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문제 정의
- 또한 Sn의 용융온도가 약 232℃로 Al의 660℃보다 낮아 금속용사시 용사량 및 용사면적, 비산량에서 기존 Zn-Al에 비해 우수한 성능을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 개발된 Zn-Sn 합금의 방식성능 평가를 위해 전기화학 방식성능 시험 및 CASS Test (염수분무시험)을 실시하여 중방식도장 시험체와 용융아연도금 시험체, Zn-Al 시험체와의 비교를 통하여 개발된 Zn-Sn 금속용사의 방식성능을 실험적으로 평가하고자 한다.
- 이러한 배경하에 본 연구에서는 기존 Zn-Al보다 방식성능이 우수한 금속을 개발하기 위하여 아연(Zn)-주석(Sn)의 합금을 개발하였다. Zn-Sn의 합금 조성물은 부식반응에 있어 갈바닉 희생양극 방식으로 기존의 Zn-Al에 비해 내식성과 내구성이 크게 향상된 합금이다.
제안 방법
- 시험조건은 Table 5와 같고, Figure 7에 CASS시험 기를, Figure 8에 시험 광경을 나타낸다. CASS시험 기간은 촉진시험 후 1일, 3일, 5일, 7일, 10일, 15일 이며, 각 시험기간에 표면상태를 육안으로 관찰하고 사진촬영을 실시하여 시간경과에 따른 시험체 표면의 변화 정도를 파악하였다.
- CASS시험은 시험체 제작 후 염수 분무시험 규격에 따라 15일간 부식 촉진 시험을 실시하였으며, 부식이 발생되지 않은 시험체는 부식이 발생될 때까지 시험을 계속하였다. 시험조건은 Table 5와 같고, Figure 7에 CASS시험 기를, Figure 8에 시험 광경을 나타낸다.
- Table 3은 각 방식공법에 따른 시험체 구성을 나타낸다. 강판 표면에 그릿트 블라스트를 적용하여 표면 거칠기를 부여하고 용사 코팅 후 봉공처리를 하여, 일반적으로 강판의 방식용으로 널리 활용되고 있는 용융아연도금 코팅 시험체, 일반도장공법 시험체, 그리고 방식성 비교용으로 무도장 강판 시험체로 구분하였다. 금속용사는 그릿트 블라스트 처리 면에 금속용사를 실시하였다.
- 1mV/s 주사속도의 동전위방법(Potentiodynamic)에 의해 전위 별 전류밀도를 기록하였다. 그리고, 모든 측정 전위는 포화감홍전극 (SCE, Saturated Calomel Electrode) 기준의 상대값으로 표현되었으며, 실험하는 동안 에어 블로어를 이용하여 지속적으로 공기가 용액 내로 유입되도록 하였다. 각 시험체의 분극거동을 살펴본 결과, 금속용사방식 공법 시험체들과 용융아연 도금 시험체는 시험 종료 후 육안 관찰에서도 시험체 표면이 녹아 있고 강판과 아연계 코팅층의 갈바닉 연결에 따른 전위차 발생에 의해 용사막은 강판에 대한 희생방식을 위해 양호한 부식전류 흐름이 나타나는 것을 알 수 있었다.
- 강판 표면에 그릿트 블라스트를 적용하여 표면 거칠기를 부여하고 용사 코팅 후 봉공처리를 하여, 일반적으로 강판의 방식용으로 널리 활용되고 있는 용융아연도금 코팅 시험체, 일반도장공법 시험체, 그리고 방식성 비교용으로 무도장 강판 시험체로 구분하였다. 금속용사는 그릿트 블라스트 처리 면에 금속용사를 실시하였다.
