[논문]구리의 내식성에 미치는 어닐링 열처리의 영향

김진경; 문경만; 이진규

구리의 내식성에 미치는 어닐링 열처리의 영향
Effect of Annealing Heat Treatment to Corrosion Resistance of a Copper 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.29 no.6, 2005년, pp.654 - 661

김진경 (한국해양수산연수원) , 문경만 (한국해양대학교 기계소재공학부) , 이진규 (한진중공업㈜)

Abstract ▼ AI-Helper

Copper is a well known alloying element that is used to improve the resistance to general corrosion of stainless steel And also Cu cation have the anti-fouling effect to inhibit adhesion of the marine algae and shellfish to the surface of heat exchanger cooling pipe or outside wall of the ship, Therefore there are some anti-fouling methods such as anti-fouling Paint mixed with copper oxide or MGPS(Marine Growth Preventing System) by using Cu cation dissolved to the sea wather solution. Cu cation can be dissolved spontaneously by galvanic current due to Potential difference between Cu and cooling pipe of heat exchanger with Ti material, which may be one of the anti-fouling designs. In this study the effect of annealing heat treatment to galvanic current and Polarization behavior was investigated with a electrochemical points of view such as measurement of corrosion Potential, anodic polarization curve. cyclic voltammetric curve, galvanic current etc The grain size of the surface in annealed at $700^{\circ}C$ was the smallest than that of other annealing temperatures. and also the corrosion Potential showed more positive potential than other annealing temperatures. The galvanic current between Ti and Cu with annealed at $700^{\circ}C$ was the largest value in the case of static condition. However its value in the case of flow condition was the smallest than the other temperatures. Therefore in order to increase anti-fouling effect by Cu cation, the optimum annealing temperature in static condition of sea water is $700^{\circ}C$, however non- heat treated specimen in the case of flow condition may be desirable.

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문제 정의

본 연구는 구리의 어닐링 온도를 변수로 하여 이들의 열처리 온도가 구리의 내식성과 갈바닉 전류에 미치는 영향에 대해서 전기화학적인 관점에서 고찰해 보았다.

제안 방법

99.8%의 순도를 가진 Cu의 환봉을 전기로 (SHIN SAENG Inst.co. M-ODEL : 8EF- 101, 200V, 3KW)를 이용하여 상온, 700℃, 800℃, 900℃ 및 1000℃의 온도에서 1시간 유지 한 후 노냉 시키는 어닐링 열처리를 실시하였다[3] 그리고 시험편의 노출면적을 lcitf만 남기고 나머지는 에폭시로 절연시킨 다음 동선을 연결하여 측정용 시험편을 제작하였다. 그리고 해수 용액의 유동 유무에 따른 부식전위의 변화 및 양극분극곡선을 측정하였으며, 또한 일정공급전류밀도에 의한 분극전위변화와 사이클릭 볼타메트릭 선도 변화를 측정하였다(Won.
CMS-100). 그리고 Ti판과의 면적 비를 20:1로 하였을 경우 두 극판 사이에 흐르는 갈바닉 전류를 측정하였으며, 어닐링 온도변수에 따른 표면의 조직사진 등을 관찰하였다. 용액의 유속은 PIV (Particle Image Velocimetery)로 측정한 결과 3cm/s로 나타났다.
M-ODEL : 8EF- 101, 200V, 3KW)를 이용하여 상온, 700℃, 800℃, 900℃ 및 1000℃의 온도에서 1시간 유지 한 후 노냉 시키는 어닐링 열처리를 실시하였다[3] 그리고 시험편의 노출면적을 lcitf만 남기고 나머지는 에폭시로 절연시킨 다음 동선을 연결하여 측정용 시험편을 제작하였다. 그리고 해수 용액의 유동 유무에 따른 부식전위의 변화 및 양극분극곡선을 측정하였으며, 또한 일정공급전류밀도에 의한 분극전위변화와 사이클릭 볼타메트릭 선도 변화를 측정하였다(Won.A.Tech. CMS-100). 그리고 Ti판과의 면적 비를 20:1로 하였을 경우 두 극판 사이에 흐르는 갈바닉 전류를 측정하였으며, 어닐링 온도변수에 따른 표면의 조직사진 등을 관찰하였다.
용액의 유동유무에 따라 갈바닉 전류가 현저하게 달라지고 있음에 착안하여 사이클릭 볼타메트릭 선도를 통하여 좀 더 구체적인 실험결과를 구하여 보았다. Fig.
지금까지 구리 봉을 각종의 온도에서 어닐링 열 처리를 하여 표면상태, 부식전위변화, 분극곡선 측 정, 사이클릭 볼타메트릭, 일정공급전류밀도 하에 서의 분극전위변화, 갈바닉 전류변화 등을 관찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

