[논문]은의 부식 및 변식에 미치는 전해질 용액에 따른 ICCP 전압의 영향

신병현; 김도형; 정원섭

doi:10.5695/jkise.2020.53.5.207

은의 부식 및 변식에 미치는 전해질 용액에 따른 ICCP 전압의 영향
Effect of ICCP Potential with Electrolyte on Corrosion and Discolor of Silver 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.53 no.5, 2020년, pp.207 - 212

신병현 (부산대학교, 재료공학과, 소재기술연구소) , 김도형 (부산대학교, 재료공학과) , 정원섭 (부산대학교, 재료공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Silver is an inexpensive precious metal and is used in various jewelry in Asia. Although silver has high potential, it has corrosion resistance that is vulnerable to boiling sulfuric acid and nitric acid. So, silver research is needed to prevent the corrosion with environment. But silver corrosion is not studied. sulfuric acid make the uniform corrosion and chloride ion make the pitting corrosion. ICCP inhibits the corrosion because it offset electrons. This study used a potential from - 4 V to 4 V to check the effect of potential. Corrosion rate is lowet at -1 V.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. (a) Schematic diagram of 3 point electrode cell for potentiodynamic polarization test and open circuit potential test, and (b) Schematic diagram of ICCP.
표 Table 1. Electrolyte condition for open circuit potential and potentiodynamic polarization test of Ag
그림 Fig. 2. Time transient electrical potential of Ag in different electrolyte conditions.
표 Table 2. OCP value with electrolyte solution of Ag
표 Table 3. Major value of potentiodynamic polarization curve with electrolyte solution of Ag
표 Table 4. Chemical composition on corrosion surface layer of Ag unit: wt. %
그림 Fig. 4. Weight loss and color as function of potential of Ag.
그림 Fig. 5. Surface image of Ag as function of potential from -4 V to 4 V in electrolyte of 30 wt. % H₂SO₄ and 10 wt. % NaCl.
그림 Fig. 6. Life of Ag as function of potential in electrolyte solution of 30 wt. % H₂SO₄ and 10 wt. % NaCl.

AI 본문요약
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문제 정의

그래서 본 연구는 ICCP에 의한 은 표면의 부식 방지와 전해질 용액에 따른 전기화학적 특성을 분석하기 위해 황산과 염화나트륨 수용액에서 가속시험을 수행하였다. 가속시험은 동전위 분극 시험 (Potentiodynamic polarization test), open circuit potential (OCP), 그리고 비등 시험으로 수행하였다.
기존의 문헌들은 해양플랜트와 아파트의 부식의 방지하기 위해 ICCP를 연구하였고 소규모 ICCP는 전자 제품의 방전을 막기 위한 연구를 수행하였다. A.

제안 방법

% 염화나트륨 의 혼합 수용액을 사용하였고 ICCP의 전압 (-4 V∼4 V)에 따른 은의 무게, 색상 그리고 조직의 변화를 확인하였다.
그래서 본 연구는 ICCP에 의한 은 표면의 부식 방지와 전해질 용액에 따른 전기화학적 특성을 분석하기 위해 황산과 염화나트륨 수용액에서 가속시험을 수행하였다. 가속시험은 동전위 분극 시험 (Potentiodynamic polarization test), open circuit potential (OCP), 그리고 비등 시험으로 수행하였다. 비등시험은 황산과 염화나트륨의 혼합 수용액에서 ICCP의 전압에 따른 은의 상태를 분석하였다.
가속시험은 동전위 분극 시험 (Potentiodynamic polarization test), open circuit potential (OCP), 그리고 비등 시험으로 수행하였다. 비등시험은 황산과 염화나트륨의 혼합 수용액에서 ICCP의 전압에 따른 은의 상태를 분석하였다. 조직과 성분은 FE-SEM과 EDS로 분석하였다.
ICCP 후 부식된 면의 조직은 주사전자현미경 (Field emission scanning electron microscopy, FE-SEM, Hitachi)으로 분석하였고 표면의 성분은 X-선 광전자 분석법 (EDS, energy dispersive X-ray spectroscopy)로 분석하였다. 성분과 조직의 재현성을 확보하기 위해 최소 7 회의 반복 시험을 수행하였다^{[3, 4}].
은 시편은 1.0 (가로) cm x 3.0 cm (세로) x 0.7 cm (두께) 막대 형태의 은 (99.95 wt. % Ag, 0.01 wt. % Fe, 0.01 wt. % Cu, 0.01 wt. % Al, 0.01 wt. % Pb)을 이용하였고 면적 1 cm²을 전해질 용액에 노출하여 전기화학적 특성과 ICCP 특성을 분석하였다.
은의 반응은 황산과 염소나트륨의 전해질 수용액에서 전압에 따른 ICCP와 전기화학적 특성을 분석하고 다음과 같은 결론을 도출하였다.
전기화학적 특성은 potentio-meter (Versa state 3.0)를 이용하여 OCP와 동전위 분극 시험을 수행하였다. 전기화학적 특성을 분석한 cell은 Fig.
비등시험은 황산과 염화나트륨의 혼합 수용액에서 ICCP의 전압에 따른 은의 상태를 분석하였다. 조직과 성분은 FE-SEM과 EDS로 분석하였다.
황산과 염화나트륨은 은의 부식과 변색에 영향을 미치는 요소이기 때문에 황산과 염소의 전해질 용액을 제어하여 전기화학적 특성을 분석하였다. Fig.

