[논문]양극산화된 5083-H321 합금의 천연해수 내 전기화학적 부식 및 응력부식균열 특성에 관한 연구

황현규; 신동호; 정광후; 김성종

doi:10.14773/cst.2020.19.5.259

[국내논문] 양극산화된 5083-H321 합금의 천연해수 내 전기화학적 부식 및 응력부식균열 특성에 관한 연구
Investigation on Electrochemical Corrosion and Stress Corrosion Cracking Characteristics of Anodized 5083-H321 Alloy in Natural Seawater 원문보기

Corrosion science and technology, v.19 no.5, 2020년, pp.259 - 264

황현규 (목포해양대학교 대학원) , 신동호 (목포해양대학교 대학원) , 정광후 (해사안전교육팀, 한국해양수산연수원) , 김성종 (기관시스템공학부, 목포해양대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

Many studies have been conducted to improve the corrosion resistance and durability of various aluminum alloys through the anodizing technique. It is already used as a unique technique for enhancing the properties of aluminum alloys in various industries. This paper investigated the electrochemical corrosion and stress corrosion cracking characteristics of anodized aluminum 5083-H321 alloy in natural seawater. The corrosion characteristics were assessed by the electrochemical technique and potentiodynamic polarization test. The stress corrosion cracking characteristic was evaluated with a slow strain rate tensile test under 0.005 mm/min rate, which showed that the hard anodizing film had a thickness of about 16.8 ㎛. Although no significant characteristics of stress corrosion cracking were observed in the slow strain rate test, the anodized specimen presented excellent corrosion resistance. The corrosion current density was measured to be approximately 4.2 times lower than that of the base material, and no surface damage was observed in the anodic polarization test.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Schematic diagram of specimen for SSRT.
그림 Fig. 2 BSE image and EDS elemental mapping for a cross-section of 5083A specimen.
그림 Fig. 3 SEM images and EDS elemental mapping analysis results for the surface of AAO for 5083 and 5083A specimens.
그림 Fig. 4 Polarization curves and Tafel extrapolation results of 5083 and 5083A specimens in natural seawater solution.
표 Table 1 Chemical compositions and properties of seawater (wt%)
그림 Fig. 5 Anodic polarization curves of 5083 and 5083A specimens in natural seawater solution.
그림 Fig. 6 Macro-observation for the surface after potentiodynamic anodic polarization test in natural seawater.
그림 Fig. 7 SEM images and EDS elemental mapping analysis results for the surface of 5083 and 5083A specimens after potentiodynamic anodic polarization test in natural seawater.
그림 Fig. 8 Stress vs. strain curves in SSRT with strain rate in natural seawater.
$Fig. 9 Fractographies of fracture cross-section for 5083 and 5083A after slow strain rate test in natural seawater.$ 그림 Fig. 9 Fractographies of fracture cross-section for 5083 and 5083A after slow strain rate test in natural seawater.
표 Table 2 Detailed properties values derived from stress vs. strain curves of SSRT test
$Fig. 10 Fractographies of fractured surface of 5083 and 5083A in natural seawater.$ 그림 Fig. 10 Fractographies of fractured surface of 5083 and 5083A in natural seawater.