- 0wt% NaCl 용액 내에서의 부식경향성을 조사하기 위하여 시험체의 분극거동을 시험하였으며, 분극곡선은 용액 내에 침지된 시험편이 안정한 부식전위를 나타내는 시간영역에서 측정하였다. 또한, 각 시험체의 부식전위(Ecorr)를 모니터링한 후, Ecorr -20mV에서부터 시작하여 Ecorr +300mV까지 0.1mV/s 주사속도의 동전위방법(Potentiodynamic)에 의해 전위 별 전류밀도를 기록하였다. 그리고, 모든 측정 전위는 포화감홍전극 (SCE, Saturated Calomel Electrode) 기준의 상대값으로 표현되었으며, 실험하는 동안 에어 블로어를 이용하여 지속적으로 공기가 용액 내로 유입되도록 하였다.
- 본 연구에서 개발된 Sn-Zn 금속용사 공법을 대상으로 전기화학시험 및 CASS시험을 통하여 방식성능을 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 본 연구에서는 전기화학적인 시험 및 CASS Test (염수분무시험)을 실시하여 중방식도장 시험체와 용융아연도금 시험체, Zn-Al 시험체와의 비교를 통해 Zn-Sn 금속용사의 방식 성능을 평가하였다. 시험 결과, 전기화학 시험을 통하여 Zn-Sn / Zn-Al 상온금속 용사 시스템 공법의 방식원리는 방식전위에 의하여 확보되는 것을 확인하였으며 강구조물의 방식 공법으로서상온금속용사 공법은 용융아연도금 공법과 중방식 도장 공법과 비교하여 매우 우수한 방식성능을 가지고 있는 것이 CASS 시험을 통하여 검증되었다.
- 각 방식 공법에 따라 제작한 시험체를 Figure 3과 같이 적당한 크기(17×17 mm)로 절단하여 접점을 연결하고 1㎠의 면적을 제외한 나머지 표면을 마스킹하여 전기적으로 차단하였다. 이와 같이 제작된 각 시험체를 Figure 4와 같이 25℃ 5wt%의 NaCl 용액에 침지시킨 후 부식전위의 경향성을 전기화학적 실험기구인 Potentiostat을 이용하였으며 기준전극(Reference Electrode), 작동전극(Working Electrode), 보조전극 (Counter Electrode)으로 구성되어 있는 실험 기구를 통하여 측정하였다.
- 따라서 일반적으로 50mV차가 있으면 희생방식성능이 있기 때문에 이 결과로부터 금속용사공법은 용융아연 도금과 같이 충분히 희생양극 방식 효과가 있다는 것을 알 수 있었다. 한편, 5.0wt% NaCl 용액 내에서의 부식경향성을 조사하기 위하여 시험체의 분극거동을 시험하였으며, 분극곡선은 용액 내에 침지된 시험편이 안정한 부식전위를 나타내는 시간영역에서 측정하였다. 또한, 각 시험체의 부식전위(Ecorr)를 모니터링한 후, Ecorr -20mV에서부터 시작하여 Ecorr +300mV까지 0.
대상 데이터
- 시험체는 SS400인 두께 1.5mm의 강판을 70×150mm로 절단 한 후 강재 표면에 시험체 구성에 따른 각종 방식공법을 실시하여 제작하였다.
이론/모형
- 강재의 방식성능을 촉진 시험방법으로서 평가하기 위하여 CASS (Copper-Accelerated acetic acid Salt Spray test) 시험을 실시하였다. 시험체는 SS400인 두께 1.
성능/효과
- 1) 전기화학 시험을 통하여 개발된 Sn-Zn 금속용사 공법은 기존의 Zn-Al 금속용사 공법 및 용융아연도금과 같이 희생양극방식에 의한 방식원리를 가지는 것을 알 수 있었으며, 방식처리를 하지 않은 시험체와 비교하여 약 450mV의 방식전위 차이를 나타내어 매우 우수한 방식전위를 가지는 것으로 나타났다.
- 2) 동일한 희생양극방식을 나타내는 Zn-Sn 금속용사와 Zn-Al 금속용사를 비교해본 결과, Zn-Sn=65:35인 시험체의 경우 부식속도가 3.33mpy로 가장 작고, 분극저항도 3.57로 가장 작게 나타나 본 시험에서 가장 우수한 방식성능을 나타내는 것으로 나타났다.
