[논문]알루미늄 합금 GMAW 용접부의 전기화학적 방법에 의한 내식성 평가

양예진; 박일초; 이정형; 한민수; 김성종

doi:10.5695/jkise.2017.50.6.498

알루미늄 합금 GMAW 용접부의 전기화학적 방법에 의한 내식성 평가
Electrochemical Corrosion Evaluation of Aluminum Alloy Weldment Prepared by GMAW Process 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.50 no.6, 2017년, pp.498 - 503

양예진 (목포해양대학교 기관시스템공학부) , 박일초 (목포해양대학교 기관시스템공학부) , 이정형 (목포해양대학교 기관시스템공학부) , 한민수 (목포해양대학교 기관시스템공학부) , 김성종 (목포해양대학교 기관시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of the present study is to evaluate electrochemical corrosion characteristics of base metal and weldment of Al-Mg alloy in seawater solution. The specimen was 5mm thick 5083-H321 Al alloy plate which was butt-welded using gas metal arc welding (GMAW). To identify the types of inclusions in the weldment, the microstructural observation was performed along with Energy dispersive spectrometer (EDS) analysis. The anodic polarization experiments were performed to evaluate the corrosion characteristics. After the anodic polarization test, the corroded surface was observed by SEM(scanning electron microscope) and EDS. The result of the analysis revealed a large number of voids in the weldment, especially coarse grains and inclusions in the heat affected zone. The corrosion current density of the weldment was found to be approximately 13 times higher than that of the base metal, indicating lower corrosion resistance of the weldment due to the defects in the weldment and the heat affected zone.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

그러나 Al-Mg 합금을 선체와 같은 용접 구조물에 적용하기 위해서는 부식에 대한 고려가 필요하며, 특히 재료 자체의 부식 뿐만 아니라 용접에 의해 변형된 재료의 부식 평가가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 알루미늄 선박건조 시 주로 이용되는 5083-H321을 대상으로 GMAW 용접을 실시하여 용접부의 부식특성을 관찰하였다. 이를 위해 전기화학적 부식 실험을 실시하였으며, 실험 전 후의 표면을 SEM과 EDS로 분석하여 용접에 따른 미세조직 및 개재물의 변화를 관찰하고 내식성 평가 및 부식 특성을 파악하였다.
시험용액은 25℃의 천연해수를 사용하였으며 사용된 천연해수의 성분 및 특성을 표 2에 나타내었다. 또한 분극 실험 전 3,600초간 침지하여 안정화 시킨 후 개로전위(open circuit potential, OCP)를 기준으로 -0.25 V부터 +0.5 V까지 1 mV/s의 주사속도로 분극시켰으며, 얻어진 분극곡선에 대하여 타펠 분석을 실시하였다. 분극 실험 후 부식된 표면을 분극 전위별로 주사전자현미경(HITACHI, S-2150)으로 분석하였다.
3 µm 알루미나(Al₂O₃)를 이용하여 미세연마(polishing) 한 후 EDS를 통해 분석하였다. 용접에 의한 결정립의 변화를 관찰하기 위해 켈러용액(Keller‘s regent)을 일부 수정한 에칭용액(Nitric acid 40 mL + Hydrochloric acid 30 mL + Hydrofluoric acid 2.5 mL + DI water 42.5 mL + Chromic acid 12 g)에 40초간 침지시킨 뒤 증류수로 세척하여 주사전자현미경으로 관찰하였다. 그리고 전기화학 실험을 위한 시험편은 용접부 단면을 유효면적 30 mm × 5 mm를 제외한 나머지 면적을 절연처리하여 동일한 면적을 노출시켰다.
따라서 본 연구에서는 알루미늄 선박건조 시 주로 이용되는 5083-H321을 대상으로 GMAW 용접을 실시하여 용접부의 부식특성을 관찰하였다. 이를 위해 전기화학적 부식 실험을 실시하였으며, 실험 전 후의 표면을 SEM과 EDS로 분석하여 용접에 따른 미세조직 및 개재물의 변화를 관찰하고 내식성 평가 및 부식 특성을 파악하였다. 이로써 본 연구가 향후 알루미늄 합금 용접기법 연구 시 내식성 평가를 위한 기초자료로 활용되기를 기대한다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 시험편은 두께 5 mm인 5083-H321판재이며, 용접재료는 직경 1.2 mm의 5183 합금을 사용하였으며, 용접은 실제 환경과 유사하게 현장의 용접조건에 맞추어 양면 맞대기 용접을 하였다. 시험편의 화학적 조성 및 용접조건은 표 1에 나타내었다.

