인듐과 갈륨이 포함된 상온에서 액체 금속 또는 인듐 합금 액체를 사용하는 것과 스테인리스 스틸에 대한 반응에 대해 몇 가지 질문이 있었습니다.
많은 과학자들이 NaK를 대체할 안정적이고 열 전도성이 있는 액체 소재를 적극적으로 찾고 있습니다. 액체 인듐/갈륨 금속에 대한 데이터 시트에 따르면 이 금속은 많은 금속에 부식성이 있다고 하는데, 인듐과 갈륨(Indalloy 51E)인 액체 금속이 스테인리스 스틸과 반응할까요?
금속공학자 밥 자렛이 그 해답을 제시했습니다:
짧은 답변:
갈륨 합금은 원자로 용기의 NaK 액체 금속을 대체하는 것으로 테스트되었으며 최대 600°C까지 허용 가능한 성능을 보였습니다. 또한 스테인리스 스틸 전극이 침지된 스위치에도 사용됩니다(아크 손상을 줄이기 위해 보통 탄탈륨으로 제작/파단 요소를 만듭니다). 인달로이 51E를 적용하는 데 사용되는 온도에서는 스테인리스 부품의 마모가 발생하지 않을 것으로 생각됩니다.
긴 답변입니다:
모든 액체 금속은 다른 깨끗한 금속 표면을 적십니다. 실제 상호작용에서는 산소, 질소, 탄소로 이루어진 얇은 층만으로도 젖음을 방지할 수 있는 경우가 많습니다(이러한 문제를 극복하기 위해 표면 화학 및 플럭스 과학이 개발되었습니다).
갈륨 합금은 플럭스 없이도 이 표면층을 분해할 수 있습니다. 이렇게 하면 모재 금속과 액체 합금이 밀접하게 접촉하게 됩니다. 모재 금속이 갈륨에 대한 용해도가 높으면 용해됩니다. 이 속도는 고체에서 액체 합금으로의 질량 수송에 의해 제한됩니다. 온도, 난류 및 금속 내 갈륨의 용해도가 속도에 영향을 미칩니다.
노출 온도가 충분히 뜨거우면 스테인리스 스틸 원소가 합금에 녹기 시작합니다. 합금 표면의 난류는 커피에 설탕을 녹이는 저어주기와 같은 확산 경계층을 분해합니다. 스테인리스강의 철, 크롬, 니켈은 최대 ~400~600°C까지 갈륨과 본질적으로 상호 불용성입니다(내화 원소인 탄탈륨, 텅스텐, 몰리브덴, 지르코늄, 티타늄 등의 경우와 마찬가지로). 이 온도 이상에서는 스테인리스 스틸의 원소가 갈륨에 용해되기 시작합니다.
알루미늄은 갈륨과 같은 주기율기에 속하며, 두 물질은 용해 범위가 넓어 20%의 갈륨은 고체 알루미늄에 용해되고 ~1%의 알루미늄은 녹는점에서 갈륨에 용해됩니다. 갈륨 합금이 알루미늄과 접촉하면 본질적으로 확산 장벽이 없어 갈륨이 고체에서 알루미늄을 대체하여 Al-Ga 아말감으로 변하는 것을 막을 수 없습니다.
