[논문]Al-Mg 코팅막의 부식특성에 대한 부식생성물의 영향

이승효; 김혜민; 임경민; 윤용섭; 정재인; 양지훈; 이명훈

Al-Mg 코팅막의 부식특성에 대한 부식생성물의 영향
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이승효 (한국해양대학교 기관시스템공학과) , 김혜민 (한국해양대학교 기관시스템공학과) , 임경민 (한국해양대학교 기관시스템공학과) , 윤용섭 (한국해양대학교 기관시스템공학과) , 정재인 (포항산업과학연구원 융합소재연구본부) , 양지훈 (포항산업과학연구원 융합소재연구본부) , 이명훈 (한국해양대학교 기관시스템공학과)

여기서는 5% NaCl 염수분무 환경에 노출된 Al-Mg 다층 코팅막의 부식 거동이 부식생성물 분석을 통하여 평가되었다. 동일 두께의 코팅막이라고 할지라도 Al과 Mg의 코팅층을 다층으로 할수록 내식성이 우수한 경향으로 나타났다. 이때 SEM, EDS 및 XRD 평가 기법을 통하여, 내식성에 기여하는 주요 부식생성물은 수산화알루미늄($Al(OH)_3$)이 지배적인 것으로 확인 되었다. 코팅막이 다층인 경우 차폐(barrier) 특성을 가진 수산화알루미늄이 상대적으로 치밀하게 표면을 피복됨으로써 내식성을 오래도록 유지해 주는 것으로 사료된다.

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문제 정의

그러나 강재 표면에 알루미늄과 마그네슘을 다층으로 표면처리 할 수 있게 되는 경우에는 막의 두께를 얇게 하더라도 자체 보호적 특성과 희생양극적 특성에 의한 내식성 향상을 기대할 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구에서는 전자빔(EB)을 증발원으로 진공증착 하여 제작된 Al-Mg 다층 코팅막에 대한 내식특성을 각 종 부식시험 방법에 의해 평가함은 물론, 여기서 생성된 부식생성물의 분석을 통하여 Al-Mg 다층 코팅막 과의 내식성 관계를 규명하고자 하였다.

제안 방법

이들 코팅막은 염수분무시험, 자연침지시험 및 전기화학적 분극 시험을 통해서 부식특성이 비교-평가되었다. 또한, 여기서는 염수분무 시험 408시간 후에 생성된 부식생성물을 SEM, EDS 및 XRD를 통해 각 각 분석-정리 하였다.
여기서 제작한 2층막, 4층막, 6층막의 두께는 모두 3㎛로 동일하다. 이들 코팅막은 염수분무시험, 자연침지시험 및 전기화학적 분극 시험을 통해서 부식특성이 비교-평가되었다. 또한, 여기서는 염수분무 시험 408시간 후에 생성된 부식생성물을 SEM, EDS 및 XRD를 통해 각 각 분석-정리 하였다.

대상 데이터

본 연구에서 평가를 위해 제작된 Al-Mg 다층 코팅막은 E-beam 진공증착법을 이용하여, 냉간압연강판(SPCC)을 모재(substrate)로 하여 중간층에는 마그네슘을 최상층에는 알루미늄을 증착하여 제작되었다. 여기서 제작한 2층막, 4층막, 6층막의 두께는 모두 3㎛로 동일하다.

성능/효과

Al-Mg 코팅막 부식특성 평가 결과에 의하면, 6층막의 코팅층의 내식성이 염수분무시험 평가 결과 적청발생 780시간으로 가장 우수하였다. 또한, 염수분무시험 408시간 후에 생성된 부식생성물을 XRD로 분석한 결과, 부식생성물의 대부분은 Al(OH)₃ 이었으며, 원소 조성분석 결과(EDS) 또한 마찬가지로 산소와 알루미늄의 함량이 가장 높아 XRD결과와 일치하는 경향을 나타내었다.
Al-Mg 코팅막 부식특성 평가 결과에 의하면, 6층막의 코팅층의 내식성이 염수분무시험 평가 결과 적청발생 780시간으로 가장 우수하였다. 또한, 염수분무시험 408시간 후에 생성된 부식생성물을 XRD로 분석한 결과, 부식생성물의 대부분은 Al(OH)₃ 이었으며, 원소 조성분석 결과(EDS) 또한 마찬가지로 산소와 알루미늄의 함량이 가장 높아 XRD결과와 일치하는 경향을 나타내었다. 부식생성물의 표면 SEM 에서는, 내식성이 가장 우수하였던 6층 코팅막의 부식생성물(Al(OH)₃)이 다른 코팅막의 부식생성물 보다 치밀하게 표면을 덮고 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 염수분무시험 408시간 후에 생성된 부식생성물을 XRD로 분석한 결과, 부식생성물의 대부분은 Al(OH)₃ 이었으며, 원소 조성분석 결과(EDS) 또한 마찬가지로 산소와 알루미늄의 함량이 가장 높아 XRD결과와 일치하는 경향을 나타내었다. 부식생성물의 표면 SEM 에서는, 내식성이 가장 우수하였던 6층 코팅막의 부식생성물(Al(OH)₃)이 다른 코팅막의 부식생성물 보다 치밀하게 표면을 덮고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이것이 전해질을 차단하고 코팅막을 일정시간 동안 보호하고 있다고 판단된다.

후속연구

한편, 현재로써 이러한 아연을 대체하여 표면처리가 가능한 대표적인 물질 중에는 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg)을 생각할 수 있다. 특히 알루미늄의 경우에는 아연과 유사하게 대기 노출 환경 중 얇고 치밀한 산화피막이 형성되며, 이 막은 보호 내식성을 갖고 있으며 또한 사용 중 그 피막이 열화 또는 파괴되어 모재인 철이 노출하게 되는 경우에 철을 대신해서 희생양극(Sacrificial Anode)역할도 가능하게 할 것으로 기대된다. 여기서 마그네슘은 알루미늄과 같이 희생양극 작용을 하나, 활성금속이기 때문에 일반적으로 표면도금이 어려움은 물론 자체의 높은 활성에 의해 소모가 커서 마그네슘 단독으로는 사용하기 어려운 실정이다.

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