제 3 절부식지도 각종금속재료에대한전국적부식속도측정을통한부식지도의작성은 산업적으로매우중요한일이다. 따라서본과제에서는다음과같은조사를 통하여부식지도를작성하고있다. 대표적인결과에대해서아래에기술하 였으며, 자세한내용은부록에그결과를수록하였다. 1 조사대상합금 : 탄소강 (steel), 아연도강 (galvanized steel, 용융도금 및전기도금 ), 구리 (copper), 알루미늄 (aluminium) 및 내후성강 (weathering steel)] 각 1 종 2 부식성지도정확도 / 해상도 : 지역별로 extremely severe, severe, moderate, 으로분류 mild 및 negligible 의 5 등급 THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 3 조사지역 : 안동, 조치원, 아산 2, 서울 2, 광주, 서울근교, 수원, 안 산, 부산, 인천, 울산, 포항 2 등 15 개지역 4 조사방법 : KSD ISO 9223~6 에의거한노출시험 5 조사내용 : 부식속도, 온도및습도실시간측정, 젖음시간실시간 측정, 부착염농도및아황산물질농도측정 - 1 -
1. 시험방법 가. 시편준비 시편의종류는탄소강, 내후성강, 구리, 알루미늄, 아연도강 ( 절단면노출 ), 아연도강 ( 절단후전기도금 ), 탄소강 (Sand), 내후성강 (Sand), 그리고갈바리 움 ( 절단면노출 ) 시편에대하여그림 3-3-1 과같이제작하여옥외폭로시험 을행하였다. 탄소강, 내후성강, 구리, 알루미늄시편은후처리하지않은표 면상태이며아연도강 ( 절단면노출 ), 아연도강 ( 절단후전기도금 ), 탄소강 (Sand), 내후성강 (Sand), 갈바리움 ( 절단면노출 ) 은후처리를한표면상태이 다. 모든시편에대하여알코올초음파세척후, 표면적, 무게측정, 디지털 카메라로외관을촬영하였다. 표 3-3-1 은옥외폭로시험시편의초기상태를나타내었다. THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 그림 3-3-1 옥외폭로시험시편 - 2 -
표 3-3-1 옥외폭로시험시편의초기상태 시편종류기호표면처리 밀도 (g/cm 3 ) 표면적 (cm2 ) 초기무게 (g 탄소강 CS - 7.87 406.14 245.3125 탄소강 (Sand) CS(Sand) Sanding 7.87 406.70 245.2625 내후성강 WS - 7.87 411.34 357.6000 내후성강 (Sand) WS(Sand) Sanding 7.87 410.92 356.8000 아연도강 ( 절단면노출 ) Gal-S 용융아연도금 7.14 402.46 484.3250 아연도강 ( 절단후전기도금 ) Gal-S(P) 전기도금 7.14 405.67 243.3375 갈바리움 ( 절단면노출 ) Gal-V 용융아연도금 7.14 398.51 83.8474 구리 Cu - 8.94 401.69 178.3230 알루미늄 Al - 2.70 417.75 53.0340 나. 옥외폭로시험장치 KS D0060-2005 에의거하여옥외폭로시험장치를제작하였으며, 그림 3-3-2 는안동대학교공학 2 호관옥상에설치된옥외폭로시험장치를보여 주고있다. THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA ) 그림 3-3-2 옥상에설치된옥외폭로시험장치 - 3 -
다. 시편설치 그림 3-3-3 에서보는것과같이, 시편과볼트와의접촉을방지하기위 하여테플론으로볼트를감아준다 (a). 그리고볼트에하부절연스페이서 10mm 를체결한후 (b), 하부절연스페이서위에시편, 상부절연스페이서 2mm, 와셔, 너트순으로체결한다 (c). 그리고옥외폭로시험장치의각도변 경암을이용하여폭로받침대의경사를 45 로한다 (d). 그림 3-3-4 는시편 설치를완료한후사진이다. THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 그림 3-3-3 시편설치방법 - 4 -
