속시편의 표면 산화거동

Oxidation behavior on the surface of titanium metal specimens at high temperatures (300~1000℃)

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온도에 따른 티타늄금속의 산화거동을 조사하기 위하여 금속시편을 각각의 온도(300~1000 ℃)에서 2시간 동안 가열한 후, 생성된 산화시편의 표면에 대하여 X-선 회절(XRD)분석, 주사전자현미경(SEM)/energy dispersive spectroscopy (EDS) 분석과 감쇠된 전반사(ATR) Fourier 변환 적외선(FT-IR) 분광분석을 수행하였다. 300 ℃에서 대기 중의 산소가 티타늄 금속(hexagonal) 표면층으로 확산되어 적외선 흡수띠가 검출되었으며 온도가 높아짐에 따라 확산되는 산소 양이 증가하여 적외선 흡수띠와 X-선 회절 피크의 이동(shift) 현상이 나타났고 700 ℃에서 XRD에 의해 Ti₃O (hexagonal)의 생성이 확인되었다. 티타늄 금속 표면에 TiO₂ (rutile, tetragonal) 산화층이 생성되기 시작한 온도는 600 ℃ 이었으며 이때 두께가 1 ㎛ 이하 수준이었으나 700 ℃에서는 약 2 ㎛로 두꺼워졌고 1000 ℃에서는 약 110 ㎛ 두께에 달했다. 또한 900 ℃ 이상의 온도에서 TiO₂ (rutile) 산화층 표면은 (110) 면의 방향으로 결정이 성장하였다.

Abstract

For the investigation of the oxidation behavior for titanium metal at various temperatures, titanium specimens were heated for 2 hours in the range of 300~1000 ℃, individually. And then X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy (SEM)/energy dispersive spectroscopy (EDS) and attenuated total reflection-Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopic analyses were carried out. At 300 ℃, infrared absorption bands on the surface of the titanium specimen were shown in a spectrum by the oxygen uptake of titanium metal(hexagonal). At increased temperature, not only infrared absorption bands but also X-ray diffraction peaks for the titanium oxide were grown and shifted to low wave number (㎝<SUP>−1</SUP>) and angle(°) due to the more oxygen diffusion into titanium metal. At 700 ℃, Ti₃O (hexagonal phase) was identified by X-ray diffractometer. TiO₂ (rutile, tetragonal phase) layer was produced on the surface of the specimen below 1 ㎛ in thickness at 600 ℃, and grown about 2 ㎛ at 700 ℃ and with 110 ㎛ in thickness at 1000 ℃. Above 900 ℃, (110) plane of the crystal on the surface of rutile-TiO₂ layer was grown.

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