[논문]건식플라즈마 표면처리법에 의한 마그네슘 합금의 내식특성 향상

윤용섭

doi:10.7837/kosomes.2011.17.2.155

건식플라즈마 표면처리법에 의한 마그네슘 합금의 내식특성 향상
A Study on the Enhancement of Corrosion Resistance of Magnesium Alloy by Dry Plasma Process 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.17 no.2 = no.45, 2011년, pp.155 - 160

초록
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현재 지구온난화 등의 환경문제로 인해 각종 산업분야에서 정량화에 대한 요구가 증대되어 해양산업에도 그 수요가 증가하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 차세대 경량화 재료인 마그네슘이 활용되기 위해서 반드시 극복해야할 가장 중요한 특성인 내식특성에 대하여 고찰하고, 그 내식특성 향상을 위한 마그네슘 박막의 Morphology나 결정배향성의 영향을 해명하고자 하였다. 실험결과로부터 제작한 Mg 박막의 전기화학적 내식특성은 Ar 가스압이 높은 조건에서 제작한 막일수록 내식특성이 우수하였다. 이러한 경향은 표면 및 단면의 Morphology와 결정배향성과의 상관관계를 통하여 설명 가능하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In these days, there are increasing demands for weight reduction in many industrial fields including marine industries. Therefore, magnesium thin films for lightweight materials were prepared on magnesium alloy substrate. The influence of gas pressure and substrate bias voltages on the crystal orientation and morphology of the films was determined by using X-ray diffraction and FE-SEM, respectively. And the effect of crystal orientation and morphology of the magnesium thin films on corrosion behavior was estimated by measuring electro-chemical anodic polarization curves in deaerated 3% NaCl solution. From the results, corrosion resistance of Mg thin films was improved by controlling the crystal orientation and morphology of the films with effective use of plasma ion plating technique.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 환경 친화적이고 무공해 플라즈마 박막 프로세스인 열전자 활성화형 Ion plating법에 의한 Mg 박막을 코팅함으로써 Mg 재료의 내식특성 향상에 대하여 논의 하였다. 또한 Ar 가스압, 바이어스 전압과 같은 제작조건에 따라 변화되는 생성막의 Morphology나 결정배향성(Crystal orientation) 의변화가 내식특성 및 경도에 미치는 영향을 고찰함으로써 그 박막의 형성기구 및 특성관계를 해명하고자 히-였다.
하였다. 또한 Ar 가스압, 바이어스 전압과 같은 제작조건에 따라 변화되는 생성막의 Morphology나 결정배향성(Crystal orientation) 의변화가 내식특성 및 경도에 미치는 영향을 고찰함으로써 그 박막의 형성기구 및 특성관계를 해명하고자 히-였다.

제안 방법

이때 Ar 가스를 약 IPa까지 도입시키고, 기판과 증발원 사이에 -500 V 의 Bias 전압, T50V의 이온화 가속전압, 20 A의 이온화 필라멘트 전류를 인가함으로써 Ion bombardment cleaning을 20분간 실시하였다. 그리고 기판 및 증발금속의 Ion bombardment cleaning이 끝난 후에는 다시 진공용기를 시6Torr까지 충분히 배기시킨 후, 설정한 Bias 전압 및 진공도 조건을 변화시켜가며 Mg 박막을 제작하였다. 여기에서 전 조건 증착시 증발원 가열전압은 -100 V, 이온화 가속전압은 150V, 이온화 필라멘트 전류는 20A, Bias 전압은 T00V로 일정하게 하여 20분간 증착시켰다.
이와 같이 제작한 Mg 박막은 X선회절(X-Ray Diffraction, XRD) 및 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)에 의해 결정배향성(Crystal Orientation) 분석 및 몰포로 ^(Morphology) 관찰을 하였다. 그리고 이들 코팅막에 대한 내식성은 탈기된 3% NaCl 용액중 Potentiortat에 의해 전기화학적 양극분극(Anodic polarization) 가속부식측정을 하여 평가하였다.
진공의 형성은 ×103tob까지 우선 Rotary pump 를 이용하여 배기하고, 충분히 예열된 Oil diffusion pump를 이용하여 X 10-6 Torr 까지 용기 내를 충분히 배기하였다. 이때 Ar 가스를 약 IPa까지 도입시키고, 기판과 증발원 사이에 -500 V 의 Bias 전압, T50V의 이온화 가속전압, 20 A의 이온화 필라멘트 전류를 인가함으로써 Ion bombardment cleaning을 20분간 실시하였다. 그리고 기판 및 증발금속의 Ion bombardment cleaning이 끝난 후에는 다시 진공용기를 시6Torr까지 충분히 배기시킨 후, 설정한 Bias 전압 및 진공도 조건을 변화시켜가며 Mg 박막을 제작하였다.
여기에서 전 조건 증착시 증발원 가열전압은 -100 V, 이온화 가속전압은 150V, 이온화 필라멘트 전류는 20A, Bias 전압은 T00V로 일정하게 하여 20분간 증착시켰다. 이와 같이 제작한 Mg 박막은 X선회절(X-Ray Diffraction, XRD) 및 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)에 의해 결정배향성(Crystal Orientation) 분석 및 몰포로 ^(Morphology) 관찰을 하였다. 그리고 이들 코팅막에 대한 내식성은 탈기된 3% NaCl 용액중 Potentiortat에 의해 전기화학적 양극분극(Anodic polarization) 가속부식측정을 하여 평가하였다.

