불산(Hydrogen Fluoride, HF)은 냉매 제조, 반도체 공정, 전자부품, 알루미늄 제조, 플라스틱 제조 등 여러 산업영역에서 광범위하게 사용되고 있다. 특히 과거 꿈의 물질로 불리던 CFC계 냉매 산업부터 현재의 반도체공정 산업까지 불산을 이용한 고부가가치 산업이 계속되고 있으며, 앞으로도 반도체가스, 2차 전지산업 및 신냉매 산업으로 시장이 커질 것으로 예상된다. 화학 산업에서 활용성이 높아 다양한 산업분야에서 사용되지만 취급시 주의를 요하지 않으면 위험한 물질이 될 수 있다. 이러한 불산의 제조 공정은 다양한 종류의 금속들로 이루어져 있다. 불산에 대한 부식 저항 금속으로는 Monel이나 납 등이 잘 알려져 있다. 하지만 이러한 금속들은 높은 가격 및 환경적 규제 때문에 사용에 제한을 받고 있다. 때문에 일반적으로 산업공정에서는 가격이 저렴한 Carbon Steel을 비롯하여 Stainless Steel 304, Stainless Steel 316를 주로 사용하고 있다. 본 연구에서는 일반적으로 산업 현장에서 사용되는 Carbon Steel을 비롯하여 Stainless Steel 304, Stainless Steel 316과 불산에 대한 저항금속 재질로 알려진 Monel 400에 대하여 불산 농도에 따른 부식 특성에 대해서 알아보았다. 금속시편은 같은 크기로 제작하였다. 각기 다른 함량의 불산 용액(20% HF, 55% HF, 70% HF)이 담긴 ...
초 록
불산(Hydrogen Fluoride, HF)은 냉매 제조, 반도체 공정, 전자부품, 알루미늄 제조, 플라스틱 제조 등 여러 산업영역에서 광범위하게 사용되고 있다. 특히 과거 꿈의 물질로 불리던 CFC계 냉매 산업부터 현재의 반도체공정 산업까지 불산을 이용한 고부가가치 산업이 계속되고 있으며, 앞으로도 반도체가스, 2차 전지산업 및 신냉매 산업으로 시장이 커질 것으로 예상된다. 화학 산업에서 활용성이 높아 다양한 산업분야에서 사용되지만 취급시 주의를 요하지 않으면 위험한 물질이 될 수 있다. 이러한 불산의 제조 공정은 다양한 종류의 금속들로 이루어져 있다. 불산에 대한 부식 저항 금속으로는 Monel이나 납 등이 잘 알려져 있다. 하지만 이러한 금속들은 높은 가격 및 환경적 규제 때문에 사용에 제한을 받고 있다. 때문에 일반적으로 산업공정에서는 가격이 저렴한 Carbon Steel을 비롯하여 Stainless Steel 304, Stainless Steel 316를 주로 사용하고 있다. 본 연구에서는 일반적으로 산업 현장에서 사용되는 Carbon Steel을 비롯하여 Stainless Steel 304, Stainless Steel 316과 불산에 대한 저항금속 재질로 알려진 Monel 400에 대하여 불산 농도에 따른 부식 특성에 대해서 알아보았다. 금속시편은 같은 크기로 제작하였다. 각기 다른 함량의 불산 용액(20% HF, 55% HF, 70% HF)이 담긴 테프론 용기 속에 금속시편을 침지시키고, 외부 공기와 차단하고 상온에서 일정 시간 경과 후 분석을 하였다. 분석은 육안 관찰, 경과 시간에 따른 금속의 무게 변화 및 부식 속도 측정, 반응한 불산 용액 안의 금속원소 분석, 그리고 SEM 및 EDS을 이용한 표면 분석을 하였다. 그 결과 불산 함량 20% HF용액에서 Carbon Steel의 부식 상태가 실험에 사용된 다른 금속 보다 가장 심하게 나타났고, 불산 함량 55% HF용액에서는Stainless Steel 304와 Stainless Steel 316 재질이 부식 상태가 심했다. 불산 함량 70% HF용액에서는 Monel 400을 제외하고, Carbon Steel의 부식이 가장 적었다. Monel 400은 실험에 사용된 모든 금속과 모든 불산 함량에서 부식 상태가 현저히 적었고, 미세했다. 불산의 함량에 따라 금속의 부식속도가 다르게 나타난 것은, 불산은 물과 희석되어있는 형태인데 낮은 함량의 불산에는 많은 물이 희석되어 있고, 그 물속에 포함되어 있는 용존 산소의 양이 부식속도를 촉진시키는 것으로 생각 된다. 결론적으로, 보고 된 것과 같이 Monel 400은 불산에 대한 저항 금속으로 우수하다고 생각되었다. Monel 400을 제외하고, 불산 함량 70% HF 혹은 그 이상에서는 Carbon Steel이 상대적으로 매우 낮은 부식을 나타내어, 이 함량 이상에서의 사용은 충분히 검토될 수 있다고 생각된다. 불산 함량 55% HF 혹은 그 이하에서는 철 합금의 부식이 빠르게 진행되었다.