데이터처리

5 V까지 1 mV/s의 주사속도로 분극시켰으며, 얻어진 분극곡선에 대하여 타펠 분석을 실시하였다. 분극 실험 후 부식된 표면을 분극 전위별로 주사전자현미경(HITACHI, S-2150)으로 분석하였다. 그리고 부식 속도 산출을 위해 분극 실험결과를 타펠외삽법(Tafel extrapolation method)으로 분석하였다.
그리고 전기화학 실험을 위한 시험편은 용접부 단면을 유효면적 30 mm × 5 mm를 제외한 나머지 면적을 절연처리하여 동일한 면적을 노출시켰다. 전기화학적 분극 실험은 GAMRY instrument사의 US/PCI4/750를 이용하여 모재부와 용접부의 양극 분극실험과 타펠(Tafel) 분석을 실시하였다. 모든 분극 실험에서 백금(Pt)전극을 대응전극으로, 은/염화은(Ag/AgCl) 전극을 기준 전극으로 사용하였다.

이론/모형

25 V(vs. OCP) 범위의 분극 곡선을 기반으로 타펠 외삽법을 이용하여 부식전위와 부식속도를 산출하였다. 부식전위의 경우 모재(-0.
분극 실험 후 부식된 표면을 분극 전위별로 주사전자현미경(HITACHI, S-2150)으로 분석하였다. 그리고 부식 속도 산출을 위해 분극 실험결과를 타펠외삽법(Tafel extrapolation method)으로 분석하였다.

성능/효과

용접 시 발생한 열에 의해 용착부 및 그 주변부의 미세조직이 변화하였으며 그 과정에서 금속간 화합물의 석출상 및 분포에 변화가 관찰되었다. EDS 성분 분석 결과 Mg-Si 계열과 Al-(Mn,Fe)계열 금속간화합물이 관찰되었으며, 이는 5000계열 알루미늄 합금에서 주로 관찰되는 Al₃Mg₂, Mg₂Si, Al₆(Fe,Mn)상으로 여겨진다. 이러한 금속간화합물은 CGHAZ에 해당하는 영역에서 가장 조대하게 관찰되어 공식저항성을 저하되었으며, 결정립의 크기가 상대적으로 크게 나타나 입계부식에 취약해졌기 때문에 내식성이 열악하게 나타난 것으로 사료된다.
5 V(vs. OCP) 범위에서 분극 실험한 결과로, 인가전위의 증가에 따라 표면이 전반적으로 부식되었다. 이때 용착부에서는 그림 6(b)의 (c)에 나타난 바와 같이 국부적인 손상이 관찰되며 상대적으로 우수한 내식성을 나타냈다.
21×10^-6A/cm²)에서 약 13배 크게 나타났다. 결과적으로 용접과정에서 모재의 내식성이 열화된 것으로 여겨진다. 한편 양극분극이 가해진 범위의 분극곡선을 살펴보면 개로전위를 기준으로 전반적으로 전류밀도가 증가하는 경향이 나타났다.
4 V 이상의 전위에서는 전류밀도가 비교적 완만하게 상승하였다. 인가전위에 따른 전류밀도를 상호 비교해보면 실험 전반에 걸쳐 모재시험편에 비해 용접 시험편의 전류밀도가 크게 나타나 용접에 의해 내식성이 열화된 것으로 여겨진다.

