[논문]HVOF 용사법에 의해 제조된 WC계 합금 코팅층의 방식특성(II) - 알칼리 용액에서의 분극특성 -

김태용; 김영식; 김재동

doi:10.9726/kspse.2014.18.6.040

[국내논문] HVOF 용사법에 의해 제조된 WC계 합금 코팅층의 방식특성(II) - 알칼리 용액에서의 분극특성 -
Anti-Corrosion Characteristics of WC-based Alloy Coatings Fabricated by HVOF Process - Polarization Characteristics in Alkaline Solution - 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.18 no.6, 2014년, pp.40 - 44

김태용 (부경대학교 대학원) , 김영식 (부경대학교 기계자동차공학과) , 김재동 (경상대학교 해양산업연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this paper is to investigate polarization characteristics of WC-based alloy coatings in alkaline solution. The coatings were fabricated with WC-CrC-Ni, WC-Co-Cr and WC-Co composite powders by HVOF process. Corrosion tests of coatings and substrate were carried out using potentiostat/galvanostat at solution with pH 8 and pH 13. Corrosion potential(Ecorr) and corrosion current density(Icorr) could be studied from polarization curve, and corrosion behavior was analyzed by SEM and EDS. WC-Co-Cr coating and WC-CrC-Ni coating showed more favorable anti-corrosion characteristics than WC-Co coating and substrate at solution with pH 8 and pH 13.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 WC계 합금 코팅층의 내알칼리 특성에 관한 것으로서, HVOF 용사법에 의해 WC계 합금 코팅층을 제작하고 분극 실험을 통해 알칼리 분위기하에서의 방식특성 및 부식거동을 분석하였다.

제안 방법

본 연구에서는 HVOF 용사법에 의해 3종류의 WC계 합금 코팅층을 제작하고, 분극 실험을 통해 알칼리 분위기하에서의 방식특성 및 부식거동을 분석하였다. 주요한 결과를 요약하면 다음과 같다.
시험용액은 염화나트륨(NaCl) 5% 용액에 수산화나트륨(NaOH)를 사용하여, pH 8인 약알칼리와 pH 13인 강알칼리인 부식환경을 조성하였다. 부식시험 후 그 미세구조와 부식면을 SEM과 EDS를 통해 분석하였다.
단위는 유효숫자의 모호함을 피하기 위해 장비 메뉴얼에 기재된 단위를 그대로 사용하였다. 부식실험은 Gamry사의 CMS 100을 사용하여 scan rate 1mV/sec로 동전위 분극실험을 실시하였다. 기준전극은 포화카로멜전극(saturated calomel electrode : SCE), 보조전극은 고밀도 탄소봉을 사용하였다.

대상 데이터

부식실험은 Gamry사의 CMS 100을 사용하여 scan rate 1mV/sec로 동전위 분극실험을 실시하였다. 기준전극은 포화카로멜전극(saturated calomel electrode : SCE), 보조전극은 고밀도 탄소봉을 사용하였다. 이상에서 기술한 내용은 이전 연구의 것과 같으며 동일한 조건하에서 수행한 것이다.
본 연구에서 사용된 용사재료는 WC-CrC-Ni, WC-Co-Cr 및 WC-Co 3종류로써 각 코팅재료의 화학적 조성은 Table 1과 같다. 일반 구조용강인 SS400인 기지재에 JP-5000을 사용하여 Table 2과 같은 조건으로 WC계 합금 코팅층을 제작하였다.
이상에서 기술한 내용은 이전 연구의 것과 같으며 동일한 조건하에서 수행한 것이다. 시험용액은 염화나트륨(NaCl) 5% 용액에 수산화나트륨(NaOH)를 사용하여, pH 8인 약알칼리와 pH 13인 강알칼리인 부식환경을 조성하였다. 부식시험 후 그 미세구조와 부식면을 SEM과 EDS를 통해 분석하였다.
일반 구조용강인 SS400인 기지재에 JP-5000을 사용하여 Table 2과 같은 조건으로 WC계 합금 코팅층을 제작하였다. 연료는 Kerosene을 사용하였으며, carrier gas로는 질소를 사용하였다. 단위는 유효숫자의 모호함을 피하기 위해 장비 메뉴얼에 기재된 단위를 그대로 사용하였다.
본 연구에서 사용된 용사재료는 WC-CrC-Ni, WC-Co-Cr 및 WC-Co 3종류로써 각 코팅재료의 화학적 조성은 Table 1과 같다. 일반 구조용강인 SS400인 기지재에 JP-5000을 사용하여 Table 2과 같은 조건으로 WC계 합금 코팅층을 제작하였다. 연료는 Kerosene을 사용하였으며, carrier gas로는 질소를 사용하였다.

