[논문]알루미늄 5052 합금의 산화피막 성장 및 내식성 연구

지혜정; 정찬영

doi:10.5695/jkise.2018.51.6.372

[국내논문] 알루미늄 5052 합금의 산화피막 성장 및 내식성 연구
Study on Corrosion and Oxide Growth Behavior of Anodized Aluminum 5052 Alloy 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.51 no.6, 2018년, pp.372 - 380

Abstract ▼ AI-Helper

Anodization techniques are widely used in the area of surface treatment of aluminum alloys because of its simplicity, low-cost and good corrosion resistance. In this study, we investigated the relationship between the properties (porosity and thickness) of anodic aluminum oxide (AAO) and its corrosion behavior. Aluminum 5052 alloy was anodized in 0.3 M oxalic acid at $0^{\circ}C$. The anodizing of aluminum 5052 was performed at 20 V, 40 V and 60 V for various durations. The corrosion behavior was studied in 3.5 wt % NaCl using potentiodynamic polarization method. Results showed that the pore diameter and thickness increased as voltage and anodization time increased. The relatively thick oxide film revealed a lower corrosion current density and a higher corrosion potential value.

Keyword

표/그림 (16)

표 Table 1. Chemical compositions of Al 5052 alloy
그림 Fig. 1. FE-SEM of surface morphology and thickness of the aluminum oxide prepared by modulating anodization time under applied voltage at 20 V.
그림 Fig. 2. Variation of pore diameter and thickness according to anodization time at 20 V; (a) pore diameter and interpore distance (b) thickness.
그림 Fig. 3. FE-SEM of surface morphology and thickness of the aluminum oxide prepared by modulating anodization time under applied voltage at 40 V.
그림 Fig. 4. Variation of pore diameter and thickness according to anodization time at 40 V; (a) pore diameter and interpore distance (b) thickness.
그림 Fig. 5. FE-SEM of surface morphology and thickness of the aluminum oxide prepared by modulating anodization time under applied voltage at 60 V.
그림 Fig. 6. Variation of pore diameter and thickness according to anodization time at 60 V; (a) pore diameter and interpore distance (b) thickness.
표 Table 2. Porosity of specimens according to anodization time and voltage
그림 Fig. 7. EDS analysis after anodization with anodization time and voltage; (a) 20 V, (b) 40 V, (C) 60 V.
그림 Fig. 8. Potentiodynamic polarization curves for aluminum oxide formed at 20 V by controlling anodization time.
표 Table 3. Result of potentiodynamic polarization tests for aluminum formed at 20 V.
그림 Fig. 9. Potentiodynamic polarization curves for aluminum oxide formed at 40 V by controlling anodization time.
그림 Fig. 10. Potentiodynamic polarization curves for aluminum oxide formed at 60 V by controlling anodization time.
표 Table 4. Result of potentiodynamic polarization tests for aluminum formed at 40 V.
표 Table 5. Result of potentiodynamic polarization tests for aluminum formed at 60 V.
그림 Fig. 11. Protective efficiency for the anodic aluminum oxides forms at 20 V, 40 V and 60 V.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 양극산화 시간과 전압을 변화하여 양극산화 수행하여 제조된 알루미늄 5052 합금의 산화 피막의 성장 거동과 전기화학적 특성에 대해 관찰하였다. 이로부터 얻어진 결과는 다음과 같다.

제안 방법

이러한 알루미늄 5052 합금에 양극산화 공정을 수행하여 표면에 산화 피막을 형성하여 보다 우수한 내식성과 내구성을 지니며 선박 및 차량 구조물 부품과 건축자재 등 공업적으로 널리 사용되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 알루미늄 5052 합금에 옥살산 전해질을 이용하여 처리 시간과 전압에 따른 형성된 산화 피막의 표면 및 단면 특성을 FESEM을 통해 관찰하였으며, 표면 조성을 EDS를 통해 분석하였다. 또한 형성된 알루미늄 양극산화 피막을 3.
따라서, 본 연구에서는 알루미늄 5052 합금에 옥살산 전해질을 이용하여 처리 시간과 전압에 따른 형성된 산화 피막의 표면 및 단면 특성을 FESEM을 통해 관찰하였으며, 표면 조성을 EDS를 통해 분석하였다. 또한 형성된 알루미늄 양극산화 피막을 3.5 wt % NaCl에 노출하여 전기화학적 시험을 통해 내식성을 평가하였다.
본 연구에서는 20 V ~ 60 V의 전압 조건에서 시간에 따른 양극산화 공정 행한 산화 피막의 기공과 두께의 배열 및 형태를 확인하였다. 그림 1은 20 V 의 전압 조건에서 시간에 따른 산화 피막의 표면 및 단면을 FE-SEM을 분석한 결과이다.

