일산화탄소 동위원소 가스를 이용한 철의 침탄 반응에 대한 속도론적 연구

초록

본 연구에서는 13C18O의 동위원소 가스를 이용하여 1523 K의 고체 철에서의 표면 침탄 반응 속도를 측정하였다. 동위원소 교환법 (Isotope exchange technique)은 고체 철 내로의 탄소 확산 속도를 배제하고, 순수한 표면 반응 속도만을 고찰 가능한 장점이 있다. 수소 가스를 혼합하는 경우 CO가스에 의한 철의 표면 침탄 반응 속도를 측정하기 위하여, He 가스를 운반 가스(Carrier gas)로 한 40%He-10%H2-50%CO의 혼합 가스를 이용하였다. 본 실험에 있어서 기체상의 물질 전달이 율속 반응이 되지 않음을 검증하였으며, 질량 분석기를 통한 13C18O 가스 분석으로 표면 침탄 반응 속도를 측정/계산하였다. 표면 활성 원소 (Surface activeelement)가 침탄 반응에 미치는 영향을 열역학적으로 고찰하였으며, 철 표면에서 CO 가스의 흡착 과정을 세부 단계로 하여 침탄 중 표면 반응에서의 율속 단계를 평가하였다.