AI 본문요약
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제안 방법

01 wt%, 그리고 나머지는 Al이다. 각 시편에 적용된 경질 양극산화 공정은 상용화된 황산욕 공정((주)진광도금)을 통해 수행되었다. 각 시편에 대한 식별을 용이하게 하기 위해, 모재와 양극산화 처리된 시편은 각각 5083과 5083A로 명칭하였다.
분극 전, 개로전위(open circuit potential, 이하 OCP)는 시험 수용액에 1시간 침지 후 계측하였다. 동전위 양극분극 실험은 작업 전극의 전위를 OCP 기준으로, -0.25 V에서 2.0 V까지 0.5 mV/s의 속도로 주사하여 전위에 따른 전류밀도의 변화를 측정하였다. 부식전위와 부식전류밀도는 동전위 분극 곡선에 대한 Tafel 외삽법을 이용하여 산출하였다.
Tafel 실험은 단순 환경에서 균일부식 특성을 나타내는 소재에 대한 정량적 부식속도를 산출하는데 적합한 기법이며, 알루미늄과 같이 부동태 특성을 나타내는 금속소재에 대해서는 한계가 존재할 수 있다. 따라서 각 시료에 대한 명확한 내식성을 평가하기 위해 동전위 분극 실험을 수행하였다.
따라서, 본 연구에서는 알루미늄 5083-H321 합금에 양극산화 실시하였으며, 해수 내 부식 및 SCC에 대한 저항성을 평가하기 위해 전기화학적 시험과 저변형률 인장시험 (slow strain rate test)을 수행하였다.
by KCl) 전극을 사용하였다. 분극 전, 개로전위(open circuit potential, 이하 OCP)는 시험 수용액에 1시간 침지 후 계측하였다. 동전위 양극분극 실험은 작업 전극의 전위를 OCP 기준으로, -0.
실험 종료 후 시험편은 증류수 및 아세톤 세척하였으며, 열풍 건조기를 이용하여 건조 후 50 ℃의 진공건조기에 보관하였다. 실험 후 파단면은 SEM을 이용하여 관찰하였다.
1과 같다. 저변형률 인장시험은 표 1에 제시된 성분의 천연해수 환경에서 2 mm/min과 0.005 mm/min의 변위 제어로 시험편이 파단될 때까지 수행하였다. 실험 종료 후 시험편은 증류수 및 아세톤 세척하였으며, 열풍 건조기를 이용하여 건조 후 50 ℃의 진공건조기에 보관하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 소재는 선박건조 및 해양환경용으로 주로 사용되는 알루미늄 5083-H321 합금이다. 5 mm 두께를 갖는 판재를 사용하였으며, 화학조성은 Mg 4.38 wt%, Fe 0.35 wt%, Mn 0.54 wt%, Cr 0.06 wt%, Cu 0.01 wt%, 그리고 나머지는 Al이다. 각 시편에 적용된 경질 양극산화 공정은 상용화된 황산욕 공정((주)진광도금)을 통해 수행되었다.
각 시편에 적용된 경질 양극산화 공정은 상용화된 황산욕 공정((주)진광도금)을 통해 수행되었다. 각 시편에 대한 식별을 용이하게 하기 위해, 모재와 양극산화 처리된 시편은 각각 5083과 5083A로 명칭하였다. 표면 양극산화층에 대한 분석은 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)과 에너지 분산 X선 분광법 (energy dispersive X-ray spectroscopy, 이하 EDS)을 통해 수행하였다.
단면 관찰을 통한 5083A 시편의 알루미늄 산화층 두께는 16.8μm로 계측되었다.
작업 전극은 시편이며, 전용 홀더를 사용하여 반응면적 1 cm²만 전해질에 노출되도록 하였다. 대극은 백금망(Pt mesh)을, 기준전극은 은/염화은(Ag/AgCl sat. by KCl) 전극을 사용하였다. 분극 전, 개로전위(open circuit potential, 이하 OCP)는 시험 수용액에 1시간 침지 후 계측하였다.
본 연구는 해양수산부의 ‘차세대 한국형 어선 개발 및 실증화’ 사업의 지원을 받아 이루어졌음(알루미늄 합금 선체의 희생양극 방식 설계 연구용역, 중소조선연구원).
본 연구에서 사용된 소재는 선박건조 및 해양환경용으로 주로 사용되는 알루미늄 5083-H321 합금이다. 5 mm 두께를 갖는 판재를 사용하였으며, 화학조성은 Mg 4.
인장 시험편은 표점거리가 25 mm, 평행부 길이는 55 mm 되도록 가공하였다. 인장 시험편의 형상과 치수는 Fig.
전기화학용 시험편은 2 cm × 2 cm의 크기로 절단하여 사용하였으며, 시험면은 SiC 연마지 #600까지 연마하였다.
연마된 시험편은 아세톤과 증류수로 세척 후 열풍에서 건조 후 사용하였다. 전기화학적 실험을 위한 부식 셀은 상온의 천연 해수를 전해질로 사용하였으며, 3 전극 부식 셀 (three electrode system)을 이용하였다. 작업 전극은 시편이며, 전용 홀더를 사용하여 반응면적 1 cm²만 전해질에 노출되도록 하였다.