후속연구

이를 위해 전기화학적 부식 실험을 실시하였으며, 실험 전 후의 표면을 SEM과 EDS로 분석하여 용접에 따른 미세조직 및 개재물의 변화를 관찰하고 내식성 평가 및 부식 특성을 파악하였다. 이로써 본 연구가 향후 알루미늄 합금 용접기법 연구 시 내식성 평가를 위한 기초자료로 활용되기를 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	알루미늄은 용접 시 어떤 현상이 일어나는가?	Al-Mg 합금은 비강도와 내식성이 우수하며 가공성과 용접성이 양호하여 해양 환경에서 선체 및 구조용 재료로 많이 사용되고 있으나[1-3], 해수환경에 지속적으로 노출될 경우 염소이온에 의한 부동태 피막 파괴로 인해 공식 및 입계 부식 등에 의한 손상이 발생할 수 있다[1,4]. 알루미늄은 용접 시 가해지는 고열에 의해 미세조직에 변화가 발생하고, 팽창계수와 열전도도가 크기 때문에 용접 후 응고 시 열영향부(heat affected zone, HAZ)가 상대적으로 넓은 면적에 형성되고 열 변형에 의한 뒤틀림이 발생하며 재료 내에 잔류응력이 남는다. 또한 보호 가스가 재료 내에 용해될 수 있고, 이로 인해 기공 및 결함이 생성되면 용접부의 강도와 내식성은 크게 저하될 수 있다.
	Al-Mg 합금의 특징은?	Al-Mg 합금은 비강도와 내식성이 우수하며 가공성과 용접성이 양호하여 해양 환경에서 선체 및 구조용 재료로 많이 사용되고 있으나[1-3], 해수환경에 지속적으로 노출될 경우 염소이온에 의한 부동태 피막 파괴로 인해 공식 및 입계 부식 등에 의한 손상이 발생할 수 있다[1,4]. 알루미늄은 용접 시 가해지는 고열에 의해 미세조직에 변화가 발생하고, 팽창계수와 열전도도가 크기 때문에 용접 후 응고 시 열영향부(heat affected zone, HAZ)가 상대적으로 넓은 면적에 형성되고 열 변형에 의한 뒤틀림이 발생하며 재료 내에 잔류응력이 남는다.
	GMAW 용접 실시 후 용접부의 부식특성을 알아보기 위해 진행한 것은?	따라서 본 연구에서는 알루미늄 선박건조 시 주로 이용되는 5083-H321을 대상으로 GMAW 용접을 실시하여 용접부의 부식특성을 관찰하였다. 이를 위해 전기화학적 부식 실험을 실시하였으며, 실험 전 후의 표면을 SEM과 EDS로 분석하여 용접에 따른 미세조직 및 개재물의 변화를 관찰하고 내식성 평가 및 부식 특성을 파악하였다. 이로써 본 연구가 향후 알루미늄 합금 용접기법 연구 시 내식성 평가를 위한 기초자료로 활용되기를 기대한다.

참고문헌 (22)

G. Mathers, The welding of aluminium and its alloys, 1st ed. Woodhead publishing, 2002.
T. Anderson, New Developments in aluminum shipbuilding, Weld. J. 83 (2004) 28-30.

상세보기
B.W. Tveiten, T. Moan, Mar. Struct. Determination of structural stress for fatigue assessment of welded aluminum ship details, 13 (2000) 189-212.