대상 데이터

2). Mg 박막을 제작하기 위해 사용한 증발금속은 순도 99.99 %의 증발용 마그네슘을 사용하였고, 기판은 'Mg 합금 중에서 내식특성이 가장 우수한 AZ 91D를 이용하였다. 진공의 형성은 ×103tob까지 우선 Rotary pump 를 이용하여 배기하고, 충분히 예열된 Oil diffusion pump를 이용하여 X 10-6 Torr 까지 용기 내를 충분히 배기하였다.

이론/모형

본 실험에서는 Mg 박막을 제작하기 위해 진공증착법 및 열전자 활성화형 Ion plating(Thermoeelectron activated ion plati®법을 사용하였다(Fig. 2). Mg 박막을 제작하기 위해 사용한 증발금속은 순도 99.

성능/효과

99 % Mg-ingot와 AZ91D는 물론, Chromate 처리한 AZ91D 보다도 현저하게 양호한 내식특성을 나타냈다. 그리고 Ar 가스압을 증가시켜 제작한 막일수록 부식전류밀도가 낮은 우수한 내식 특성을 나타내었다. 그리고 이때 전기화학적 양극분극 실험 전 .
본 실험에서 제작한 Mg 박막의 전기화학적 내식특성은 Ar 가스압이 높은 조건에서 제작한 막일수록 내식특성이 우수하였다. 특히, 각각의 Bias 전압조건 중 내식성이 좋은 5xl0TTorr 에서 제작한 Mg 박막의 경우에는 기판 및 증발금속으로 사용한 AZ91D 및 99.
경향을 나타내었다. 여기서는 전체적으로 비슷한 부식 거동을 보이지만, Ar 가스압이 증가함에 따라 초기 침지 전위는 비한 값을 나타내었고, 침지시간이 경과할수록 귀전위 뱡향으로 이행하여 결과적으로 다소 귀한 값을 가지는 경향을 나타내었다. 이것은 Fig.
7은 각각의 증착조건에서 제작한 Mg 박막에 대하여 탈기한 3% NaCl 수용액에서 전기화학적 양극분극 측정 한 결과와 실험 전 - 후에 관찰한 광학현미경 사진을 각각 나타낸 것이다. 우선 분극측정 결과에서 보이는 바와 같이 5시(注 Torr 경우의 Mg 박막이 증발물질 및 기판으로 각각 사용한 99.99 % Mg-ingot와 AZ91D는 물론, Chromate 처리한 AZ91D 보다도 현저하게 양호한 내식특성을 나타냈다. 그리고 Ar 가스압을 증가시켜 제작한 막일수록 부식전류밀도가 낮은 우수한 내식 특성을 나타내었다.
우선, 실험 기판으로 사용한 AZ91D는 최초 전위인-1.574V 에서 점차로 침지시간이 경과함에 따라 귀전위 방향으로 이행하여 약 -L520V에서 안정화되었고 또한, Chromate 처리한 AZ91D의 경우는 최초전위인 -L5&1V에서 침지시간이 경과함에 따라 귀전위 방향으로 이행하여 AZ91D보다 비전위인 -1.540 V에서 안정화하였다. 그리고 Mg 박막의 경우는 초기 침지 전위가 Ar 가스압이 5xl0TTorr의 경우는 -1.
이상의 결과를 통하여 무공해 플라즈마 막프로세스 중의 하나인 열전자 활성화형 Ion plating법을 이용하여 우수한 내식성을 갖는 Mg 박막의 제작이 가능하였다. 이에 따라 향후 Mg 박막의 실용화를 위해서는 강도특성, 피로특성, 용접성 및 조직 특성과 같은 다각적 평가 더불어 다층 마무리 표면처리의 고려 및 검토가 필요할 것으로 생각한다.
특히, 각각의 Bias 전압조건 중 내식성이 좋은 5xl0TTorr 에서 제작한 Mg 박막의 경우에는 기판 및 증발금속으로 사용한 AZ91D 및 99.99% Mg-ingot는 물론 Chromate 처리한 AZ91D보다도 양호한 내식특성을 나타내었다. 그리고, 이러한 경향은 표면 및 단면의 Morphology와 결정배향성과의 상관관계를 통하여 설명 가능하였다.
그리고 이때 전기화학적 양극분극 실험 전 . 후의 광학현미경 사진에서 알 수 있는 바와 같이, Ar 가스압이 5×10-1 Torr인 경우가 다른 Ar 가스압 조건에서 제작한 Mg 박막과 대조적으로 Mg 박막의 일부만이 부식되는 우수한 내식성을 나타내었다.

후속연구

갖는 Mg 박막의 제작이 가능하였다. 이에 따라 향후 Mg 박막의 실용화를 위해서는 강도특성, 피로특성, 용접성 및 조직 특성과 같은 다각적 평가 더불어 다층 마무리 표면처리의 고려 및 검토가 필요할 것으로 생각한다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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