이론/모형

5 mV/s의 속도로 주사하여 전위에 따른 전류밀도의 변화를 측정하였다. 부식전위와 부식전류밀도는 동전위 분극 곡선에 대한 Tafel 외삽법을 이용하여 산출하였다.
각 시편에 대한 식별을 용이하게 하기 위해, 모재와 양극산화 처리된 시편은 각각 5083과 5083A로 명칭하였다. 표면 양극산화층에 대한 분석은 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)과 에너지 분산 X선 분광법 (energy dispersive X-ray spectroscopy, 이하 EDS)을 통해 수행하였다.

성능/효과

0.005 mm/min의 저변형률 인장시험에서 양극산화 적용 여부에 따른 5083-H321 알루미늄 합금의 응력부식균열 감수성은 유의한 차이를 나타내지 않았다. 변형률이 감소에 따른 가공경화 구간이 확장으로 인장강도는 10% 정도 증가하였으며, 연신율도 다소 증가하는 경향을 나타냈다.
10은 저변형률 인장시험 종료 후 변형률에 따른 인장 시험편 파단부를 관찰한 것이다. 5083과 5083A의 파단면은 미시적인 분화구 형태로 구성되는 딤플(dimple)이 뚜렷하게 관찰되는 전형적인 연성파괴 양상을 나타냈으며, 변형률과 양극산화 유무에 따라 큰 차이를 나타내지 않았다.
따라서 BSE 이미지를 통해 시료 조성에 대한 정보를 획득할 수 있다. BSE 이미지와 EDS 원소 맵 분석을 통해 양극산화 공정에서 형성된 표면 양극 알루미늄 산화층(anodic aluminum oxide)과 기지금속은 명확히 식별되었으며, 균일하고 치밀한 알루미늄 산화층이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 단면 관찰을 통한 5083A 시편의 알루미늄 산화층 두께는 16.
Park et al. [2,3]은 해양환경용 5083 알루미늄 합금의 내식성과 내구성 향상을 위해 양극산화 표면층에 다양한 봉공처리를 수행하였으며, 그 결과 캐비테이션 저항성과 내식성이 향상되었다. Abdel-Gawad et al.
[4]은 Al 2014, Al 6061, 그리고 Al 7075 합금을 대상으로 다양한 공정변수에 따른 양극산화 피막층의 내식성과 내구성 향상에 관한 연구를 수행하였다. 그 결과, 대상 금속의 표면 내식성과 내구성이 향상되었다. 양극산화 기법을 통해 알루미늄 합금의 내식성과 내구성 향상을 목적으로 많은 연구가 진행되었으며, 이미 산업계에서는 알루미늄 합금의 물성 향상을 위한 독보적인 기법으로 사용되고 있다.
5083A 시편은 양극분극 구간에서 5083 시편의 전류밀도 대비 2%의 매우 낮은 전류밀도값을 나타냈다. 따라서 5083A 시편은 두꺼운 양극산화 피막에 기인하여, 다량의 Cl^- 이온을 함유한 해수 환경에서 양극분극의 높은 부식 구동력에서도 매우 우수한 내식성을 나타내는 것으로 확인되었다.
2배의 낮은 부식 속도를 나타냈다. 또한, 가속시험 환경으로 간주되는 동전위 양극분극 시험에서 양극산화 시편은 모재 시편 대비 현저히 우수한 내식성을 나타냈다.
5083 시편은 매우 빠른 양극용해 반응으로 인해 연마흔이 관찰되지 않는 정도의 큰 부식 손상이 발생하였으나, 양극산화 처리된 5083A 시편에서는 표면 부식 손상이 크게 식별되지 않았다. 또한, 시험 전후 산화피막의 화학조성도 큰 변화를 나타내지 않음에 따라 해수 내 알루미늄 산화피막의 화학적 안정성도 확인 할 수 있었다.
반면, 연신율은 양극 산화 공정 처리된 시편에서 미처리 시편 대비 다소 감소하는 경향을 나타냈다. 변형률 0.005 mm/min에서는 2 mm/min 과 비교하여, 응력부식균열에 대한 감수성은 유의한 차이를 나타내지 않았으며, 변형률이 감소함에 따라 인장강도는 10% 정도 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 낮은 변형률에서 가공경화 연장에 의한 강도 향상으로 사료된다.
005 mm/min의 저변형률 인장시험에서 양극산화 적용 여부에 따른 5083-H321 알루미늄 합금의 응력부식균열 감수성은 유의한 차이를 나타내지 않았다. 변형률이 감소에 따른 가공경화 구간이 확장으로 인장강도는 10% 정도 증가하였으며, 연신율도 다소 증가하는 경향을 나타냈다.
본 연구에서 적용된 저변형률 0.005 mm/min에서 양극 산화 적용 여부에 따른 응력부식균열 감수성에 대한 유의한차이는 나타나지 않았으나, 양극산화 적용에 따라 내식성이 크게 향상된 점을 고려할 때, 실제 환경에서 응력부식균열에 대한 저항성은 향상될 것으로 판단된다.