라. 부식생성물제거방법 그림 3-3-4 시편설치후사진 부식생성물제거방법은 KS 규격에의거하여실험방법을채택하였다. 관 련규격은 KS D ISO 8407 금속및합금의부식 - 부식시험편에서부식생 성물제거 이며, 예비실험을거쳐서결정한부식생성물제거조건은아래표 3-3-2 와같다. THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 표 3-3-2 부식생성물제거를위한화학적세척조건 명칭재료용액시간온도 화학적세척에따른모재의무게감소량 C.1.2 알루미늄질산 (ρ=1.42g/ml) 1L 3min 20 0g C.1.2 구리 C.3.4 탄소강, 내후성강 C.9.2 아연도강, 갈바리움 100ml 황산 (ρ=1.84g/ml) 에 증류수를첨가하여 1L 200g 구연산암모늄 [(NH 4 ) 2 HC 6 H 5 O 7 ] 에증류수를 첨가하여 1L 100g 염화암모늄 (NH 4 Cl) 에 증류수를첨가하여 1L 2min 20 0g 20min 80 4min 70 탄소강 :1.4g 탄소강 (Snad):2.1g 내후성강 :1.6g 내후성강 (Sand):0.9g 아연도강 :0.1g 갈바리움 :0g - 5 -
부식생성물제거절차는다음과같다. (1) 모든시편에대하여 1L 비커에해당용액을넣고정해진시간동안침지한후흐르는물에서솔로부식생성물을제거한다 ( 시편크기가 1L 비커보다크므로뒤집어서반복실험을행한다. 단, 시편의중간부분은두번침 지되나시험후무게에모재변화량을합해주므로무시한다 ). (2) 1 번과정을거친뒤시편을 1L 비커에증류수를넣고 5 분간초음파 세척을한다 ( 시편크기가 1L 비커보다크므로뒤집어서반복세척한다 ). (3) 2 번과정후, 시편을자연건조또는인공건조시킨뒤무게를측정 한다 ( 무게변화량을정확히알기위하여 0.1mg 단위의저울을사용하며, 부 득이할경우최대 0.1g 단위의저울을사용한다 ). (4) 부식생성물제거시, 모재부가용해될수있으므로동일조건에서의 시험을통하여구한모재의무게감소량을부식시편무게변화량을구할때 THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 제외하여주여야한다. 모재의용해여부와용해량은보관용시편에대해서 실시하여구한다. 표 3-3-2 에제시한모재의무게감소량은안동대학교보 관용시편의경우임을유의하여야한다. ex) 탄소강시편의부식생성물제거전시편무게 : 254.7g ------1 탄소강시편의부식생성물제거후시편무게 : 242.8g -----2 부식생성물제거시험과동일한조건에서탄소강모재 ( 보관용 ) 무게변화량 : 1.4g----------------------------------3 실제무게감량 = 1-2 - 3 = 10.5g - 6 -
2. 시험결과 가. 옥외폭로전, 후및산세후사진 그림 3-3-5 에서그림 3-3-22 까지의사진들을보면폭로후부식생성물 이발생할것을확인할수있다. 그리고앞면이뒷면보다더많이발생하였 다. 특히, 구리, 알루미늄과아연도강, 갈바리움시편의경우보다탄소강과 내후성강의경우부식생성물이많이존재하였다. 화학적인산세후부식생성물이제거된것을확인할수있다. THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA - 7 -
그림 3-3-5 옥외폭로시험전후의탄소강앞면의외관 - 8 -
그림 3-3-6 옥외폭로시험전후의탄소강뒷면의외관 - 9 -
그림 3-3-7 옥외폭로시험전후의탄소강 (Sand) 앞면의외관 - 10 -
그림 3-3-8 옥외폭로시험전후의탄소강 (Sand) 뒷면의외관 - 11 -
그림 3-3-9 옥외폭로시험전후의내후성강앞면의외관 - 12 -
그림 3-3-10 옥외폭로시험전후의내후성강뒷면의외관 - 13 -
그림 3-3-11 옥외폭로시험전후의내후성강 (Sand) 앞면의외관 - 14 -
그림 3-3-12 옥외폭로시험전후의내후성강 (Sand) 뒷면의외관 - 15 -