- 3) CASS 시험 결과, 희생양극방식을 나타내는 금속용사 공법은 공시 5일 시점 부터 백청이 증가하며 7일에서는 전체적으로 백청이 넓어졌으나 공시 15일의 시험 종료 후에도 적청의 발생은 나타나지 않고 강재의 크로스 컷 부위에서도 녹 발생 흔적은 없이 희생 양극 작용에 의해 손상부의 녹발생을 억제하는 우수한 방식성능을 나타내었다.
- 4) 중방식 도장에서는 도막 핀홀원인에 의한 점청의 확대화 함께 크로스 컷 부분에서 매우 심한 녹발생과 도막의 박리현상이 일어나 희생양극방식과 같은 녹발생 억제의 효과가 거의 나타나지 않았다.
- 그리고, 모든 측정 전위는 포화감홍전극 (SCE, Saturated Calomel Electrode) 기준의 상대값으로 표현되었으며, 실험하는 동안 에어 블로어를 이용하여 지속적으로 공기가 용액 내로 유입되도록 하였다. 각 시험체의 분극거동을 살펴본 결과, 금속용사방식 공법 시험체들과 용융아연 도금 시험체는 시험 종료 후 육안 관찰에서도 시험체 표면이 녹아 있고 강판과 아연계 코팅층의 갈바닉 연결에 따른 전위차 발생에 의해 용사막은 강판에 대한 희생방식을 위해 양호한 부식전류 흐름이 나타나는 것을 알 수 있었다. 그러나, 우레탄 수지로 중방식 도장한 시험체의 경우 표면이 시험 종료 후에도 깨끗하고 방식전류의 흐름도 좋지 않았다.
- 5일 시점 부터 백청이 증가하며 7일에서는 전체 적으로 백청이 넓어지며 일부 들뜨기 시작하였다. 그러나 공시기간 15일 시험 종료 후에도 적청의 발생은 나타나지 않아 매우 우수한 방식성능을 가지고 있는 것이 확인되었다. 또한, 강재의 크로스 컷 부위에서도 녹 발생 흔적은 없고 아연과 주석 합금의 갈바닉 희생방식 효과에 의하여 금속용사 손상부의 녹발생을 억제하여 매우 우수한 희생방식 원리를 가지고 있는 것을 알 수 있 었다.
- 또한 10일 시점에서 백청과 적청이 점차 증가하여 15일 시점에서는 백청과 점적청이 흘러내려 강재 방식성능이 현저히 저하되고 있는 것을 알 수 있었다. 그러나, 강재표면까지 크로스 컷 한 부위에서는 적청의 발생이 적고 아연의 갈바닉 희생방식 효과로서 강재의 방식효과가 발현 되는 것을 알 수 있었다.
- 그러나, 우레탄 수지로 중방식 도장한 시험체의 경우 표면이 시험 종료 후에도 깨끗하고 방식전류의 흐름도 좋지 않았다. 따라서, 우레탄 수지와 같은 후막형의 중방식 도장 방법은 희생방식 작용이 필요한 방식도장으로서는 적절하지 않은 것을 알 수 있었으며, 코팅에 의한 중방식도장은 부분적인 박리현상으로 진전할 가능성이 있다고 판단된다.
- 특히 Zn-Sn 금속용사와 Zn-Al 금속용사를 비교해본 결과 그 방식성이 현저하게 차이가 있지는 않았으나 Zn-Sn(65:35) 비율의 시험체가 가장 우수하였다. 또한 중방식 도장은 손상된 부분에서 현저하게 녹이 발생하고 도막이 박리 되지만, Zn-Sn / Zn-Al 상온금속용사 시스템 공법은 갈바닉 희생방식에 의하여 매우 높은 부식 방지 특성을 가지고 있음을 확인 하였다.
