• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.163-163
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• 2016

아연계 도금 강판은 우수한 내식성을 가지며 특히 아연의 희생방식기구에 의해 철의 부식을 억제하므로 선박, 건축자재, 전자기기 및 자동차 등 다양한 분야에서 그 수요와 사용범위가 증가하고 있다. 또한 도금 조성비 변화 및 다양한 표면처리 방법을 통해 가혹한 환경에서의 우수한 내식성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 갈바륨(Galvalume)은 55%의 알루미늄(Al)과 45%의 아연(Zn)으로 되어 있으며, 아연의 장점인 희생방식성과 내알카리성, 알루미늄의 장점인 내구성과 내열성, 내산성을 이상적으로 결합시킨 알루미늄(Al)-아연(Zn) 고내식 합금용융도금강판이다. 본 연구에서는 갈바륨 소재를 여러 산업현장에서 강관 형태로 사용할 경우의 내식성을 파악하기 위해 갈바륨 강관과 기존에 사용되고 있는 용융도금재인 용융아연도금 강관을 비교하며 실험을 진행하였다. 냉간압연강관에 용융아연도금 약 $25{\mu}m$, 갈바륨 약 $20{\mu}m$ 두께로 제작된 강관을 사용하였으며 제작된 도금층 표면 모폴로지는 SEM을 통해 관찰하였고, XRD 분석을 통해 결정 구조를 확인하였다. 또한 5% 염수분무 환경 중 노출시험(Salt spray test), 3% NaCl 용액에서의 자연침지 시험 및 3% NaCl 용액 중 전기화학적 양극분극 시험을 진행하여 평가하였다. 5% NaCl 환경에서의 염수분무 시험 결과 용융아연도금의 경우 단면에서는 90시간, 표면에서는 260시간 경과 후 적청이 발생하였다. 반면, 갈바륨의 경우에는 단면에서 210시간 경과 후에 적청이 발생하였고, 표면의 경우에는 900시간 이상에서도 적청이 발생하지 않았다. 이 결과를 통해 용융아연도금에 비해 갈바륨 도금의 내식성이 단면에서는 3배, 표면에서는 4~5배 이상 향상된 것으로 확인되었다. 또한 3% NaCl 용액 중 자연침지 시험 결과 용융아연도금 강관 표면은 24시간 경과 후 열화부를 중심으로 흑변하는 것을 확인할 수 있었으나 갈바륨의 경우에는 900시간 이상 실험이 진행되는 동안 No Scribe 및 Scribe 시편 모두 외관상 변화가 거의 없었다. 단면의 경우, 용융아연도금 시편은 900시간 이상 실험이 진행되는 동안 외관상 변화가 없었으며, 갈바륨 시편의 경우 300시간 경과 하면서 흰색의 아연 부식생성물이 나타났으나 900시간 이후로도 적청은 발생하지 않았다. 자연전위 측정결과 용융아연도금 및 갈바륨 시편 모두 유사한 전위거동을 나타냈지만 단면의 경우 갈바륨 시편이 용융아연도금에 비해 안정적인 거동을 보였다. 3% NaCl 용액 중 전기화학적 양극 분극 시험 결과 용융아연도금이 갈바륨에 비해 귀한 방향의 부식 전위 값을 나타냈으며, 부식 전류밀도도 용융아연도금이 갈바륨에 비해 더 높은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 염수분무시험, 자연침지시험 및 전기화학적 양극분극시험을 통해 종합적으로 분석-고찰하여 보면, 그 부식이 진행되는 과정은 융융아연도금과 달리 갈바륨 도금의 경우가 다단계적인 부식 과정을 거치면서 우수한 내식 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있었다. 즉, 갈바륨 도금은 그 도금 막에 분포된 합금상 원소 성분들이 상호 갈바닉(Galvanic) 작용하며 형성된 부식생성물이 수평적으로 자체 차단(Barrier) 역할을 하는 과정과 부분적 부식-회복 과정을 거치면서 다단계적으로 부식속도를 감소시키게 된다는 것을 확인 할 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.300-300
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• 2014