성능/효과

1) pH 8의 약알칼리 분위기에서는 WC-Co-Cr 코팅층과 WC-CrC-Ni 코팅층이 기지재와 WC-Co 코팅층보다 더 양호한 방식특성을 나타내었다.
2) 기지재의 경우 부식전위의 변화 없이 지속적으로 부식이 진행되는 반면 WC-Co 코팅층의 경우 모든 코팅층에 부동태 영역이 나타났으며, 9.0⨯10^-4 A/cm² 부근에서부터 기지재보다 더 우수한 방식특성을 나타내었다.
3) 강알칼리인 pH 13의 분위기에서는 모든 시험편에서 부동태 영역이 나타났다. OH^- 이온의 효과로 부식전류밀도 5.
1에 나타내었다. WC-Co-Cr 코팅층과 WC-CrC-Ni 코팅층이 WC-Co 코팅층과 기지재보다 상대적으로 높은 부식전위와 낮은 부식전류밀도를 나타내고 있어 초기방식 효과가 더 양호한 것으로 판단된다. 또한 부식이 진행됨에 따라 같은 전위에서 다른 코팅층들에 비해 더 낮은 부식전류밀도를 나타내고 있으므로 전반적으로 더 우수한 방식효과를 가짐을 알 수 있다.
2는 pH 13에서의 3종류의 WC계 합금 코팅층과 기지재의 분극곡선이다. WC-CrC-Ni 코팅층의 부식전위는 다른 코팅층에 비해 높으며, 부식이 진행됨에 따라 부식전류밀도는 낮게 나타내는 것으로 보아 3종류의 WC계 코팅층 중에서는 WC-CrC-Ni 코팅층이 가장 양호한 방식특성을 가짐을 알 수 있다. 하지만 가장 먼저 부동태 영역이 관찰되는 것은 기지재이며, 그로 인해 5.
에서 WC-Co-Cr, WC-CrC-Ni 및 WC-Co 3종류의 WC계 합금 코팅층의 내산성 특성에 대한 연구를 수행한 바 있다. 그 결과 pH 2의 강산성 분위기에서는 내부 바인더(binder)의 화학적 특성과 부식환경간의 작용으로 인해 WC-Co-Cr 코팅층이 가장 양호한 방식특성을 가지며, pH 6의 약산성 분위기에서는 바인더의 내식성이 뛰어난 WC-CrC-Ni 코팅층이 가장 양호한 방식특성을 나타내는 것을 확인하였다.
WC-Co-Cr 코팅층과 WC-CrC-Ni 코팅층이 WC-Co 코팅층과 기지재보다 상대적으로 높은 부식전위와 낮은 부식전류밀도를 나타내고 있어 초기방식 효과가 더 양호한 것으로 판단된다. 또한 부식이 진행됨에 따라 같은 전위에서 다른 코팅층들에 비해 더 낮은 부식전류밀도를 나타내고 있으므로 전반적으로 더 우수한 방식효과를 가짐을 알 수 있다. 또한 WC-Co-Cr 코팅층과 WC-CrC-Ni 코팅층은 부식이 진행되는 양상도 비슷하여 pH 8의 환경하에서의 방식특성은 거의 유사할 것으로 판단된다.
0⨯10^-5 A/cm²까지는 기지재의 내식성이 더 양호하게 나타났다. 부식전류밀도가 이보다 큰 경우에는 WC-CrC-Ni 코팅층과 WC-Co-Cr 코팅층이 기지재보다 상대적으로 뛰어난 방식특성을 나타내었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	변곡점에서의 부식전류밀도는 무엇을 의미하는가?	변곡점에서의 부식전위는 기계 재료와 구조물의 주어진 부식환경에 대한 저항성에 따라 나타나게 되며, 저항성이 높을수록 변곡점의 부식전위는 높은 값을 가진다. 또한 변곡점에서의 부식전류밀도는 부식이 일어날 때 코팅층에 흐르는 전류의 양을 나타내며, 전류의 양이 많을수록 초기 부식속도가 빠르다는 것을 의미한다. Table 3는 3종류의 WC계 합금 코팅층의
