[논문]HVOF 용사법에 의해 제조된 WC계 합금 코팅층의 방식특성(I) - 산성용액에서의 분극특성 -

김태용; 김영식

doi:10.9726/kspse.2014.18.4.072

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

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.18 no.4, 2014년, pp.72 - 77

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of this study to investigate polarization characteristics of WC-based alloy coatings fabricated by high velocity oxygen fuel(HVOF) process. The coatings were fabricated by HVOF process with WC-CrC-Ni, WC-Co-Cr, WC-Co composite powders. Corrosion tests were carried out using potentiostat/galvanostat at solution with pH 2 and pH 6. Corrosion potential(Ecorr) and corrosion current density(Icorr) could be analyzed from polarization curve. WC-Co-Cr coating showed more incorrodible characteristics than other coatings at solution pH 2. WC-CrC-Ni coating was more favorable anti-corrosion characteristics than other coatings at solution with pH 6.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

본 연구에서는 HVOF 용사법에 의해 3종류의 WC계 합금 코팅층을 제작하고, 분극 실험을 통해 산성 분위기하에서의 방식특성 및 부식거동을 분석하였다. pH 2의 강산성 분위기에서는 모든 코팅층에 부동태 영역이 나타났다.
본 연구에서는 HVOF 용사법에 의해 WC계 합금 코팅층을 제작하고, 분극 실험을 통해 강산성 분위기와 약산성 분위기하에서의 방식특성 및 부식거동을 분석하였다.
1은 본 실험에서 사용한 부식실험장치의 개략도를 나타낸 것이다. 부식시험이 끝난 시험편은 SEM과 EDS를 통해 그 미세구조와 부식면을 분석하였다.
이 시험편에 대해 Gamry사의 CMS 100을 사용하여 동전위 분극실험을 실시하였다. 부식환경은 황산(H₂SO₄)과 증류수를 사용하여 강산성인 pH 2와 약산성인 pH 6의 분위기를 조성하였다. 기준전극은 포화카로멜전극(saturated calomel electrode : SCE)을, 보조전극은 고밀도 탄소봉을 사용하였으며, scan rate는 1mV/sec로 측정하였다.
본 연구에서는 HVOF 용사장비인 Sulzer Metco Co.의 JP-5000을 사용하여 WC-CrC-Ni, WC-Co-Cr 및 WC-Co 3종류의 WC계 합금 코팅층을 제작하였다. 각 코팅재료의 화학적 조성은 Table 1과 같다.
코팅된 시험편을 10×10mm로 절취하여 정밀 연마하고, 코팅층 표면을 제외한 나머지 부분을 에폭시 수지로 밀봉처리하였다. 이 시험편에 대해 Gamry사의 CMS 100을 사용하여 동전위 분극실험을 실시하였다. 부식환경은 황산(H₂SO₄)과 증류수를 사용하여 강산성인 pH 2와 약산성인 pH 6의 분위기를 조성하였다.
기지재는 일반 구조용강인 SS400을 사용하였으며, 용사 전 알루미나 그릿트로 블라스트 처리를 하고 아세톤을 이용하여 초음파 세척을 하였다. 이와 같이 전처리 된 기지재에 전술한 3종류의 WC계 합금 코팅층을 제작하였다. 연료는 kerosene을 사용하였으며, carrier gas로는 질소를 사용하였다.
코팅된 시험편을 10×10mm로 절취하여 정밀 연마하고, 코팅층 표면을 제외한 나머지 부분을 에폭시 수지로 밀봉처리하였다.

대상 데이터

부식환경은 황산(H₂SO₄)과 증류수를 사용하여 강산성인 pH 2와 약산성인 pH 6의 분위기를 조성하였다. 기준전극은 포화카로멜전극(saturated calomel electrode : SCE)을, 보조전극은 고밀도 탄소봉을 사용하였으며, scan rate는 1mV/sec로 측정하였다.
각 코팅재료의 화학적 조성은 Table 1과 같다. 기지재는 일반 구조용강인 SS400을 사용하였으며, 용사 전 알루미나 그릿트로 블라스트 처리를 하고 아세톤을 이용하여 초음파 세척을 하였다. 이와 같이 전처리 된 기지재에 전술한 3종류의 WC계 합금 코팅층을 제작하였다.
이와 같이 전처리 된 기지재에 전술한 3종류의 WC계 합금 코팅층을 제작하였다. 연료는 kerosene을 사용하였으며, carrier gas로는 질소를 사용하였다. Table 2에 본 연구에서 사용된 코팅 조건을 나타내었다.