해양환경 하에서 대형 강구조물의 경우 장기간 부식손상을 방지하기 위해 아크 용사코팅 기술이 오래전부터 유용하게 이용되어 왔다. 아크 용사코팅 기술은 타 용사코팅 기술에 비해 경제성과 생산성이 뛰어나 대형 강구조물에 적용되고 있다. 용사재료로는 Al, Zn 또는 그 합금들이 주로 사용되어 강재에 대해 희생양극 방식효과를 나타낸다. 그러나 아크용사에 의해 적층된 코팅 층은 용사공정 중 불가피하게 수많은 기공과 산화물이 포함되어 내식성 및 내구성에 악영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 알루미늄 합금의 용사코팅 층에 대하여 다양한 후처리를 통해 내식성과 더불어 내구성을 향상시키고자 하였다. 용사코팅은 알루미늄 합금 선재(1.6 ${\varnothing}$)를 사용하여 아크용사를 실시하였다. 용사 시 용사거리는 200 mm, 공기압력은 약 $7kg/cm^2$ 정도로 유지하면서 용사코팅을 실시하여 약 $200{\mu}m$ 두께로 코팅 층을 형성시켰다. 이후 용사코팅 층의 표면에 다양한 후처리재를 적용하였으며, 내구성을 평가하기 위하여 후처리 적용 전후 시험편에 대하여 캐비테이션 실험을 실시하였다. 캐비테이션 실험은 ASTM G32-92에 의거하여 주파수 20 kHz의 초음파 진동 장치(ultrasonic vibratory device)를 사용하였다. 그리고 시험편 표면과 발진 혼에 부착된 팁(tip)과의 거리는 1 mm로 일정하게 유지시킨 뒤, 캐비테이션 발생 시간을 변수로 하여 실험을 실시하였다. 손상된 용사코팅 층의 표면은 주사전자현미경과 광학현미경으로 관찰하였으며, 시험편 손상깊이는 3D 현미경으로 비교 분석하였다. 또한 캐비테이션 실험 전후의 무게를 측정하여 무게 감소량을 상호 비교하였다. 그리고 전기화학적 실험은 천연해수 속에서 자체 제작한 홀더(holder)를 이용하여 $0.33183cm^2$의 용사코팅 층만을 노출시켜 실시하였다. 그리고 기준전극은 은/염화은 전극을, 대극은 백금전극을 사용하였다. 분극실험을 통해 후처리 적용에 따른 용사코팅 층의 부식전위 및 부식전류밀도를 비교 평가하였다. 그 결과, 용사코팅 층에 의하여 강재에 대한 희생양극 방식전위가 확보되었으며, 후처리재가 적용된 용사코팅 층에서 내식성 및 캐비테이션 저항성이 향상되었다.

• 전기화학회지
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• 제6권4호
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• pp.250-254
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• 2003

본 연구는 전기화학적 실험측정으로 페라이트계 430스테인레스강 시험편에 인위적으로 틈을 형성시켰다. 부식용액은 IN $H_2SO_4+0.1N\;NaCl$ 전해액을 사용하였고, 각 시험편의 틈의 크기를 달리하였다. 전기화학적 평가방법은 -600mV/5CE에서 정방향으로 +1,200mV/SCE까지 주사속도 600mV/hr로 동전위 분극시험을 실시하여 부식전위, 부동태 전류밀도 등의 부식거동을 분석하였다. 그리고 정전위 분극시험을 실시하여 부동태 구간 전위 -200mV/SCE를 일정하게 인가 한 후, 틈내에 부동태 전류밀도와 틈부식 발생시간을 계측하였다 실험방법에 있어 Microcapillary tube(MCT)를 이용한 방법으로 틈내 각 지점의 전위를 틈 깊이에 따른 틈내부의 전위강하(IR Drop)에 주목하고, 575 430 스테인레스강 금속에 대한 분극특성과 연계하므로써 틈부식의 발생 원인을 '전위의 이동'의 관점에서 규명 하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제41권3호
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• pp.230-237
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• 2017

