[논문]캐비테이션 특성에 미치는 알루미늄 합금의 양극 산화 용액 온도의 영향

이승준; 이정형; 김성종

doi:10.14773/cst.2015.14.3.140

캐비테이션 특성에 미치는 알루미늄 합금의 양극 산화 용액 온도의 영향
Effect of Solution Temperature for Al Alloy Anodizing on Cavitation Characteristics 원문보기

Corrosion science and technology, v.14 no.3, 2015년, pp.140 - 146

이승준 (군산대학교 동력기계시스템공학과) , 이정형 (목포해양대학교 기관시스템공학부) , 김성종 (목포해양대학교 기관시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The commercialization of aluminum had been delayed than other metals because of its high oxygen affinity. Anodizing is a process in which oxide film is formed on the surface of a valve metal in an electrolyte solution by anodic oxidation reaction. Aluminum has thin oxide film on surface but the oxide film is inhomogeneous having a thickness only in the range of several nanometers. Anodizing process increases the thickness of the oxide film significantly. In this study, porous type oxide film was produced on the surface of aluminum in sulfuric acid as a function of electrolyte temperature, and the optimum condition were determined for anodizing film to exhibit excellent cavitation resistance in seawater environment. The result revealed that the oxide film formed at $10^{\circ}C$ represented the highest cavitation resistance, while the oxide film formed at $15^{\circ}C$ showed the lowest resistance to cavitation in spite of its high hardness.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 황산 전해액 온도 변수로 기공형 피막을 생성한 후, 해수에서 우수한 캐비테이션 저항성을 발휘할 수 있는 최적 온도조건을 선정하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 해양환경에서 우수한 내구성을 보유할 수 있는 최적의 양극산화 전해액 온도를 선정하고자 표면분석 및 캐비테이션 실험을 실시하였다. 표면관찰 결과 5 ℃에서는 급격한 이온의 활성도 저하와 합금 원소의 영향으로 기공이 생성되지 않았으며, 20 ℃에서는 낮은 전해전압으로 인한 용해반응의 저하로 직경이 작고 불안정한 기공의 성장이 관찰되었다.

대상 데이터

본 연구에서는 5083-O 알루미늄 합금의 균일한 다공성 피막 제조를 위해 에탄올 (ethanol, 95 %)과 과염소산(perchloric acid, 70 %)을 4:1의 체적 비율로 혼합한 용액을 사용하여 25 V, 5 ℃ 조건에서 3분간 전해연마 (electropolishing)하였다. 이후 황산을 전해액으로 1단계 표면개질을 실시하였으며, 이중 비이커를 이용해 10 vol.

데이터처리

%, 40분이고, 적용 전류밀도가 20 mA/cm²인 조건에서 전해액 온도변화에 따른 양극산화 후 캐비테이션 실험을 실시하여 손상면을 관찰한 것이다. 재료의 내침식성 측정에는 캐비테이션 터널법 (flow channel), 회전디스크법 (rotating disc), 회전실린더법 (rotating cylinder), 충돌식 시험법(impingement test) 등 여러 가지 방법이 있으나, 본 연구에서는 단시간에 캐비테이션에 의한 손상을 집중적으로 연구할 수 있는 초음파 진폭장치 (ultrasonic vibratory tester)를 이용하였다. 양극산화를 실시하지 않은 경우에는 실험 초기에 워터 캐비테이션 피닝 (water cavitation peening) 효과로 인한 압축잔류응력이 형성되면서 내마모성이 일시적으로 증가하여 큰 손상이 발생하지 않았으나¹⁴⁾, 이후 더 큰 누적압력이 가해지면서 손상이 발생한 것으로 판단된다.

성능/효과

표면관찰 결과 5 ℃에서는 급격한 이온의 활성도 저하와 합금 원소의 영향으로 기공이 생성되지 않았으며, 20 ℃에서는 낮은 전해전압으로 인한 용해반응의 저하로 직경이 작고 불안정한 기공의 성장이 관찰되었다. 또한 캐비테이션 실험에서는 가장 높은 경도를 나타낸 15 ℃ 조건에서 가장 열악한 특성을 나타냈으나, 10 ℃ 조건에서는 가장 우수한 캐비테이션 특성을 나타내어 최적의 전해액 온도 조건으로 판단된다.
본 연구에서는 해양환경에서 우수한 내구성을 보유할 수 있는 최적의 양극산화 전해액 온도를 선정하고자 표면분석 및 캐비테이션 실험을 실시하였다. 표면관찰 결과 5 ℃에서는 급격한 이온의 활성도 저하와 합금 원소의 영향으로 기공이 생성되지 않았으며, 20 ℃에서는 낮은 전해전압으로 인한 용해반응의 저하로 직경이 작고 불안정한 기공의 성장이 관찰되었다. 또한 캐비테이션 실험에서는 가장 높은 경도를 나타낸 15 ℃ 조건에서 가장 열악한 특성을 나타냈으나, 10 ℃ 조건에서는 가장 우수한 캐비테이션 특성을 나타내어 최적의 전해액 온도 조건으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다공층 구조가 형성되면서 생긴 기공의 특징은?	특히 산성 전해액 내에서는 초기 생성된 산화피막의 용해반응으로 인해 다공층 구조가 형성된다2,3). 이렇게 형성된 기공 (pore)의 특성은 처리공정에 따라 조절 가능하며, 특히 두 단계의 표면개질 공정을 거쳐 형성된 다공 구조의 경우 기공 크기가 균일하고 배열이 매우 규칙적인 특징이 있다4). 알루미늄을 이용한 양극산화법은 1957년 발표된 이래 Birey와 Chari 등에 의해 Al2O3 피막을 생성시키는 매개체에 대한 실험적 연구가 수행되었다5).
	양극산화에 의해 형성되는 피막은 어떻게 구분되는가?	산화피막을 형성하는 방법으로는 전해액을 이용한 양극 산화법 (anodizing), oxygen plasma법, 화학적 산화법 및 CVD에 의한 산화물 코팅법이 대표적으로 사용되고 있다1). 그 중 양극산화에 의해 형성되는 피막은 크게 다공성 양극피막 (porous anodic film)과 장벽형 양극피막 (barrier anodic film)으로 구분된다. 특히 산성 전해액 내에서는 초기 생성된 산화피막의 용해반응으로 인해 다공층 구조가 형성된다2,3).
	산화피막을 형성하는 방법은?	산화피막을 형성하는 방법으로는 전해액을 이용한 양극 산화법 (anodizing), oxygen plasma법, 화학적 산화법 및 CVD에 의한 산화물 코팅법이 대표적으로 사용되고 있다1). 그 중 양극산화에 의해 형성되는 피막은 크게 다공성 양극피막 (porous anodic film)과 장벽형 양극피막 (barrier anodic film)으로 구분된다.

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