대상 데이터

1 (a)는 동전위 분극 시험과 OCP 시험을 위해 3 전극 셀으로 구성하였다. 기준 전극은 포화 칼로멜 전극 (Saturated calomel electrode, SCE, -0.244 V)이고 상대 전극은 (Counter electrode) 백금망을 이용하였다 (Pt mesh, 2 cm x 2 cm).

이론/모형

ICCP 후 부식된 면의 조직은 주사전자현미경 (Field emission scanning electron microscopy, FE-SEM, Hitachi)으로 분석하였고 표면의 성분은 X-선 광전자 분석법 (EDS, energy dispersive X-ray spectroscopy)로 분석하였다. 성분과 조직의 재현성을 확보하기 위해 최소 7 회의 반복 시험을 수행하였다^{[3, 4]}.
동전위 분극 시험은 0 V∼3 V의 범위를 0.167 mV/sec의 속도로 측정하였고 ASTM G 61에 의거하여 수행하였다[11].

성능/효과

% 황산에서 포텐셜이 100 mV 상승하였다. 염화나트륨은 포텐셜을 감소시켰으며 염화나트륨과 황산의 혼합용액은 중간 정도의 특성을 보였다. OCP에서 포텐셜의 차이는 전해질 용액에 따른 은의 부식 및 변색 시점의 차이를 의미한다^[3].
황산과 염화나트륨의 혼합 수용액에서 1 시간 동안 전압에 따른 변화를 은의 변색 조건을 확인한 결과, 1 V에서 은의 변색은 발생하지 않았으나 광택을 감소시켰다. 2 V와 4 V에서 변색과 질량의 감소를 확인 하였다.

후속연구

% 염화나트륨의 혼합 수용액에서 ICCP는 부식에 참여하는 전자를 상쇄시키기 때문에 1 V의 전압으로 은의 부식 및 변색을 5년 이상 막을 수 있다. 실제 환경은 본 연구의 시험 조건보다 낮은 부식 조건이기 때문에 은의 수명은 ICCP로 제어 가능 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	외관을 좋지 않게 만드는 은의 부식은?	특히, 아시아에서 은은 과거 화폐부터 오늘날의 다양한 장신구로 사용되며 인도네시아에서 은은 불상의 소재로 사용한다. 하지만 해수에 의한 부식과 황화 가스에 의한 은의 표면 부식은 외관을 좋지 않게 만든다[3-6].
	외부 전원식 음극방식은 어떻게 은의 부식을 방지하는가?	환경에 의한 은의 부식을 방지하기 위한 다양한 방법이 있으며 외부 전원식 음극방식(Impressed current cathodic protection, ICCP)은 외부에서 전자를 공급하여 부식을 방지 할 수 있다. 기존의 ICCP는 해양플랜트나 해변의 아파트 같은 높은 부식 환경에서 대형 구조물의 부식을 방지하기 위해 사용되고 있다 [I7-10].
	기존의 외부 전원식 음극방식은 어디에 사용되고 있는가?	환경에 의한 은의 부식을 방지하기 위한 다양한 방법이 있으며 외부 전원식 음극방식(Impressed current cathodic protection, ICCP)은 외부에서 전자를 공급하여 부식을 방지 할 수 있다. 기존의 ICCP는 해양플랜트나 해변의 아파트 같은 높은 부식 환경에서 대형 구조물의 부식을 방지하기 위해 사용되고 있다 [I7-10].

참고문헌 (11)

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American Society for Testing and Materials G 61 (2018).

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