참고문헌 (15)

S. M Moon, J. Korean Inst. Surf. Eng., 51, 1 (2018). https://doi.org/10.5695/JKISE.2018.51.1.1
I. C. Park, J. H. Lee, M. S. Han, and S. J. Kim. J. Korean Inst. Surf. Eng., 51(2), 87-94 (2018). https://doi.org/10.5695/JKISE.2018.51.2.87
I. C. Park and S. J. Kim, J. Korean Inst. Surf. Eng., 49, 349 (2016). http://dx.doi.org/10.5695/JKISE.2016.49.4.349

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S. A. Abdel-Gawad, W. M. Osman, and A. M. Fekry, Surfaces and Interfaces, 14, 314 (2019). https://doi.org/10.1016/j.surfin.2018.08.001

상세보기
J. R. Pickens, J. R. Gordon, and J. A. S. Green, Metall. Trans. A, 14, 925 (1983). https://doi.org/10.1007/BF02644298

상세보기
S. Suzer, F. Kadirgan, H. M. Sohmen, A. J. Wetherilt, and I. E. Ture, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 52, 55 (1998). https://doi.org/10.1016/S0927-0248(97)00270-5

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S. A. Abdel-Gawad, W. M. Osman, and A. M. Fekry, Surf. Interfaces, 14, 314 (2019).

상세보기
D. A. Jones, Principles and prevention of corrosion, Macmillan (1992).
R. T. Foley, Corrosion, 42, 277 (1986). https://doi.org/10.5006/1.3584905

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H. Ezuber, A. El-Houd, and F. El-Shawesh, Mater Des., 29, 801 (2008). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2007.01.021

상세보기
M. S. Han, S. Ko, S. H. Kim, S. K. Jang, and S. J. Kim, Met Mater Int., 14, 203 (2008). https://doi.org/10.3365/met.mat.2008.04.203

상세보기
M. Yasuda, F. Weinberg, and D. Tromans. J Electrochem Soc., 137, 3708 (1990). https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.2086291#

상세보기
S. Y. Yu, P. M. Natishan, and W. E. O'grady, J. Electrochem. Soc., 158-166 (2000).
V. S Sinyavskii, Prot Met., 37, 469 (2001). https://doi.org/10.1023/A:1012374432246
X. Zheng, H. Castaneda, H. Gao, and A. Srivastava, Corros. Sci., 153, 53 (2019). https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.03.018

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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