본 연구에서는 해상풍력 타워 지지구조물용 강재인 S355ML 강에 대하여 전기화학적 기법으로 전기방식 설계에 필요한 최적 방식전위를 규명하고자 하였다. 동전위분극 실험 결과, 양극분극 곡선 상에서는 부동태 구간은 존재하지 않으며, 음극분극 곡선 상에는 용존산소환원반응에 의한 농도분극 구간과 수소가스 발생에 의한 활성화분극 구간이 관찰되었다. 음극방식 시 방식전위에 해당하는 농도분극 구간은 약 - 0.72 V ~ - 1.0 V의 전위 구간인 것으로 확인되었다. 다양한 전위에서 정전위 실험을 실시한 결과 전류밀도 변화는 시간에 따라 안정화되는 경향을 나타냈다. 1200초 동안 정전위 실험 후 주사전자현미경과 3D 분석 현미경을 이용한 시험편 표면 분석 결과, 양극분극 전위에 해당하는 0 V ~ - 0.50 V의 전위구간에서는 양극용해반응에 의한 부식손상이 관찰되었다. 이에 반해 음극분극 전위 영역에서는 대체적으로 손상이 없는 양호한 표면을 유지하였으며 석회질 피막 형성을 확인할 수 있었다. 연구결과, 농도분극 영역에 해당하는 - 0.8 V ~ - 1.0 V의 전위영역이 S355ML 강의 외부전원법에 의한 음극방식 적용 시 최적 방식 전위 구간으로 사료된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.96-96
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• 2018

금속재료 중 알루미늄(Al)은 일반적으로 많이 사용되는 철강재에 비해 그 비중이 약 $1/3(2.7g/cm^3)$인 경량이고 열전도율이 약 3배($196kcal/^{\circ}C$, $20^{\circ}C$)로 높은 특성 등을 갖고 있다. 또한 대량생산에 의한 경제성을 가지기 때문에 건축 구조재, 전기 및 가전 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 위와 같은 특성으로 인해 열교환기의 종류에서 응축기(Condenser) 및 증발기(Evaporator)는 알루미늄(Al)을 널리 사용하고 있다. 하지만 단일 응축기 부품에도 이종 알루미늄 소재가 사용됨에 따라 갈바닉 부식이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 현재 상용되고 있는 열교환기 중 응축기에서의 이종 알루미늄 재료로 인해 나타나는 갈바닉 부식 특성을 관찰-분석-연구 하였다. 본 연구에 사용된 알루미늄 재료는 현재 응축기 재료 중에서 각각 Tube와 Fin으로 널리 상용되고 있는 Al 1100과 Al 3003을 사용하였다. 표면 모폴로지는 SEM을 통해 관찰하였고 EDS를 통해 조성원소를 분석하였다. 또한 내식성 평가를 위해 5% NaCl 환경에서의 SST(Salt spray test, 염수분무시험) 시험과 3% NaCl 용액 내 자연침지 시험 및 탈기된 3% NaCl 용액 내 전기화학적 동전위 양극 분극 시험을 진행하였으며 더불어 갈바닉 부식 시험에 따른 혼합 전위 측정 및 외관 관찰을 하였다. 각 재료는 실험에 대해 동일한 표면적을 노출시켜 시험하였다. 5% NaCl 환경에서의 염수분무 시험 결과 Fin(Al 3003)의 경우에는 Tube(Al 1100) 보다 빠른 부식거동을 보이며 국부적인 공식부식(Pitting corrosion)이 촉진되었다. Tube(Al 1100)의 경우에는 치밀한 Al2O3 형성과 부식에 따른 Al(OH)3를 생성함에 따라 Fin(Al 3003)에 비해 느린 부식거동을 보였다. 3% NaCl 용액 내 자연 침지 및 전위 측정 결과 초기 전위는 Fin(Al 3003, 약 -0.85V/SCE)이 Tube(Al 1100, 약 -1.05V/SCE)에 비해 더 높은 값을 가지며 약 72시간 이후 Tube(Al 1100) 시편이 더 안정적인 전위 값을 나타냈다. 이는 안정적인 Al(OH)3 피막 형성에 기인한 것으로 사료된다. 탈기된 3% NaCl 용액 내 전기화학적 동전위 양극 분극 시험 결과 Fin(Al 3003) 시편에서 더 귀한 부식 전위 값을 나타냈지만 부식 전류는 더 낮은 값을 나타냈다. 상기 시험 결과를 바탕으로 Fin-Tube 간 장기간 접촉 시에는 갈바닉 부식이 발생할 수 있을 것으로 사료된다. 갈바닉 부식 시험 결과 초기 혼합 전위는 약 -1.05 V/SCE를 나타냈으며 약 288시간 경과 후 약 -0.85 V/SCE 값을 나타냈다. 이는 자연 전위 측정 및 동전위 양극 분극 시험에서의 부식 전위 값에서 알 수 있듯이 더 비한 전위인 Tube(Al 1100) 시편이 Fin(Al 3003) 시편에 대해 희생양극적(Sacrificial anode)인 역할을 한 것을 확인할 수 있었다. 또한 갈바닉 부식 전위 측정 간 외관 관찰에서도 Tube(Al 1100) 시편은 빠르게 흑변 하는 것을 확인할 수 있었으며 Fin(Al 3003) 시편은 침지 300시간 이후에도 초기와 유사한 표면 상태 및 광택을 유지하였다. 이상의 SST 시험, 자연 침지 시험, 전기화학적 양극 분극 시험 및 갈바닉 부식 시험 결과를 바탕으로 단일 부품 내 이종 알루미늄 소재 간 접촉 및 그에 따른 갈바닉 부식 발생을 확인할 수 있었다. 따라서 동종 성분이라고 할지라도 단일 부품 제작 시에는 그 사용 환경에 따라 이종 금속 재료의 사용에 대한 재고가 필요할 것으로 사료된다.

