[논문]36개월간 국내 옥외폭로시험에 따른 아연도강의 표면외관 변화

김기태; 김영식

doi:10.14773/cst.2018.17.6.301

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If galvanized steel is exposed to an outdoor environment, atmospheric corrosion will occur with time and red rust will form when the sacrificial protection capacity of zinc reaches its limit. With corrosion, the surface appearance of steel changes, and the properties of the exterior materials degrad...

If galvanized steel is exposed to an outdoor environment, atmospheric corrosion will occur with time and red rust will form when the sacrificial protection capacity of zinc reaches its limit. With corrosion, the surface appearance of steel changes, and the properties of the exterior materials degrade. In this study, two kinds of galvanized steel, (GA and GI specimens) were subjected to an outdoor exposure test for 36 months in six regions of Korea. Chrominance (color, chroma, and brightness) and glossiness surface analyses were performed. The color change was not significant, regardless of the exposed area or the specimens tested. With increasing exposure times, the GA specimen became blackened by the formation of zinc oxide, and red coloration was increased by the formation of red rust. As the exposure time of GI specimen increased, the surface proceeded to blacken, but no red rust was formed and the color did not change significantly. Regardless of the outdoor exposure area or the specimen, longer exposure times led to lower glossiness, and this behavior appears to be influenced by the formation of zinc oxide.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1 CIELAB color chart [6]
그림 Fig. 3 Effect of outdoor exposure time on the appearance by 3D microscope of GA specimens exposed in 6 sites of Korea
그림 Fig. 2 Fundamentals of gloss measurement [9]
표 Table 1. National Bureau of Standard (NBS) Unit [7]
그림 Fig. 4 Effect of outdoor exposure time on the appearance by 3D microscope of GI specimens exposed in 6 sites of Korea
그림 Fig. 5 Effect of outdoor exposure time on the chrominance of GA(a~c) and GI(a’~c’) specimens exposed in 6 sites of Korea; (a,a’) Δa*, (b,b’) Δb*, (c,c’) ΔL*
그림 Fig. 6 Color difference of galvanized steels with outdoor exposure time; (a) GA, (b) GI
그림 Fig. 7 Relationship between chrominance of GA(a, b) and GI(a’, b’) specimens and Zn content on the surface; (a, a’) Andong, (b, b’) Busan
그림 Fig. 8 Glossiness of GA (a, b) and GI (a’, b’) specimens with outdoor exposure time; (a, a’) Gloss (60°-L), (b, b’) ΔGloss (60°-L)
그림 Fig. 9 Relationship between the glossiness of GA(a, b) and GI(a’ b’) specimens and the composition on the surface; (a, a’) Andong, (b, b’) Busan

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 이상과 같은 옥외폭로시험을 행한 시편에 대하여 옥외폭로시험에 따른 색도 및 광택도의 변화에 미치는 폭로지역 및 폭로시간의 영향에 대하여 고찰하였다.

제안 방법

본 연구에서는 국내의 6개 지역에서 GA 시편 및 GI 시편을 36개월동안 옥외폭로시험을 행하고 표면의 외관에 대하여 색차 및 광택도 분석을 행한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

본 연구에 사용한 옥외폭로 시편은 GA (GalvannealedSteel) 시편은 합금화 용융아연도금 강판으로 소지금속인 철과 도금 금속인 아연 사이에 Fe-Zn 합금층을 이루고 있고, GI (Galvanized Steel) 시편은 Fe-Zn 합금층 없이 아연이 도금된 강판이다. 시편의 크기는 200 x 100 mm로 제작하였다.

이론/모형

아연도강의 광택도를 측정하기 위해 광택계 (제조사:BYK Gardner, 모델명: Micro-TRI-glass)를 사용하여 측정하였다. 그리고 KS L 2405의 측정방법과 [9], 광택 표준 측정법 국제규격 ASTM D 523에 정의되어 있는 방법을 이용하여 측정하였다 [10]. 거울면 광택도는 Fig.
아연도강의 광택도를 측정하기 위해 광택계 (제조사:BYK Gardner, 모델명: Micro-TRI-glass)를 사용하여 측정하였다. 그리고 KS L 2405의 측정방법과 [9], 광택 표준 측정법 국제규격 ASTM D 523에 정의되어 있는 방법을 이용하여 측정하였다 [10].
아연도강의 색도를 측정하기 위해 색차측정기 (X-rite,SP64)를 이용하였다. 색도의 측정기준으로는 국제조명위원회 (Commission internationale de l'clairage: CIE)에서 정한 L*, a*, b* 값을 이용하였다 [5].