Abstract
Hydrofluoric Acid (HF) has been used for a wide range of purposes in different industrial fields, including acid pickling in the metal industry, CFC compound manufacturing, gasoline alkylating agents, etching agent for the glass industry and so on. Furthermore, HF has also been playing an essential role in semiconductor and electronics industries and made a great contribution to those industries. AHF manufacturing process is comprised of numerous different types of metal and those metals are susceptible to corrosion caused by HF which brings a significant influence to industries. Monel and lead are known as typical metals resistant to corrosion caused by HF. However, those metals are unfit because of its high price and environmental issues to be used for parts or equipments including storage tanks and transfer pipelines. Therefore, the storage tanks and pipelines are normally made of synthetic resins instead. We investigated corrosion properties of Carbon steel, Stainless Steel 304, and Stainless 316 as well as the corrosion-resistant metal, Monel 400, in HF solution of different concentrations. The data set has been obtained mainly through a primary experimental research. In the experiment, each of the metal samples was prepared with the same size and was soaked in Teflon-lined containers with different concentrations of HF solutions (20% HF, 55% HF, and 70% HF) at room temperature without inflows of air. Each of those metal samples was soaked in HF solutions for 30 days, 70 days, and 120 days. The reacted metal samples were used for various analyses; conventional naked eye observation, changes in weight of the metal samples with reacting time, corrosion velocities, elemental analysis in HF solution, surface analysis of the metal samples. We found that Carbon Steel in 20% HF solution was corroded much more rapidly than those in 70% HF and 55% HF solutions. Stainless Steel 304 and Stainless Steel 316 were corroded much more heavily in 55% HF solution. Except for Monel 400, Carbon Steel showed higher corrosion resistance than Stainless Steel 304 and Stainless Steel 316 in 70% HF solution. As known, Monel 400 are corroded significantly slower in HF solution of different concentrations. In addition, the fact that the corrosion velocity varies depending on HF concentrations indicates that the oxygen dissolved in water diluting HF in solutions accelerates the corrosion velocity. That is to say, the low concentration HF solutions diluted with much of the water result in the more aggressive corrosion of metal caused by a higher amount of dissolved oxygen in water than those in the high concentration HF solution. In conclusion, as known, Monel 400 is corroded significantly slower in HF solution of different concentrations and is suita
초 록
불산(Hydrogen Fluoride, HF)은 냉매 제조, 반도체 공정, 전자부품, 알루미늄 제조, 플라스틱 제조 등 여러 산업영역에서 광범위하게 사용되고 있다. 특히 과거 꿈의 물질로 불리던 CFC계 냉매 산업부터 현재의 반도체공정 산업까지 불산을 이용한 고부가가치 산업이 계속되고 있으며, 앞으로도 반도체가스, 2차 전지산업 및 신냉매 산업으로 시장이 커질 것으로 예상된다. 화학 산업에서 활용성이 높아 다양한 산업분야에서 사용되지만 취급시 주의를 요하지 않으면 위험한 물질이 될 수 있다. 이러한 불산의 제조 공정은 다양한 종류의 금속들로 이루어져 있다. 불산에 대한 부식 저항 금속으로는 Monel이나 납 등이 잘 알려져 있다. 하지만 이러한 금속들은 높은 가격 및 환경적 규제 때문에 사용에 제한을 받고 있다. 때문에 일반적으로 산업공정에서는 가격이 저렴한 Carbon Steel을 비롯하여 Stainless Steel 304, Stainless Steel 316를 주로 사용하고 있다. 본 연구에서는 일반적으로 산업 현장에서 사용되는 Carbon Steel을 비롯하여 Stainless Steel 304, Stainless Steel 316과 불산에 대한 저항금속 재질로 알려진 Monel 400에 대하여 불산 농도에 따른 부식 특성에 대해서 알아보았다. 금속시편은 같은 크기로 제작하였다. 각기 다른 함량의 불산 용액(20% HF, 55% HF, 70% HF)이 담긴 테프론 용기 속에 금속시편을 침지시키고, 외부 공기와 차단하고 상온에서 일정 시간 경과 후 분석을 하였다. 