	본 연구에서 HVOF 용사법에 의해 3종류의 WC계 합금 코팅층을 제작하고, 분극 실험을 통해 알칼리 분위기하에서의 방식특성 및 부식거동을 분석한 결과는 어떠한가?	1) pH 8의 약알칼리 분위기에서는 WC-Co-Cr 코팅층과 WC-CrC-Ni 코팅층이 기지재와 WC-Co 코팅층보다 더 양호한 방식특성을 나타내었다. 2) 기지재의 경우 부식전위의 변화 없이 지속적으로 부식이 진행되는 반면 WC-Co 코팅층의 경우 모든 코팅층에 부동태 영역이 나타났으며, 9.0⨯10-4 A/cm2 부근에서부터 기지재보다 더 우수한 방식특성을 나타내었다. 3) 강알칼리인 pH 13의 분위기에서는 모든 시험편에서 부동태 영역이 나타났다. OH- 이온의 효과로 부식전류밀도 5.0⨯10-5 A/cm2 까지는 기지재의 내식성이 더 양호하게 나타났다. 부식전류밀도가 이보다 큰 경우에는 WC-CrC-Ni 코팅층과 WC-Co-Cr 코팅층이 기지재보다 상대적으로 뛰어난 방식특성을 나타내었다.
	WC계 합금 코팅 층의 장점은 무엇인가?	HVOF 용사법에 의해 제작된 WC계 합금 코팅 층은 기공이 적고, 높은 밀도와 좋은 접착강도를가지고 있어 기계ㆍ자동차, 석유ㆍ화학, 조선ㆍ해양플랜트 등의 많은 산업 분야에 적용되고 있다. 그러나 WC계 합금에 대한 학술적 연구의 대부분은 기계적 특성에 관한 것으로 석유ㆍ화학 및 조선ㆍ해양플랜트 산업에서 문제가 되고 있는 부식이나 방식에 관한 연구는 그리 많지 않은 현실이다.

참고문헌 (5)

T. Y. Kim, Y. S. Kim, 2014, "Anti-Corrosion Characteristics of WC-based Alloy Coatings Fabricated by HVOF Process", Journal of The Korean Society for Power System Engineering, Vol. 18, No. 4, pp. 72-77.

원문보기 상세보기
M. Bjordal, 1995, "Combined erosion and corrosion of thermal sprayed WC and CrC coatings", Surface and Coatings Technology, Vol. 70, pp. 215-220.

상세보기
F. J. J. Kellner et al., 2011, "TEM and ToF-SIMS studies on the corrosion behavior of vanadium and chromium containing WC-Co hard metals in alkaline solutions", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 29, pp. 376-383.

상세보기
A. M. Human and H. E. Exner, 1996, "Electrochemical behaviour of tungsten-carbide hardmetals", Materials Science and Engineering, Vol. 209, pp. 180-191.

상세보기
T. Rogne. et al., 1996, "The importance of corrosion on erosion-corrosion performance of themal spray ceramic-metallic coating", the 9th International Conference on Thermal Spray, pp. 207.

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