대상 데이터

본 연구에서는 알루미늄 5052합금을 (20 mm × 30 mm × 1 mm) 가공하여 양극으로 사용하였으며, 화학적 조성은 표 1에 나타냈다. 양극산화 공정을 수행하기에 앞서 표면에 자연적으로 존재하는 산화 피막을 제거하고 조도의 향상을 위해 과염소산 (HClO, 70%)과 에탄올 (Ethanol, 95%)을 1:4 (in Volumetric Ratio) 비율로 혼합한 용액을 사용하여 20 V의 전압을 인가하여 상온에서 1분간 전해연마 (Eletropolishing)를 실시하였다.

성능/효과

(1) 0.3 M 옥살산 전해질 용액에서 산화 피막의 기공의 직경과 피막의 두께는 시간이 증가함에 따라 증가하였으며, 최대 20.07 nm의 직경과 29.32 μm 의 두께를 가지는 알루미늄 양극산화 피막을 생성하였다.
(3) 20 V의 전압 조건에서는 양극산화 시간과 전압에 비례하여 두께가 성장하였다. 그러나 40 V와60 V의 전압 조건에서는 6시간 이후 성장속도가 감소하였다.
(4) 양극산화로 인해 생성된 산화 피막의 표면에서 알루미늄, 산소와 미량의 마그네슘의 검출을 통해 표면에 알루미늄 산화 피막이 형성되었음을 확인하였다.
(6) 양극산화 처리한 산화 피막의 보호율을 통해 기공률뿐 만 아니라 부식 속도도 내식성에 영향을 미치는 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	알루미늄의 특징은?	알루미늄의 밀도는 2.7 g/cm3로 공업용 금속 중 마그네슘 다음으로 낮으며 높은 전기전도도, 열전도도, 내식성을 지니고 있어 자동차, 가전제품, 비행기뿐만 아니라 해양 산업 등 전반적인 산업 현장 에서 널리 사용되고 있다. 일반적으로 기계적 강도 및 가공성을 향상시키기 위해 마그네슘(Mg), 규소(Si), 구리(Cu)와 망간(Mn) 등을 첨가하여 합금의 형태로 사용된다.
	양극산화 공정은 어떤 메커니즘으로 알루미늄 산화피막을 형성하는가?	형성된 산화 피막은 전해질의 종류, 전해액의 온도, 전압, 처리 시간, 교반 속도 등의 변수에 따라 피막의 두께, 밀도, 경도 등의 차이가 있다 [3-11]. 알루미늄의 양극산화 공정은 전해액의 산소 이온과 수산 이온이 표면에서 알루미늄 이온과 직접적으로 결합하여 산화 피막을 형성한다. 형성된 알루미늄 산화 피막은 크게 기공형 피막과 장벽형 피막으로 구분된다 [12,13].
	알루미늄의 자연 산화 피막은 다양한 환경에 노출 시 충분한 내식성을 보이지 않는 경우도 있다. 이를 해결할 수 있는 방법은?	667 V의 표준 환원 전위를 가지므로 대기 중의 산소와 즉시 결합하여 수nm두께의 자연 산화 피막이 형성되며, 이는 모재를 보호하는 역할을 하지만, 두께가 너무 얇아 다양한 환경에 노출 되었을 경우 충분한 내식성을 나타내지 못한다[1]. 따라서 전기화학 반응을 통해 표면에 인위적으로 두꺼운 산화 피막을 형성하여 내식성을 향상시키는 양극산화 방법을 적용한다. 양극산화는 금속의 표면 처리 기술 중 하나로, 양극에 처리 하고자 하는 금속을 연결하여 액상 전해질에서 전류를 인가하면, 양극에서 발생하는 산소로 인해 금속과 상당한 밀착력을 갖는 산화 피막이 표면에 형성된다.

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