성능/효과

1) 색차 분석결과, GA 시편의 경우, 옥외폭로지역에 관계없이 옥외폭로 시간에 따라서 색상의 변화는 크지 않고, 채도가 황색화가 되며 명도는 흑색화가 되고 있다. 반면, GI 시편의 경우, 색상과 채도의 변화가 거의 없으며, 명도만 흑색화가 되고 있다.
2) 옥외폭로지역 및 시편에 관계없이 옥외폭로시험 시간이 길어질수록 아연산화물의 증가에 따라서 광택도가 감소하고 있어 광택도의 변화에 아연산화물의 생성 여부가 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있다. 그러나 GA 시편의 경우는 유사한 아연함량을 보이는 GI 시편과 달리 광택도가 매우 작게 나타나고 있는데, 이는 광택도가 아연의 함량 외에도 시편 중 철의 함량에도 영향을 받음을 의미한다.
옥외폭로지역 및 시편에 관계없이, 옥외폭로시험 시간이 길어질수록 아연의 함량은 감소하고 산소의 함량은 증가하는데 이는 부식에 의해서 아연산화물이 생성됨을 의미하며, 아연 산화물의 증가에 따라서 광택도가 감소하고 있어 광택도의 변화에 부식에 의한 아연산화물의 생성 여부가 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있다. 그러나 GA 시편의 경우는 유사한 아연함량을 보이는 GI 시편과 달리 광택도가 매우 작게나타나고 있는데, 이는 광택도가 아연의 함량 외에도 시편 중 철의 함량에도 영향을 받음을 의미한다.
1) 색차 분석결과, GA 시편의 경우, 옥외폭로지역에 관계없이 옥외폭로 시간에 따라서 색상의 변화는 크지 않고, 채도가 황색화가 되며 명도는 흑색화가 되고 있다. 반면, GI 시편의 경우, 색상과 채도의 변화가 거의 없으며, 명도만 흑색화가 되고 있다. 즉, GA 시편은 옥외폭로시험 시간이길어질수록 아연산화물의 생성에 의해서 흑색화가 진행됨과 동시에 붉은 녹의 형성으로 황색화가 진행되나, GI 시편은 폭로시간이 길어질수록 아연산화물의 형성으로 흑색화가 진행되기는 하지만 붉은 녹이 생성되지 않으므로 색상의 변화가 크게 나타나지 않은 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	금속재료가 옥외에서 사용되거나 노출되는 경우 나타나는 현상은?	즉, 부식의 진행에 의해서 금속 재료의 표면 외관이 변화하게 되어 외장재로서의 기능을 상실하게 된다. 이와 같이 금속재료가 옥 외에서 사용되거나 노출되는 경우, 태양광선 및 온도, 습도,강우, 결로, 대기오염가스 등의 자연환경으로 인한 노화현상이 일어나 내후성, 내식성 및 내구성이 저하되는데 이러한 금속재료의 특성변화를 측정하는 방법으로 가장 바람직한 방법은 실제 자연환경에서 행해지는 대기폭로시험이다[1]. 대기폭로시험이란 수송기계 (자동차류, 철도, 타이어 등), 공공시설물 (교량, 도로편의시설 등), 금속제품, 섬유제품, 고무제품, 건자재류, 안테나, 전선 등과 같이 옥외에서 사용하거나 설치되어 기후인자 (온도, 습도, 일사량, 눈, 비등과 같은 자연조건)와 환경인자(Cl-, CO, NOx, SOx, O3)가 시간이 경과함에 따라 품질의 노화와 제품의 수명에 미치는 영향을 평가하는 내후성 시험이다.
	옥외에 아연도강을 폭로할 경우 나타나는 현상은?	옥외에 아연도강을 폭로하면 부식이 진행되며 아연의 보호능력이 한계에 이르면 붉은 녹이 발생된다. 즉, 부식의 진행에 의해서 금속 재료의 표면 외관이 변화하게 되어 외장재로서의 기능을 상실하게 된다. 이와 같이 금속재료가 옥 외에서 사용되거나 노출되는 경우, 태양광선 및 온도, 습도,강우, 결로, 대기오염가스 등의 자연환경으로 인한 노화현상이 일어나 내후성, 내식성 및 내구성이 저하되는데 이러한 금속재료의 특성변화를 측정하는 방법으로 가장 바람직한 방법은 실제 자연환경에서 행해지는 대기폭로시험이다[1].
	상용 아연도강 2종 (GA(Galvannealed Steel) 및 GI (Galvanized Steel))에 대하여 옥외폭로시험을 실시한 결과는?	본 연구진은 상용 아연도강 2종 (GA(Galvannealed Steel) 및 GI (Galvanized Steel))에 대하여 옥외폭로시험을 실시 하여 부식속도 결과를 보고한 바 있으며, 주요결론을 요약 하면 다음과 같다 [1]; 1) 폭로 지역에 상관없이 폭로시간 이 길어질수록 부식속도는 감소하는 경향을 보였으며, 폭로 초기에는 GA 시편의 부식속도가 GI 시편보다 컸으나 폭로 시간이 길어질수록 GA시편과 GI 시편이 서로 유사한 부식속도를 보이는 것으로 나타났다. 2) 폭로지역에 관계없이 폭로시간이 증가할수록 GA시편 표면에서 검출되는 Zn의 함량이 감소하며 Fe 및 O는 증가하는 경향을 보였다. 한편,GI시편의 경우 Zn의 함량은 감소하고 O는 증가하지만 Fe의 함량이 일정하게 나타나는 것으로 보아 GI 시편은 36개월 이상 옥외에 노출되어야 소지인 Fe가 드러날 것으로 추정된다. 3) 전원 및 해안지역에 폭로한 시편의 표면에 Simonkolleite, Zinc Hydroxysulfate, Zinc Carbonate,sodium chlorhydroxy sulfate 같은 부식생성물이 검출되었으며, 지역과 재질에 관계없이 ZnO 부식생성물이 폭로 시간이 길어질수록 증가하는 경향으로 나타났다. 4) 지역별 환경인자에 따른 부식속도를 분석한 결과, GA시편은 부착 염 농도가 증가함에 따라서 부식속도 또한 증가하는 경향을 보이며, GI 시편은 부착염과 상관없이 다른 경향을 보이는 것으로 나타났다. GA시편은 폭로시간이 증가함에 따라서 Zn 도금층이 파괴되어 소지인 Fe가 노출되어 부착염의 영향을 받는 반면GI의 경우에는 폭로 36개월 이상에서도 Zn 도금층이 건전하여 부착염과의 상관성이 부족한 것으로 판단된다.