분석은 육안 관찰, 경과 시간에 따른 금속의 무게 변화 및 부식 속도 측정, 반응한 불산 용액 안의 금속원소 분석, 그리고 SEM 및 EDS을 이용한 표면 분석을 하였다. 그 결과 불산 함량 20% HF용액에서 Carbon Steel의 부식 상태가 실험에 사용된 다른 금속 보다 가장 심하게 나타났고, 불산 함량 55% HF용액에서는Stainless Steel 304와 Stainless Steel 316 재질이 부식 상태가 심했다. 불산 함량 70% HF용액에서는 Monel 400을 제외하고, Carbon Steel의 부식이 가장 적었다. Monel 400은 실험에 사용된 모든 금속과 모든 불산 함량에서 부식 상태가 현저히 적었고, 미세했다. 불산의 함량에 따라 금속의 부식속도가 다르게 나타난 것은, 불산은 물과 희석되어있는 형태인데 낮은 함량의 불산에는 많은 물이 희석되어 있고, 그 물속에 포함되어 있는 용존 산소의 양이 부식속도를 촉진시키는 것으로 생각 된다. 결론적으로, 보고 된 것과 같이 Monel 400은 불산에 대한 저항 금속으로 우수하다고 생각되었다. Monel 400을 제외하고, 불산 함량 70% HF 혹은 그 이상에서는 Carbon Steel이 상대적으로 매우 낮은 부식을 나타내어, 이 함량 이상에서의 사용은 충분히 검토될 수 있다고 생각된다. 불산 함량 55% HF 혹은 그 이하에서는 철 합금의 부식이 빠르게 진행되었다.
Abstract
Hydrofluoric Acid (HF) has been used for a wide range of purposes in different industrial fields, including acid pickling in the metal industry, CFC compound manufacturing, gasoline alkylating agents, etching agent for the glass industry and so on. Furthermore, HF has also been playing an essential role in semiconductor and electronics industries and made a great contribution to those industries. AHF manufacturing process is comprised of numerous different types of metal and those metals are susceptible to corrosion caused by HF which brings a significant influence to industries. Monel and lead are known as typical metals resistant to corrosion caused by HF. However, those metals are unfit because of its high price and environmental issues to be used for parts or equipments including storage tanks and transfer pipelines. Therefore, the storage tanks and pipelines are normally made of synthetic resins instead. We investigated corrosion properties of Carbon steel, Stainless Steel 304, and Stainless 316 as well as the corrosion-resistant metal, Monel 400, in HF solution of different concentrations. The data set has been obtained mainly through a primary experimental research. In the experiment, each of the metal samples was prepared with the same size and was soaked in Teflon-lined containers with different concentrations of HF solutions (20% HF, 55% HF, and 70% HF) at room temperature without inflows of air. Each of those metal samples was soaked in HF solutions for 30 days, 70 days, and 120 days. The reacted metal samples were used for various analyses; conventional naked eye observation, changes in weight of the metal samples with reacting time, corrosion velocities, elemental analysis in HF solution, surface analysis of the metal samples. We found that Carbon Steel in 20% HF solution was corroded much more rapidly than those in 70% HF and 55% HF solutions. Stainless Steel 304 and Stainless Steel 316 were corroded much more heavily in 55% HF solution. Except for Monel 400, Carbon Steel showed higher corrosion resistance than Stainless Steel 304 and Stainless Steel 316 in 70% HF solution. As known, Monel 400 are corroded significantly slower in HF solution of different concentrations. In addition, the fact that the corrosion velocity varies depending on HF concentrations indicates that the oxygen dissolved in water diluting HF in solutions accelerates the corrosion velocity. That is to say, the low concentration HF solutions diluted with much of the water result in the more aggressive corrosion of metal caused by a higher amount of dissolved oxygen in water than those in the high concentration HF solution. In conclusion, as known, Monel 400 is corroded significantly slower in HF solution of different concentrations and is suita
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