[논문]압력용기 클래드 보수용 전해니켈도금 인자 관계 연구

김민수; 황성식; 김동진; 이동복

doi:10.14773/cst.2019.18.4.148

압력용기 클래드 보수용 전해니켈도금 인자 관계 연구
Variables of Electrolytic Nickel Plating for RPV Cladding Repair 원문보기

Corrosion science and technology, v.18 no.4, 2019년, pp.148 - 153

김민수 (한국원자력연구원, 안전재료기술개발부) , 황성식 (한국원자력연구원, 안전재료기술개발부) , 김동진 (한국원자력연구원, 안전재료기술개발부) , 이동복 (성균관대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Pure nickel with a thickness of 1 mm was plated on type 304 stainless steels and low alloy steels (JIS G3131 SPHC) by electrolytic plating method in a circulating plating bath. Plating performance, mechanical properties, and surface characteristics were evaluated in terms of pretreatment process, anode material, pH, current density, and flow rate of the plating solution. Addition of hydrochloric acid during pre-treatment process improved the adhesion performance of plating. To improve plating efficiency, it is desirable to use S-nickel rather than electrolytic nickel. The use of S-nickel was also confirmed to be desirable for maintaining the pH and concentration of the plated solution. The defect of the plating using S-nickel anode produced pit on the surface. However, it is believed that proper control can be obtained by increasing the flow rate. Internal stress and hardness values of electrolytic nickel plating according to current density need to be carried out with further studies.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Nickel plating process procedure.
그림 Fig. 2 Schematic of the nickel plating.
표 Table 1 Chemical composition of Type 304 stainless steel and JIS G3131 SPHC
그림 Fig. 3 Side bend results of plating after Strike process (a) 40 ℃(with 5 % HCl, H₃BO₃), (b) room temp.(with 12 % HCl and without H₃BO₃)
그림 Fig. 4 pH decrease by using depolarized nickel anode.
표 Table 2 Performance results of plating using depolarized nickel anode
그림 Fig. 5 Maintaining of pH by using S-Ni anode material.
표 Table 3 Plating results with S-nickel anode material
그림 Fig. 6 Micro Vickers hardness on nickel plating (a) with depolarized Ni anode, (b)with Sulfur Ni anode.
그림 Fig. 7 Surface results of plating according to flow conditions (a) 6 L/min, (b) 12 L/min, (c) 24 L/min.
표 Table 4 Results of plating performance with pH and current density using Sulfur Ni anode
그림 Fig. 8 As a result of the liquid penetration test on the plating surface (a) and (b), the same conditions.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 Strike 공정에서 40℃로 가열하는데 소요되는 시간을 줄이고자 공정에서 붕산을 제외하고 HCl을 기존 (5 %)보다 추가 (12 %)하는 방법으로 공정을 개선하고자 하였다. 또한, 정밀한 질량 및 도금 두께육성을 위해 양극 중 가장 활성도가 높은 Sulfur Ni 양극을 사용하여 Faradayʾs law를 근거로 계산한 도금효율을 도출하여 선행연구보다 효율을 증대시키고자 하였다. 주요 내용은 1) 전처리 공정 개선, 2) 양극재료의 대체 효과, 3) pH, 전류밀도 조건의 확립, 4) 도금액의 유량 조건을 통한 도금성능과 물성 그리고 도금표면개선에 관한 것이다.
그 이후에 니켈도금액 (NiSO₄∙6H₂O)에 전해니켈 양극을 이용하여 once through방식으로 전해도금을 진행하였고, 도금액의 pH와 온도, 전류밀도 조건에 따른 도금효율과 물성을 관찰하여 최적의 조건을 도출한 것이 주요 평가 요소이다 ^[4]. 본 연구에서는 Strike 공정에서 40℃로 가열하는데 소요되는 시간을 줄이고자 공정에서 붕산을 제외하고 HCl을 기존 (5 %)보다 추가 (12 %)하는 방법으로 공정을 개선하고자 하였다. 또한, 정밀한 질량 및 도금 두께육성을 위해 양극 중 가장 활성도가 높은 Sulfur Ni 양극을 사용하여 Faradayʾs law를 근거로 계산한 도금효율을 도출하여 선행연구보다 효율을 증대시키고자 하였다.

제안 방법

접착 성능을 평가를 위해서 ASTM E 290의 규격을 참조로 제작한 지그를 이용하여 Side bend test [5]를 수행하였다. 기계적 성질 확인은 Micro vickers를 이용, 경도(Hv) 평균을 도출하였다.
전처리 공정으로 5 % NaOH용액으로 시편 표면을 전해탈지 하여 오염물을 제거하고, 5 % H₂SO₄를 이용한 시편의 표면 활성화를 수행하였다. NiCl₂ (1 mol)과 HCl (12 %)를 혼합하여 시편의 표면 활성화와 동시에 Strike layer를 육성하였다.