참고문헌 (10)

K. T. Kim and Y. S. Kim, Corros. Sci. Tech., 17, 231 (2018).
E. Y. Cho, G. B. Gwon, D. H. Cho and J. Y. Kim, Corros. Sci. Tech., 12, 209 (2013).

원문보기 상세보기
R. Vera, E. Cruz, M. Bagnara, R. Araya, and R. Henriquez, Int. J. Electrochem. Sci., 13, 898 (2018).
W. Wu, X. Cheng, H. Hou, B. Liu, and X. Li, Appl. Sur. Sci., 436, 80 (2018).

상세보기
ISO 11664-4, Colorimetry - Part 4: CIE 1976 L*a*b* Colour space, ISO, Geneva, Switzerland (2008).
S. Sharifzadeh, L. H. Clemmensen, C. Borggaard, S. Stoier, and B. K. Ersboll, Eng., Appl. Art. Intel., 27, 211 (2014).

상세보기
ISO 11664-6, Colorimetry - Part 6: CIEDE2000 Colour-difference formula, ISO, Geneva, Switzerland (2013).
Nimeroff I. Colorimetry. National Bureau Standard Monograph (1968).
KS L 2405, Method of Measurement for Specular Glossiness, KS (2011).
ASTM D 523, Standard Test Method for Specular Gloss, ASTM (1995).

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