• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1997.05b
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• pp.139-146
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• 1997

Zircaloy-4의 수증기 산화와 이에 따른 수소침투의 압력에 대한 영향을 평가하기 위해 pre-transition과 post-transition의 영역에서 1~103 기압의 압력 범위에서 실험을 수행하였다. 그리고 시편의 edge부분에서의 산화율 및 수소침투 가속화 현상을 알아보기 위해 시편의 edge 분율에 따른 산화율 및 수소침투량 실험을 압력영향과 함께 수행하였다. 또 steam corrosion과 waterside corrosion의 비교를 위해 산화율에 따른 수소침투를 평가하였다. 잠정적인 결과로서 pre-transition 영역, 즉, 37$0^{\circ}C$, 72시간에서 103기압에서의 산화가 1 기압에서의 산화보다 약 50% 증가된 값을 가졌고,post-transition 영역, 즉, $700^{\circ}C$, 210분에서는 최고 150%의 산화 가속화를 관찰할 수 있었으며 수소 침투량 역시 산화가 가속화된 만큼 증가하였다. 그리고 압력이 증가함에 따라 산화율이 점진적으로 증가함을 pre-transition영역과 post-transition영역에서 관찰할 수 있었다. 시편의 edge 분율에 따른 산화율의 변화에 대해서는 37$0^{\circ}C$, 72시간의 경우 산화량이 적어 별다른 영향을 관찰할 수 없었으나, $700^{\circ}C$, 210분에서는 시편의 표면적에 대한 edge의 비율이 증가할수록 산화율이 증가하고 있음을 볼 수 있다. 하지만 기존의 논문들에서 주장하고 있는 뚜렷한 edge의 영향을 관측하기는 어려웠다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• v.25 no.4
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• pp.570-587
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• 1993

Recently a number of severe fuel degradation events, seemingly due to internal secondary hydriding, have been reported. This paper reviews internal hydriding of defected zircaloy cladding. First, the history of zircaloy cladding development and the environment of the zircaloys in service in the nuclear reactor are introduced. Fundamental aspects of zircaloy hydriding, such as hydrogen permeability in zirconium oxide, terminal solubility and precipitation in zirconium and its alloys, and the deleterious effect of hydrides are reviewed. The mechanism of massive internal hydriding in defected zircaloy fuel rods is qualitatively described based on the observed phenomena. Significant factors affecting the hydriding process are discussed. A quantitative model for the massive hydriding as a part of an effort to mitigate fuel degradation is briefly mentioned and necessary information and recommended future work for improvement of the model are outlined.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1998.05b
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• pp.237-242
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• 1998

Zr합금의 수소화 반응속도에 미치는 합금원소의 영향을 평가하기 위하여 Zr과 Zr-0.8Sn-XNb계열(X=0.2, 0.4, 0.8, 1.0) 및 Zr-0.4Nb-YSn계열(Y=0.5, 0.8, 1.5, 2.0)의 3원계 합금으로 electro-microbalance가 장착된 TGA (thermo-gravimetric apparatus)장치를 이용하여 40$0^{\circ}C$에서 1기압 수소와의 반응에 따른 무게증가를 in-situ로 측정하였다 Sn 첨가량이 증가함에 따라 1.5% 까지는 수소반응에 따른 무게증가율이 낮게 나타났으나 Sn을 2.0% 함유한 Zr-0.4Nb-2.0Sn합금의 경우 가장 높게 나타났다. 이는 Sn의 함량이 증가할수록 수소침투에 대한 저항성이 증가함을 의미하지만 Sn이 고용도 이상 함유되면 Sn을 함유한 다량의 석출물이 대량수소침투의 site로 작용하여 수소침투가 가속화된 것으로 평가된다. Nb의 경우 첨가량을 증가시킬수록 무게증가는 크게 나타났는데 이는 Nb이 수소흡수성이 크기 때문이며 Zr-0.8Sn-0.2Nb 및 Zr-0.8Sn-0.4Nb 합금보다 Zr-0.8Sn-0.8Nb 및 Zr-0.8Sn-1.0Nb 합금의 경우 TEM을 이용한 금속간 석출물(intermetallic precipitates) 분석에서 이러한 석출물들의 평균크기 및 개수가 크게 평가되었고, 또한 Zr-0.8Sn-0.2Nb, Zr-0.8Sn-0.4Nb 합금에서는 관찰이 되지 않는 $\beta$-Zr 석출물이 관찰되었다 이러한 사실로부터 Nb의 큰 수소흡수성에 부가적으로 이러한 석출물들이 수소침투를 가속화 하는 데에 기여하는 것으로 여겨진다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2011.05a
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• pp.193-195
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• 2011