• 전기화학회지
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• 제9권2호
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• pp.70-76
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• 2006

마이크로 전기화학 실험법인 비접촉식 미세방울셀이 산 용액에 노출된 저 크롬이 함유된 스테인리스강(STS 316)과 같이 젖음성이 높은 전기화학계에 사용되는데 어려움이 있었다. 음압의 인가, 방울의 크기 제어 그리고 소수성의 개스킷의 사용은 높은 젖음성을 지닌 표면에서 비접촉식 미세방울셀의 적용을 가능하게 하였다. 개선된 미세방울셀의 신뢰성을 확인하고자 3종류의 다른 계-산성염화용액과 고 크롬 페라이트 스테인리스강, 산성염화용액과 STS 316 그리고 중성염화용액과 STS 316-에 대하여 개선된 미세방울셀로 국부부식 연구를 수행하였다. 첫째 산성용액에서 고 크롬강의 양극 분극 결과는 $\alpha/\sigma$ 계면 근처에서 국부부식이 크롬 고갈층에 의한 것임을 보여주었다. 둘째 산성용액에서 STS316의 양극 분극실험이 개선된 미세방울셀에서 성공적으로 수행됨을 확인할 수 있었다. 특히, 미세방울셀에서 얻어진 국부 양극 분극곡선을 통해 STS316의 내식성에 미치는 $\delta$-라이트 영향을 밝힐 수 있었다. 마지막으로 중성염화 용액에서 STS316의 양극 분극곡선은 핏팅 저항성이 $\delta$-페라이트보다 개재물에 의존됨을 보여주었다.