성능/효과

1. 700℃에서 어닐링 열처리한 경우 표면의 조직 은 다른 조건에 비해 가장 미세하게 나타났다.
4. 용액의 유동유무에 따라 사이클릭 볼타메트릭 선도상의 활성태 피크전류밀도 값의 차이가 700℃에서 가장 크게 나타나고 있음을 알 수 있다.
5. 이상의 실험결과에서 갈바닉전류에 의한 방오 효과 증대를 위해서는 용액이 유동하지 않는 경우 구리봉을 700℃에서 열처리 하는 것이 바람직하며 용액이 유동하는 경우에는 열처리 하지 않는 상온의 경우가 오히려 무난하다고 사료된다.
1은 각종 온도에서 어닐링 열처리를 한 후 표면의 상태를 관찰한 것이다. Photo.1에서 알 수 있듯이 700℃의 온도에서 열처리를 한 경우 표면의 조직이 가장 미세하였으며 .800℃, 900℃, 1000℃로 온도가 높을수록 조직이 조대화 됨을 알 수 있었다. 그리고 상온.
Cu + Cr->CuCl +e 의 반응이 주로 일어나는 것으로 사료된다. 그리고 제1차 활성태 피크전류는 2Cu + H₂A Cu2O + 2H+ + 2ee 산화 반응에 기인하며 CmO 의 산화막 생성에 의해서 양극전류는 급격히 감소하는 부동태 상태로 이행하며, 다시 C₁₁2O + H₂O — CuO + 2H+ + 2ee 산화 반응에 의해서 저)2차 활성태 피크전류가 형성됨과 동시에 CuO의 산화 막 생성에 의해서 일시적으로 양극전류가 감소되는 현상을 나타내고 있다고 사료된다. 그리고 0.
용액의 유동유무에 관계없이 전체적으로 비슷한 형태의 선도를 나타내고 있음을 알 수 있으며 30 번째 사이클에서도 같은 형태의 선도 변화를 보였다. Fig.
2는 용액이 유동하고 있는 상태에서의 부식전위 변화를 나타내고 있다. 전체적으로 비유동 에 비해서 전위 값이 낮은 경향을 보이고 있으며, 70CTC의 경우가 역시 가장 귀한 값을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이처럼 700℃에서 열처리한 시험편이 가장 귀한 전위 값을 나타내고 있는 것은 표면의 조직이 미세하여 결정립사이의 계면에 산화막의 형성이 다른 시험편에 비해서 용이하여 양극분극이 증대하였기 때문으로 사료된다.

참고문헌 (10)

D. P. Cox, 'Copper Resources in Ency Clopedia of Materials Science and Engineering', Vol. 2, M. B Beven. Ed, Dergamon Press and the MIT Press, pp.855-859, 1986
Tony Cunningham, 'Marine Coating Inspection Program', Version 97-1, NACE International Houston, Texas, 1997
Tony Cunningham, 'The Marine Environment', Version 97-1, NACE International Houston, Texas, 1997
Cathelco, 'ANTIFOULING SYSTEM OPERATION MANUAL', Marine house Hipper Street South, HULL SB-395, 1976
'Marine Fouling and Its Prevention', U. S. Naval Institute, Annapolis, Md, 1952
Hans. C. Flemming, Gill G. Geesey,'Biofouling and Biocorrosion in Industrial Water System', International Workshop on Industrial Biofouling and Biocorrosion, Stuttgant, pp 13-14, 1990
'Standard Method for Testing Antifouling Panels in Shllow Submergence', ASTM, D 3623-78a, 1993
大和久, 重雄著, '熱處理技術と材料ぉよび試驗', 地人書館, pp. 197, 1983
M. Pourbaix and N. DE Zoubov, 'Atlas of Electrochemical Equilibrium in Aqueous Solution', Ed. Pergamon Press and Cebelcor, pp.384, 1966
田大熙, '腐蝕과防蝕의管理', 一中社, pp.229, 1985

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