- 그러나 공시기간 15일 시험 종료 후에도 적청의 발생은 나타나지 않아 매우 우수한 방식성능을 가지고 있는 것이 확인되었다. 또한, 강재의 크로스 컷 부위에서도 녹 발생 흔적은 없고 아연과 주석 합금의 갈바닉 희생방식 효과에 의하여 금속용사 손상부의 녹발생을 억제하여 매우 우수한 희생방식 원리를 가지고 있는 것을 알 수 있 었다. 또한, 아연 주석 용사막을 제거하고 강재 표면을 조사한 결과 녹 발생 및 강재의 단면손실은 전혀 나타나지 않았다.
- 또한, 강재의 크로스 컷 부위에서도 녹 발생 흔적은 없고 아연과 주석 합금의 갈바닉 희생방식 효과에 의하여 금속용사 손상부의 녹발생을 억제하여 매우 우수한 희생방식 원리를 가지고 있는 것을 알 수 있 었다. 또한, 아연 주석 용사막을 제거하고 강재 표면을 조사한 결과 녹 발생 및 강재의 단면손실은 전혀 나타나지 않았다.
- 본 연구에서는 전기화학적인 시험 및 CASS Test (염수분무시험)을 실시하여 중방식도장 시험체와 용융아연도금 시험체, Zn-Al 시험체와의 비교를 통해 Zn-Sn 금속용사의 방식 성능을 평가하였다. 시험 결과, 전기화학 시험을 통하여 Zn-Sn / Zn-Al 상온금속 용사 시스템 공법의 방식원리는 방식전위에 의하여 확보되는 것을 확인하였으며 강구조물의 방식 공법으로서상온금속용사 공법은 용융아연도금 공법과 중방식 도장 공법과 비교하여 매우 우수한 방식성능을 가지고 있는 것이 CASS 시험을 통하여 검증되었다. 특히 Zn-Sn 금속용사와 Zn-Al 금속용사를 비교해본 결과 그 방식성이 현저하게 차이가 있지는 않았으나 Zn-Sn(65:35) 비율의 시험체가 가장 우수하였다.
- 시험 결과, 전기화학 시험을 통하여 Zn-Sn / Zn-Al 상온금속 용사 시스템 공법의 방식원리는 방식전위에 의하여 확보되는 것을 확인하였으며 강구조물의 방식 공법으로서상온금속용사 공법은 용융아연도금 공법과 중방식 도장 공법과 비교하여 매우 우수한 방식성능을 가지고 있는 것이 CASS 시험을 통하여 검증되었다. 특히 Zn-Sn 금속용사와 Zn-Al 금속용사를 비교해본 결과 그 방식성이 현저하게 차이가 있지는 않았으나 Zn-Sn(65:35) 비율의 시험체가 가장 우수하였다. 또한 중방식 도장은 손상된 부분에서 현저하게 녹이 발생하고 도막이 박리 되지만, Zn-Sn / Zn-Al 상온금속용사 시스템 공법은 갈바닉 희생방식에 의하여 매우 높은 부식 방지 특성을 가지고 있음을 확인 하였다.
- 희생양극을 가지는 Zn-Sn, Zn-Al, Zinc 시험체는 약 –1000mv의 부식전위를 나타내고 있으며, 무도장 강판과 비교하여 약 450mV의 전위차를 나타내어 매우 우수한 희생양극 방식성능을 가지는 것을 알 수 있었다. 특히, Zn-Sn=65:35인 시험체의 경우 부식속도가 3.33mpy로 가장 작고, 분극저항도 3.57로 가장 작게 나타나 본 시험에서 가장 우수한 방식성능을 나타내는 것으로 나타났다.
- 희생양극을 가지는 Zn-Sn, Zn-Al, Zinc 시험체는 약 –1000mv의 부식전위를 나타내고 있으며, 무도장 강판과 비교하여 약 450mV의 전위차를 나타내어 매우 우수한 희생양극 방식성능을 가지는 것을 알 수 있었다.
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