• 전기화학회지
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• 제4권2호
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• pp.41-46
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• 2001

황산과 황산구리 수용액을 전해질로 사용하여 다공성 그물구조 금속을 전기화학적으로 제조하였으며, 이때 균질 전착에 영향을 미치는 첨가제 PEG, MPS의 영향에 대해 살펴보았다. 분극실험과 기공의 평균 직경이 $250{\mu}m$의 그물구조 전극을 여러장 적층하여 throwing power를 정량화 한 결과, PEG의 경우 분극 초기에 전극에서 탈착됨으로써 오히려 throwing power를 감소시키고 MPS는 500ppm까지 용액 중 첨가량의 증가와 함께 throwing power를 향상시키는 결과를 보였다 또한 MPS와 PEG가 동시에 혼합된 용액에서는 MPS의 효과가 우선적으로 나타나며 PEG의 효과는 무시할 정도였다 그러나 MPS의 첨가는 전착층의 균열을 유도하여 기계적 강도에 좋지 못한 영향을 미치며 균열을 피하려면 50ppm 이하가 적정함을 SEM 관찰을 통해 확인할 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.188-188
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• 2016

GZO 박막은 상업적으로 사용되는 ITO를 경제적으로 대체할 수 있는 유망한 투명 전도 물질이며, 인체에 무해하고, 공급이 쉬우며, 화학적으로 안정하다. 특히, CIGS와 같은 광전변환 소자 전극에서는 부식 저항이 매우 중요한데, 습한 환경에서 견뎌낼 수 있다는 장점이 있다. GZO는 3가 갈륨이 2가 아연에 도핑된 n타입의 반도체 물질이다. 그리고 육각형의 황화아연 물질의 전기 전도도는 산소 결핍에 매우 의존한다. GZO의 수소는 산소 결핍 집중에 영향을 끼친다. 따라서 이 연구에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 실험 동안 수소 함유량을 다양화 시키고, 면 저항, 광 투과도, 부식저항의 효과를 조사한다. 수소량이 증가할수록, 면 저항은 향상되어지고, 특정 지점을 넘으면 감소한다. 분극 실험에 의해 측정되어진 부식 저항은 박막의 미세조직과 결정립계의 특성에 더 의존되어진다. 훨씬 더 많은 수소를 함량한 비정질이 부식 저항성에 있어서 유효한 차이를 나타내지 못하는 동안 결정 내에서 많은 수소를 지닌 작은 결정의 결정립계는 낮은 분극저항, 즉 낮은 부식 저항성의 결과를 도출한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 제38회 하계학술대회
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• pp.201-203
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• 2007

본 논문에서는, 연료전지 시스템의 기계적 주변장치 (MBOP)와 전기적 주변장치 (EBOP)의 최적 설계를 위해서 PEMFC 스택을 전기화학반응을 기초로 모델링한다. 모델링을 위해 기본적인 PEMFC의 구조와 동작 원리를 설명한다. 연료전지의 이론적 최고 전압인 평형전위를 깁스 자유에너지와 네른스트 방정식으로 유도한다. 전류밀도에 따른 전압 손실인 활성화, 저항, 농도 분극현상을 표현하기 위해서 수식을 유도한다. 수소가 이온화되지 못하고 산소극으로 넘어가서 발생되는 연료손실 및 내부전류와 지속적인 정역반응인 교환전류도 모델링된다. 평형전압에서 각 분극을 뺀 실제 운전 전압을 시뮬레이션하고, 유량과 압력에 따른 출력 특성을 시뮬레이션 한다. 부하변동 시 출력특성을 시뮬레이터와 실험결과로 비교한다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제17권2호
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• pp.76-83
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• 1999

Fracture toughness({TEX}$J_{IC}${/TEX}) on 304 austenitic stainless steel weldments artificially degraded for long period under SCC environments were evaluated to investigate its reliability and environmental characteristics. Electro-chemical polarization tests were previously carried out to evaluate corrosion susceptiblility of weldment, and stress corrosion cracking was tested under various conditions of 3.5wt.% NaCl solution, the temperature of $25^{\circ}$C and $95^{\circ}$C, and oxygen concentration during 3000hours. From the results obtained, it was found that 304 stainless steel weldment was so susceptible under high temperature and high oxygen concentration of 3.5wt.% NaCl solution, and fracture toughness({TEX}$J_{IC}${/TEX}) was also considerably reduced by material degradation.