강판재 사용에 있어 수소취성현상은 강판재가 고강도화됨에 따라 그 감수성이 커지는 것으로 알려져 있다. 특히 노출강판재의 경우, 표면으로부터 침투해 들어가는 수소에 의한 수소취화 거동에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 고강도 DP강을 시험편으로 하여, 음극전기분해법에 의해 수소를 강제주입시킨 후, DP강 표면하 subsurface zone의 수소취화 거동을 평가하고자 하였다. 미소경도분포 측정결과, 수소주입시간이 증가함에 따라 표면하 subsurface zone의 경도 또한 증가하는 것으로 조사되었다. 이는 수소에 의해 표면하 subsurface zone의 경화가 일어나 DP강의 기계적 특성에 영향을 미친것으로 판단된다. 미소경도분포의 측정결과와 미세조직 관찰결과로부터 수소임계침투깊이를 평가하였고, 이를 통해 DP강내 수소확산에 의한 수소임계침투깊이가 존재함을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1996.05c
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• pp.271-276
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• 1996

Zircaloy-4의 수증기 산화와 이에따른 수소침투에 미치는 압력영향을 평가하기 위해 400-50$0^{\circ}C$의 온도범위, 1기압하에서 수증기 산화실험을 수행하였다. 또한 시편의 edge부분에서의 산화율 및 수소침투가속화 영향을 알아보기 위해 시편의 edge분율에 따른 산화율 및 수소침투량 측정실험을 압력영향과 함께 고려하여 수행하였다. 잠정적인 결과로 1기압에서의 산화율보다 103기압에서의 산화율이 약 50% 정도 증가됨을 관찰할 수 있었다. 따라서 이후 수증기 압력과 산화율과의 정량적인 상관관계는 좀 더 다양한 압력실험 후 도출될 예정이다. 본 실험의 산화량 범위에서는 시편의 edge분율이 산화율에 별다른 영향을 주지 않는것으로 나타났으며 더 큰 산화량 범위에서의 edge분율 평가가 진행중이다. 또한 103기압 하의 수증기 산화실험에서는 45$0^{\circ}C$의 경우 국부적인 산화가속화 및 50$0^{\circ}C$에서는 노듈형 산화가 관찰되었으며 이것으로부터 어떤 임계온도 및 임계압력 이상에서 산화메카니즘의 천이가 발생함을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1995.05a
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• pp.611-616
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• 1995

핵연료 피복관의 일차 결함을 통해서 유입되는 냉각수에 의한 피복관 내면의 산화와 이에 따른 수소침투가 핵연료 피복관의 기계적 건전성에 미치는 영향을 규명하기 위한 연구를 수행하였다. 시험 시편은 Westinghouse, NRG, Sandvik에서 제조되는 Zircaloy-4 tube와 Westinghouse사에 개발한 신 합금인 ZIRLO™를 동일한 조건에서 수증기 산화와 수소 주입 실험을 수행하여 제조회사별 성능 평가를 하였으며 기계적 건전성 저하의 평가 방법으로 튜브 파열 실험(tube burst test)을 상온에서 수행하였다. 그 결과는 수소 침투량에 따라 피복관의 기계적 건전성이 지수적으로 감소하는 경향을 보였으며 500ppm이상에서는 취성파괴현상을 보이며 심각한 연성저하를 나타냈다. 제조회 사별 성능 평가에서는 A사 제품이 내식성과 수소흠수특성에서 다른 B, C, D사 제품에 비해 떨어지는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1998.05b
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• pp.243-249
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• 1998