성능/효과

한편 부식전위는 코팅층이 부식되는 시작점을 나타내는데, 부식환경이 이를 결정하는 주된 요인이지만 그 외에도 제품의 결함, 혹은 다른 금속과의 접촉 등 다양한 원인들로 인해 달라질 수 있다. 3종류의 WC계 합금 코팅시험편중 pH 2에서는 WC-Co-Cr 코팅층이 다른 코팅층에 비해 더 높은 부식전위를 나타내는 반면, pH 6에서는 WC-CrC-Ni 코팅층이 상대적으로 높은 부식전위를 나타내는 것으로 보아 각각의 분위기하에서는 이들 코팅층이 다른 코팅층에 비해 상대적으로 양호한 초기방식특성을 나타내는 것으로 판단된다.
pH 2의 강산성 분위기에서는 모든 코팅층에 부동태 영역이 나타났다. WC-CrC-Ni 코팅층은 Cr₂C₃ 입자가 불균일하게 분포되어 있고 용사 코팅시 코팅층과 충돌하여 코팅층이나 Cr₂C₃ 입자 자체에 미세 크랙을 남겨 코팅층의 기계적, 화학적 특성이 저하되는 반면, WC-Co-Cr 코팅층은 Co, Cr 원소가 코팅층에 균일하게 분포되어 있으므로 부동태 피막을 안정적으로 유지할 수 있어 가장 양호한 방식특성을 나타내었다. 한편, pH 6의 약산성분위기에서는 3종류의 WC계 합금 코팅층 모두에서 부동태 영역이 나타나지 않고 지속적으로 부식이 진행되었다.
7은 WC-CrC-Ni 코팅층과 WC-Co-Cr 코팅 층에 대한 EDS Mapping 결과이다. WC-CrC-Ni 코팅층의 경우 Cr₂C₃ 입자가 불균일하게 분포해 있는 반면, WC-Co-Cr 코팅층에서는 미세한 Cr 입자가 균일하게 분포되어 있음을 확인할 수 있는데, 이러한 결과 pH 2에서는 WC-CrC-Ni 코팅층이 WC-Co-Cr 코팅층에 비해 상대적으로 더 낮은 방식특성을 나타내는 것이다.
강산성인 pH 2보다 전기적으로 중성에 가까운 pH 6에서는 코팅층을 형성하고 있는 각 원소의 자연전위에 따른 이온화 경향의 효과가 강하게 작용한다. 따라서 Co에 비해 이온화 경향이 낮은 Ni이 첨가되고, 또한 Cr₂C₃과 같이 내식성이 높은 입자가 포함되어 있는 WC-CrC-Ni 코팅층이 다른 WC계 합금 코팅층에 비해 더 나은 방식특성을 나타내는 것으로 판단된다.
4는 pH 2 및 pH 6에서 부식실험을 실시한 시험편의 단면 SEM 사진이다. 약산성인 pH 6에서보다 강산성인 pH 2에서 부식이 더 많이 진행되었음을 확인할 수 있는데, 특히 pH 2에서의 WC-CO 코팅층의 경우 기지재와 코팅층사이의 계면에서 부식으로 인한 팽창 및 갈라짐 등이 관찰되었다. 또한 pH 2에서 WC-Co-Cr 코팅층이 다른 WC계 합금 코팅층에 비하여 양호한 계면상태를 보여주고 있는데, 이는 분극곡선에서 나타난 부식 특성과 일치한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	HOVF 용사코팅층은 어느 분야에 적용되는가?	따라서 HVOF 용사법으로 제작된 코팅층은 기공이 적고, 접착강도와 밀도가 높은 우수한 특성을 가지게 된다. 이러한 이유로 HOVF 용사코팅층은 우주ㆍ항공산업, 조선ㆍ해양산업, 원자력ㆍ에너지산업과 같은 다양한 공업 분야에 적용되고 있으며, 점차 그 범위를 확대해 가고 있다.1-3) 특히 HVOF 용사법에 의해 제작된 WC계 합금 코팅층은 내식성, 내마모성 및 내고온산화성이 우수하여 가스터빈, 팬 블레이드, 보일러 튜브, 볼 밸브, 열교환기 등에 적용되고 있다.
	용사법이란 무엇인가?	용사법이란 금속이나 세라믹 등의 용사재료를 고온의 열원으로 용융시켜 기지재에 강하게 분사함으로써 코팅층을 형성하는 기술이다. 고속화염 용사법(High Velocity Oxygen Fuel, HVOF)은 연료와 산소를 고압에서 연소시켜 용사재료를 용융시키고, 용융입자들을 초음속으로 가속하여 기지재에 충돌시킴으로써 코팅층을 형성한다.
	HVOF 용사법으로 제작된 코팅층이 기공이 적고, 접착강도와 밀도가 높은 우수한 특성을 가지게되는 이유는?	용사법이란 금속이나 세라믹 등의 용사재료를 고온의 열원으로 용융시켜 기지재에 강하게 분사함으로써 코팅층을 형성하는 기술이다. 고속화염 용사법(High Velocity Oxygen Fuel, HVOF)은 연료와 산소를 고압에서 연소시켜 용사재료를 용융시키고, 용융입자들을 초음속으로 가속하여 기지재에 충돌시킴으로써 코팅층을 형성한다. 따라서 HVOF 용사법으로 제작된 코팅층은 기공이 적고, 접착강도와 밀도가 높은 우수한 특성을 가지게 된다.

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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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