대상 데이터

본 실험에서 도금을 위해 준비한 시편은 Type 304 Stainless steel과 JIS G3131 SPHC (Carbon steel) 재료이다. 각각은 원자로 압력용기를 구성하는 재료인 Type 309L Stainless steel 과 SA508 (carbon steel)재료와 화학조성이 유사하기 때문에 실험실적으로 도금을 육성하고 평가하기 적절하여 대체하였다.

이론/모형

도금의 표면 결함 분석은 1단계로 육안으로 피트를 관찰하였고, 미세 홈을 관찰하기 위하여 Liquid Penetrant시험을 진행하였다. PT는 도금 최적조건인 5 A/dm², pH 4.
접착 성능을 평가를 위해서 ASTM E 290의 규격을 참조로 제작한 지그를 이용하여 Side bend test [5]를 수행하였다. 기계적 성질 확인은 Micro vickers를 이용, 경도(Hv) 평균을 도출하였다.

성능/효과

• Sulfur Ni 양극을 사용하는 경우 전해니켈양극 재료에서 나타났던 pH 감소현상이 나타나지 않으며, pH조건(2.0, 3.0. 4.5)에도 경도값의 편차는 크지 않았으며 도금 두께에 따른 미세경도 측정 결과, 기계적 성질이 일정함을 보여주었다.
• 선행 전처리 공정조건에서 Strike용액을 가열해야 하는 조건을 제거하여 공정시간을 단축할 수 있었는데 HCl의 농도를 12 %첨가하는 것으로도 도금의 접착성능을 기존과 같이 유지할 수 있었다.
• 용해도가 높은 Sulfur Ni 양극을 사용하는 경우 전류밀도 조건(3, 5, 10 A/dm²)에도 높은 도금효율 유지가 가능하며 도금액의 농도 유지가 가능하기 때문으로 판단된다.

후속연구

• Sulfur Ni 양극을 사용한 도금의 단점으로 표면의 피트가 발생하였지만 유량 조건을 증가시킴으로써 피트를 제어할 수 있었으며, 도금의 형상에 따라 적절한 교반을 형성시켜주는 것이 필요하다.
• 기계적 특성 평가를 위해 pH, 전류밀도에 따른 도금의 내부응력과 인장강도에 대한 평가를 추가연구로 수행할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	압력용기 클래드 보수용 전해니켈도금 인자 관계 연구 결과는 무엇인가?	• 선행 전처리 공정조건에서 Strike용액을 가열해야 하는 조건을 제거하여 공정시간을 단축할 수 있었는데 HCl의 농도를 12 %첨가하는 것으로도 도금의 접착성능을 기존과 같이 유지할 수 있었다. • 용해도가 높은 Sulfur Ni 양극을 사용하는 경우 전류밀도 조건(3, 5, 10 A/dm2)에도 높은 도금효율 유지가 가능하며 도금액의 농도 유지가 가능하기 때문으로 판단된다. • Sulfur Ni 양극을 사용하는 경우 전해니켈양극 재료에서 나타났던 pH 감소현상이 나타나지 않으며, pH조건(2.0, 3.0. 4.5)에도 경도값의 편차는 크지 않았으며 도금 두께에 따른 미세경도 측정 결과, 기계적 성질이 일정함을 보여주었다. • Sulfur Ni 양극을 사용한 도금의 단점으로 표면의 피트가 발생하였지만 유량 조건을 증가시킴으로써 피트를 제어할 수 있었으며, 도금의 형상에 따라 적절한 교반을 형성시켜주는 것이 필요하다. • 기계적 특성 평가를 위해 pH, 전류밀도에 따른 도금의 내부응력과 인장강도에 대한 평가를 추가연구로 수행할 필요가 있다.
	순수 니켈은 고온의 1차수 가동환경에서 어떤 성질을 갖는가?	한편 전해도 금기술을 이용하면 열이 발생하는 공정 없이 보수가 가능하다. 순수 니켈은 고온의 1차수 가동환경에서 내식성을 갖는다 [2]. 압력용기 보수를 위한 Electrochemical deposition (ECD)의 표준기술은 과거에 선행된 니켈을 이용한 전해 도금 보수연구[1]를 바탕으로 개발되었으며 code case N840 (CC N-840)으로 2013년 ASME에서 승인되었다 [3].
	전해도 금기술을 이용하면 무엇이 가능한가?	일반적으로 용접방법으로 보수할 수 있지만 공정 중 발생하는 높은 열에 의한 모재의 재질 변화와 잔류응력 발생의 문제가 있다. 한편 전해도 금기술을 이용하면 열이 발생하는 공정 없이 보수가 가능하다. 순수 니켈은 고온의 1차수 가동환경에서 내식성을 갖는다 [2].

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증