상용 핵연료 피복관 재료로 사용되고 있는 Zircaloy-2와 Zircaloy-4 및 ZIRLO$^{TM}$에 대한 수소와의 반응거동 및 속도론적(kinetic) 자료를 얻기 위하여 electro-microbalance가 장착된 TGA (thermogravimetric analysis) 장치를 이용하여 30$0^{\circ}C$~50$0^{\circ}C$의 온도범위에서 1기압 수소와의 반응에 따른 무게증가를 in-situ로 측정하였다. Zircaloy와 수소와의 반응거동은 chamber내 온도상승시 생성되는 산화막에 의해 초기에는 느린 반응이 진행되는 영역이 존재하고 온도가 낮은 35$0^{\circ}C$ 이하에서는 이것이 잠복기 형태로 나타난 후 직선속도법칙(linear rate law)을 따르며 반응이 가속화되는 것으로 나타났고 40$0^{\circ}C$ 이하의 저온에서는 직선속도법칙에서 반응이 지연되는 방향으로 약간의 편차(deviation)가 관찰되었다. 그 결과 Zircaloy-2와 ZIRLO$^{TM}$가 Zircaloy-4보다 수소와의 반응속도가 빠르고 활성화에너지가 낮은 것으로 나타났으며 직선속도법칙을 근거로 하여 각각 1.1x$10^{7}$ exp(-20,800/RT)와 1.5x$10^{6}$exp(-18,000/RT) 및 6.9x$10^{7}$ exp(-23,800/RT) (mg/dm$^2$/min) 의 속도상수를 도출하였다. 또한, 열구배가 존재하지 않는 out-of-pile 조건하에서도 'sunburst' 형태의 국부적 수소침투가 발생할 수 있음이 ～l,000 ppm이상의 수소침투 시편에서 확인되었다. ～3,000ppm이상 침투하게 되면 표면에 수소화물이 농축되어 있는 hydride layer가 형성됨을 관찰하였으며 ～5,000ppm 이상의 경우에는 수소화물의 방향성이 random하였으며 특히, ZIRLO$^{TM}$ 시편의 경우에서는 원주방향으로 길게 이어진 수소화물과 기계적 성질에 치명적인 반경방향의 수소화물이 평행하게 배열된 것을 관찰하였다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.19 no.1
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• pp.57-63
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• 2015

The hydrogen was charged TRIP steel by electrochemical method under 0.5M $H_2SO_4$ electrolyte and 0.5M NaOH electrolyte with hydrogen charging conditions respectively. The degree of hydrogen embrittlement of TRIP steel was evaluated by using micro Vickers hardness tests. These results showed that the degree of hydrogen embrittlement in acidic electrolyte with hydrogen penetration and hydrogen diffusion through the depth of specimen was more sensitive than its alkaine electrolyte between two type electrolytes. However, it was investigated that micro Vickers hardnesses of surface in acidic electrolyte under two electrolyte were higher than those of alkaine electrolyte. It was thought that in case of hydrogen embrittlement in acid-ice electrolyte, hydrogen charging time was more effective than current density, in case of alkaine electrolyte, hydrogen current density was more effective than charaging time.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.57.2-57.2
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• 2012

산소 이온 전도성 세라믹을 이용한 고체 산화물 연료전지의 전극은 원활한 전기화학반응을 위해, 이온 전도도, 전자 전도도 및 전기화학적 활성을 동시에 가지고 있어야 한다. 이를 위해 복합체 전극을 사용하며, 특히 음극의 경우 니켈(Nickel)과 Yttria-stabilized zirconia (YSZ)로 이루어진 복합체 전극을 혼합 및 소결을 통해 제조하여 사용하였다. 하지만, 니켈의 경우 탄화 수소 연료에서의 탄소 침적 문제와 열악한 산화환원 안정성(redox stability)등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 니켈대신 전도성 세라믹을 사용한 세라믹 복합체 음극 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 그 중 침투법(infiltration method)을 이용한 복합체 전극 제조 방법을 소개한다. 실제로 니켈 금속과 유사한 높은 전기 전도도를 갖는 Sr-doped Lanthanum Vanadate (LSV)을 이용해, YSZ-LSV 복합체 전극을 침투법을 이용해 제조하고, 소량의 촉매을 첨가하여, 이온전도도, 전자 전도도 및 촉매 활성을 갖는 복합체 음극을 제조하였다. 이 복합체 음극의 탄화수소에서의 연료전지 성능 및 redox stability을 측정하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.40 no.7
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• pp.637-646
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• 2016

This study is to investigate the influence of hydrogen attack and UNSM on fatigue behaviors of the Inconel 718 alloy. The decrease of the fatigue life between the untreated and the hydrogen attacked material is 10-20%. The fatigue lives of hydrogen attacked specimen decreased without a fatigue limit, similar to those of nonferrous materials. Due to hydrogen embrittlement, about 80% of the surface cracks were smaller than the average grain size of $13{\mu}m$. Many small surface cracks caused by the embrittling effect of hydrogen attack were initiated at the grain boundaries and surface scratches. Cracks were irregularly distributed, grew, and then coalesced through tearing, leading to a reduction of fatigue life. Results revealed that the fatigue lives of UNSM-treated specimens were longer than those of the untreated specimens.