[논문]Cu-Zn 황동에서 수소가 탈아연 부식에 미치는 영향

최병학; 이범규; 장현수; 전우일; 박용성; 임재균; 이진희; 박찬성; 김진표

doi:10.3740/mrsk.2017.27.3.172

Cu-Zn 황동에서 수소가 탈아연 부식에 미치는 영향
Effect of Hydrogen on Dezincification of Cu-Zn Brass 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.27 no.3, 2017년, pp.172 - 178

최병학 (강릉원주대학교 신소재금속공학과) , 이범규 (강릉원주대학교 신소재금속공학과) , 장현수 (강릉원주대학교 신소재금속공학과) , 전우일 (엑셀랩) , 박용성 (엑셀랩) , 임재균 (엑셀랩) , 이진희 (SK건설 화공 TECH 본부) , 박찬성 (국립과학수사연구원 법안전과) , 김진표 (국립과학수사연구원 법안전과)

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of this study is to consider the effect hydrogen on dezincification behavior of Cu-Zn alloys. The investigations include microstructural observations with scanning electron microscope and chemical composition analysis with energy dispersive spectrometer. The dezincification layer was found to occur in high pressure hydrogen atmosphere, not in air atmosphere. In addition, the layers penetrated into the inner side along the grain boundaries in the case of hydrogen condition. The shape of the dezincification layers was porous because of Zn dissolution from the ${\alpha}$ or ${\beta}$ phase. In the case of stress corrosion cracks formed in the Cu-Zn microstructure, the dezincification phenomenon with porous voids was also accompanied by grain boundary cracking.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서 고압 수소 분위기에 노출된 Cu-Zn 합금 부품들에 대하여 탈아연 현상 진행정도를 분석하여 황동합금에서 수소가 탈아연 부식에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 여기에서 Cu-Zn 재질에 적용된 분위기는 고압의 순수 수소로써 수용액이나 산성용액의 수소 이온에 의한 전위차 화학부식 여건은 아니며, 수소가 직접 금속 내부로 확산침투하며 유발될 수 있는 물리적 재질취성 효과에 관련된 것이다.

제안 방법

고압수 소장입 이전의 건전한 샘플을 “sound sample”로 명칭하고, 고압수소분위기에 장입되었던 2종이 황동 너트 샘플 을 “샘플 A” 및 “샘플 B”로 명칭한다. 또한, Sn 도금 후 응력부식균열을 당한 황동 너트 샘플을 “샘플 C”로 구분하여, 이들에 대한 수소 노출에 따른 탈아연 부식현 상을 실험 분석하였다.
여기에서 Cu-Zn 재질에 적용된 분위기는 고압의 순수 수소로써 수용액이나 산성용액의 수소 이온에 의한 전위차 화학부식 여건은 아니며, 수소가 직접 금속 내부로 확산침투하며 유발될 수 있는 물리적 재질취성 효과에 관련된 것이다. 이를 위하여 Cu-Zn 합금의 고압수소 영향성을 주로 미세조직과 국부 부분의 성분분석으로 검토하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 Cu-Zn 합금은 6-4 황동(60%Cu-40%Zn)으로써 여기에 1%Pb가 첨가되어 쾌삭성이 개선된 합금이다. 이 재질은 파스너 너트류 부품 재질에 적용된 것인데, Cu는 α 상 안정화 원소이고 Zn은 β상 안정화 원소로써 본 60 Cu-40 Zn 합금은(α+β)의 2상 구조 미세조직으로 구성된 재질에 해당된다.

성능/효과

본 연구를 통하여 Cu-Zn 합금이 수소 분위기 또는 SCC 분위기에 노출된 경우 공통적으로 다공성 형태의 부식현상을 겪게 되는데, 두 경우 모두 탈아연을 동반하는 것으로 확인되었다. Cu-Zn 합금이나 스테인레스강과 같이 오스테나이트계 합금이 수소 영향을 받는 경우 이중회절도형을 동반하는 유사 규칙격자 상변태가 유발된다는 보고도 되어 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탈아연의 부식형태는 어떻게 구성되는가?	1,2) 탈아연의 부식형태는 Fig. 1과 같이 Zn 성분의 부식이탈로 인하여 황동표면에는 고농도 Cu 집적상과 부식생성물이 혼합된 다공성 구조로 구성된다.
	수소는 강 및 스테인레스강 등에서 어떤 것을 유도하는가?	수소는 수소이온(H+) 또는 수소분자(H2) 형태로 금속합 금에 물리적 영향을 미치는데, 원자번호 1번인 작은 원자크기의 수소가 금속 원자배열 내에 침입형원자로 확산침투가 용이하기 때문이다.4) 실제 수소는 강 및 스테인레스강 등에서 수소원자 확산침투로 기공(HIV, hydrogen induced void) 및 균열(HIC, hydrogen induced crack)을 유도한다.5,6,7) 또한 수소는 이러한 부식 영향 인자 외에 도 격자구조의 상변화까지 유발할 수 있는 것으로 보고된다.
	Cu-Zn 황동합금의 탈아연 현상은 무엇인가?	Cu-Zn 황동합금의 탈아연(Dezincification) 현상은 잘 알려진 부식현상이다. 이것은 Cu-Zn 합금이 질산, 황산, 염산 및 아세트산 등 부식·산화 분위기에 노출되었을 때, Cu-Zn 합금 원소 중에서 Zn이 우선적으로 부식되어 산화물 형태로 탈아연되는 부식기구이다.1,2) 탈아연의 부식형태는 Fig.

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