그림 3-3-13 옥외폭로시험전후의아연도강 ( 절단면노출 ) 앞면의외관 - 16 -
그림 3-3-14 옥외폭로시험전후의아연도강 ( 절단면노출 ) 뒷면의외관 - 17 -
그림 3-3-15 옥외폭로시험전후의아연도강 ( 절단후전기도금 ) 앞면의 외관 - 18 -
그림 3-3-16 옥외폭로시험전후의아연도강 ( 절단후전기도금 ) 뒷면의 외관 - 19 -
그림 3-3-17 옥외폭로시험전후의갈바리움 ( 절단면노출 ) 앞면의외관 - 20 -
그림 3-3-18 옥외폭로시험전후의갈바리움 ( 절단면노출 ) 뒷면의외관 - 21 -
그림 3-3-19 옥외폭로시험전후의구리앞면의외관 - 22 -
그림 3-3-20 옥외폭로시험전후의구리뒷면의외관 - 23 -
그림 3-3-21 옥외폭로시험전후의알루미늄앞면의외관 - 24 -
그림 3-3-22 옥외폭로시험전후의알루미늄뒷면의외관 - 25 -
나. 부식속도산출 였다. 시편의부식생성물제거로인한무게감소를이용하여부식속도를산출하 (1) 옥외폭로 1 개월 Corrosion rate: W: 무게감소량 (mg), D : 밀도 (g/cm 3 ), A: 노출면적 (cm 2 ) T: 노출시간 (h) 표 3-3-3 은시편별옥외폭로 (1 개월 ) 전, 후의시편무게및무게감소량 을나타내었다. 탄소강과내후성강은비슷한무게감소량을나타내었고구 리, 알루미늄, 갈바리움은감소량이아주작았다. 표 3-3-4 는표 3-3-3 의무게감소량을통하여부식속도를산출한것으 THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 로부식속도의경향은탄소강 (Sand) > 탄소강 > 내후성강 (Sand) > 내후성 강 > 아연도강 ( 절단면노출 ) > 알루미늄 > 구리 > 갈바리움 > 아연도강 ( 절단후전기도금 ) 순으로나타났다. Sanding 처리를한시편의경우처리하지않은시편에비해부식속도가높게나타났다. - 26 -
표 3-3-3 시편별무게감소량 시편종류 초기무게 (g) 나중무게 (g) 무게감소 (g) 실제무게감소 (g) 탄소강 245.7000 242.8000 2.9000 1.5000 탄소강 (Sand) 245.3000 241.5000 3.8000 1.7000 내후성강 357.6000 355.7000 1.9000 0.3000 내후성강 (Sand) 256.8000 354.7000 2.1000 1.2000 아연도강 ( 절단면노출 ) 485.4000 485.2000 0.2000 0.1000 아연도강 ( 절단후전기도금 ) 240.6000 240.5000 0.1000 0.0000 갈바리움 ( 절단면노출 ) 83.5568 83.5507 0.0061 0.0061 구리 172.9242 172.9052 0.0190 0.0190 알루미늄 52.9367 52.9255 0.0112 0.0112 표 3-3-4 시편별부식속도 시편종류 무게감소 (mg) 노출면적 (cm 2 ) 밀도 (g/cm 3 ) 부식속도 (mm/y) 탄소강 1500 242.8000 7.87 0.05710 THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 탄소강 (Sand) 1700 241.5000 7.87 0.06462 내후성강 300 355.7000 7.87 0.01127 내후성강 (Sand) 1200 354.7000 7.87 0.04515 아연도강 ( 절단면노출 ) 100 485.2000 7.14 0.00423 아연도강 ( 절단후전기도금 ) 0 240.5000 7.14 0.00000 갈바리움 ( 절단면노출 ) 6.1 83.5507 7.14 0.00026 구리 19 172.9052 8.94 0.00064 알루미늄 11.2 52.9255 2.70 0.00121-27 -