상세보기
R. Rahamathullah, M.I.N. Isa, WBW Nik, The Effect of Concentration of Lawsonia inermis as a Corrosion Inhibitor for Aluminum Alloy in Seawater, 8521623 (2017).
B.Y. Moon, K.Y Lee, K.S. Kim, The Effect of Welding Conditions on Tensile Characteristics and Thermal Stress of Al 5083 Alloy Applied to Coenvironmental Leisure Ships, J Soc. Nav. Archit. Korea 40 (2014) 548-555.
E. Taban, E. Kaluc. Microstructural and mechanical properties of double-sided MIG, TIG and friction stir welded 5083-H321 aluminium alloy, Kovove Mater 44 (2006) 25-33.

상세보기
J.S. Jesus, J.M. Costa, A. Loureiro, J.M. Ferreira, Fatigue strength improvement of GMAW T-welds in AA 5083 by friction-stir processing, Int. J. Fatigue 97 (2017) 124-134.

상세보기
G.K. Padhy, C. S. Wu, S. Gao, Friction stir based welding and processing technologies-processes, parameters, microstructures and applications: A review, J. Mater. Sci. Technol. JMST-1119 (2017).
W. Mirihanage, N. Munasinghe, Modification of AA 5083 weld joint characteristics, International Symposium of Research Students on Materials Science and Engineering, 2004.
S.H. Park, H.K. Lee, J.Y. Kim, H.T. Chung, Y.W. Park, C.Y. Kang, Effect of welding condition on microstructures of weld metal and mechanical properties in Plasma-MIG hybrid welding for Al 5083 alloy, J. Welding and Joining 33 (2015) 61-71.

원문보기 상세보기
K.B. Lee, C. Kim, D.S. Kim, High deposition rate pulse gas metal arc welding for Al 5083 thick plate, Proc. Inst. Mech. Eng. Part B, 227 (2013) 848-854.

상세보기
R.C. Calcraft, M.A. Wahab, D.M. Viano, G.O. Schumann, R.H. Phillips, N.U. Ahmed, The development of the welding procedures and fatigue of butt-welded structures of aluminium-AA5383, J. Mater. Process. Technol. 92 (1999) 60-65.

상세보기
N. Sidhom, A. Laamouri, R. Fathallah, C. Braham, H.P. Lieurade, Fatigue strength improvement of 5083 H11 Al-alloy T-welded joints by shot peening: experimental characterization and predictive approach, Int. J. Fatigue 27 (2005) 729-745.

상세보기
C. Vargel, Corrosion of Aluminium, 1st ed. Elsevier Ltd, 2004
A. Aballe, M. Bethencourt, F.J. Botana, M.J. Cano, M. Marcos, Influence of the cathodic intermetallics distribution on the reproducibility of the electrochemical measurements on AA5083 alloy in NaCl solutions, Corros. Sci. 45 (2003) 161-180.

상세보기
K.A. Yasakau, M.L. Zheludkevich, S.V. Lamaka, M.G. Ferreira, Role of intermetallic phases in localized corrosion of AA5083, Electrochim. Acta, 52 (2007) 7651-7659.

상세보기
M.M. Shtrikman, A.V. Pinskii, A.A. Filatov, V.V. Koshkin, E.A. Mezentseva, N.V. Guk, Methods for reducing weld porosity in argon-shielded arc welding of aluminium alloys, Welding Int. 25 (2011) 457-462.

상세보기
D.A. Jones, Principles and Prevention of Corrosion, 2nd ed. Pearson, London, 1996
E. McCafferty, Sequence of steps in the pitting of aluminum by chloride ions, Corros. Sci. 45 (2003) 1421-1438.

상세보기
R.T. Foley, Localized corrosion of aluminium alloys - A Review, 42 (1986) 277-288.

상세보기
M. Yasuda, F. Weinberg, D. Tromans, Pitting Corrosion of Al and Al?Cu Single Crystals, 137 (1990) 3708-3715.

상세보기
S.Y. Yu, P.M. Natishan, W.E. O'grady, Chloride uptake by the oxide films on single crystal and polycrystalline aluminum as determined using xray absorpton near edge structure, J. Electrochem. Soc. (2000) 158-166.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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