그림 3-3-23 옥외폭로 1 개월후시편별부식속도 ( 안동지역 ) (1) 옥외폭로 3 개월 THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 표 3-3-5 은시편별옥외폭로 (3 개월 ) 전, 후의시편무게및무게감소량 을나타내었다. 탄소강의무게감소량이가장크게나타났으며탄소강 (Sand), 내후성강, 내후성강 (Sand) 는비슷한무게감소량을나타내었고구리, 알루미늄은감소량이아주작았다. 표 3-3-6는표 3-3-5의무게감소량을통하여부식속도를산출한것으로부식속도의경향은탄소강 (Sand) > 내후성강 (Sand) > 내후성강 > 탄소강 (Sand) > 아연도강 ( 절단면노출 ) > 구리 > 알루미늄순으로나타났다. - 28 -
표 3-3-5 시편별무게감소량 시편종류 초기무게 (g) 나중무게 (g) 무게감소 (g) 실제무게감소 (g) 탄소강 246.8000 243.2000 3.6000 2.2000 탄소강 (Sand) 245.3000 242.2000 3.1000 1.0000 내후성강 357.0000 354.3000 2.7000 1.1000 내후성강 (Sand) 356.0000 353.7000 2.3000 1.4000 아연도강 ( 절단면노출 ) 485.8000 485.6000 0.2000 0.1000 아연도강 ( 절단후전기도금 ) 244.8000 갈바리움 ( 절단면노출 ) 83.5311 구리 178.3404 178.3103 0.0301 0.0301 알루미늄 52.9680 52.9665 0.0015 0.0015 표 3-3-6 시편별부식속도 시편종류 무게감소 (mg) 노출면적 (cm 2 ) 밀도 (g/cm 3 ) 부식속도 (mm/y) 탄소강 2200 242.8000 7.87 0.02791 THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 탄소강 (Sand) 1000 241.5000 7.87 0.01267 내후성강 1100 355.7000 7.87 0.01378 내후성강 (Sand) 1400 354.7000 7.87 0.01756 아연도강 ( 절단면노출 ) 100 485.2000 7.14 0.00141 아연도강 ( 절단후전기도금 ) 240.5000 7.14 0.00000 갈바리움 ( 절단면노출 ) 83.5507 7.14 0.00000 구리 30.1 172.9052 8.94 0.00034 알루미늄 1.5 52.9255 2.70 0.00005-29 -
그림 3-3-24 옥외폭로 3 개월후시편별부식속도 ( 안동지역 ) (3) 시편별옥외폭로기간에따른무게변화 THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 그림 3-3-25 옥외노출시간에따른탄소강의부식속도 ( 안동지역 ) - 30 -
그림 3-3-26 옥외노출시간에따른탄소강 (Sand) 의부식속도 ( 안동지역 ) THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 그림 3-3-27 옥외노출시간에따른내후성강의부식속도 ( 안동지역 ) - 31 -
그림 3-3-28 옥외노출시간에따른내후성강 (Sand) 의부식속도 ( 안동지역 ) THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 그림 3-3-29 옥외노출시간에따른아연도강 ( 절단면노출 ) 의 부식속도 ( 안동지역 ) - 32 -
그림 3-3-30 옥외노출시간에따른아연도강 ( 절단후전기도금 ) 의 부식속도 ( 안동지역 ) THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 그림 3-3-31 옥외노출시간에따른갈바리움의부식속도 ( 안동지역 ) - 33 -
그림 3-3-32 옥외노출시간에따른구리의부식속도 ( 안동지역 ) THE CORROSION SCIENCE SOCIETY OF KOREA 그림 3-3-33 옥외노출시간에따른알루미늄의부식속도 ( 안동지역 ) - 34 -