본 내용은 ‘일본 JFE제철’에서 Aircorr 센서를
이용하여 수행한 논문을 한국판매점에서 한글로 번역하여 제공하는 정보입니다
.
1
개론
금속강판의 내식성을 평가하기 위해서는 실제환경에서의 야외노출테스트와 실험실의
부식가속테스트가 일반적으로 사용되고 있습니다. 이 테스트 기간 중에 발생되는 환경영향에 따라 부식속도의
변화를 측정하기 위하여 전기저항기술을 이용한 부식센서가 사용되었습니다. 두 종류의 부식센서, Fe 센서 (250
µ
m
두께)와 Zn 센서 (50
µ
m
두께)가
사용되었습니다. 가속부식테스트 (ISO16539 Method B)에서
부식센서에 의해 측정된 부식 깊이는 금속시편으로 측정된 부식 깊이와 좋은 상관관계를 나타내었습니다. 따라서
부식속도의 변화를 추정하는 것은 이와 같이 부식센서장치로 평가할 수 있게 되었습니다. 금번 테스트를
통하여 환경조건이 습식이면 부식속도는 증가하고 건조조건에서는 부식속도가 감소하는 것을 확인했습니다. 일본
오키나와와 가와사키의 야외노출테스트에서 일년 내내 변화하는 환경영향에 따라 부식속도의 변화를 부식센서를 이용하여 평가하였습니다. Fe 센서는 오키나와에서의 부식속도가 가와사키에서 측정한 값보다 컸습니다. 반면 Zn 센서는 두 지역에서의 부식속도가 거의 유사하게 나타났습니다. 부식센서를
이용하여 철(Fe)과 아연(Zn) 금속의 부식거동 차이를
명확히 할 수 있었습니다. 또한 금속의 부식속도와 환경요인 (온도, 상대 습도, 공기 중의 소금이온 농도 등)과의 관계를 분석 하였습니다.
2
실험
2.1
전기
저항센서
소형(100 x 65 x 37mm)이며 가볍고(180g), 방수기능이 있어 실험실에서의 건/습식 반복테스트뿐만 아니라 실제 환경에서의 야외노출테스트 측정에 적합합니다. 또한 수명이 긴 리튬이온 배터리를 사용하고 있습니다. 센서장치의 센서부위는 측정센서선로와 참조센서선로로 구성 되어 있습 니다. 측정센서선로는 외부에 노출되어 측정된 전기저항의 변화로부터 부식 깊이를 계산합니다. 반면 참조센서선로는 부식방지를 위해 코팅처리와 함께 검은색 고무로 덮여있으며, 측정센서선로에 의해 계산된 부식 깊이를 보정해줍니다. 왜 냐하면 온도변화에 따라 전기저항이 달라지기 때문입 니다. 이 센서의 부식 깊이 (CD)는 아래 방정식에 따라 계산됩니다.
tinit
는 참조선로의 초기
두께로서 센서선로의 초기두께와 동일하다고 가정합니다. Rsens,
Rref는 센서 및 참조선로의 현재저항이며, Rsens,init, Rref,init는 센서
및 참조선로의 초기저항 입니다. 계산은 전류가 흐르는 금속선로에서의 전위차로 측정된 전기저항을 기반으로
합니다.
이 연구에서는 250
µ
m
의 Fe 센서와 50
µ
m
의 Zn 센서가 사용되었습니다. 부식 깊이 측정 간격은 10 분입니다. 이 센서장치의 정확도를 평가하기 위해 150 x 70 x 0.8 mm의 냉연강판(CRS)시편과 아연도금강판(GI100, 코팅중량: 100g · m-2)시편이 동시에 사용
되었
습니다. 이 시편의 가장자리와 뒷면은 마스킹테이프
처
리하였습니
다. CRS 및 GI100 시편은 부식 생성물을 제거하고 각 시험 전후의 질량변화를 측정하여 부식 손실을 평가했습니다.
2.2
부식가속테
스트
부식가속테스트는 ISO 16539 Method B가 적용되었습니다. 테스트 절차와 조건은 그림2에 나와 있습니다. 염수분무에 사용된 소금의 양은 1000 mg / m2이며,
건식에서 습식조건으로의 전환은 1시간
입니다.
2.
3
야외
노출
테
스트
야외노출테스트는 일본 오키나와와 가와사키에서 수행되었습니다. 그림3과 같이 가와
사키의
노출시험장은 해안까지의
거리가 약 600m, 오키나와는 약 100m 떨어진 거리에
위치해있습
니다. 동시에 온도와 상대습도는
해당
상용센서로 측정하였고, 공기중의 해염은 ISO 9225에 따른 건식거즈 법으로 측정 하였습니다.
3.
3. 결과
3.1
부식가속테
스트
Fe 센서의 부 식속도는 Zn 센서보다 약 50 배 더 컸습니다. 금속시편에 의한 부식 깊이도 그림4에 함께 나타나있습니다. Fe와 Zn 센서의 부식 깊이는 각 금속시편의 부식 깊이와 좋은 상관관계를 보였습니다. 한편 Fe 센서는 32 일째부터 측정이 불가능했습니다. 센서선로가 부식으로 인하여 끊어졌기 때문입니다. 그림5는 그림4를 확 대한 그래프입니다 . Fe 센서는 건식조건에서 부식이 멈추고 습식조건에서는 부식이 다시 진행되는 것을 관찰했습니다. 반면에 Zn 센서는 건식에서 멈추고 습식에서 진행되는 현상이 관찰되지 않았습니다. 이 결과는 Fe와 Zn의 부식 거동이나 부식 민감도의 차이를 반영한 것으로 판단됩니다. 덧붙여, Fe와 Zn 센서는 부식가속테 스트에서 건식과 습식조건의 천이과정에서 부적합한 부식 깊이가 측정되는 것을 확인했습니다. 이 결과는 고온변화의 경우 참조선로에 의한 온도보정이 만족스럽지 않음을 나타냅 니다. 따라서 이러한 온도보정은 부식측정 기술에서 해결해야 할 문제라고 생각됩니다.
3.2
야외
노출
테
스트
야외
노출테스트와 병행하여 노출시험장에서 전기저항센서와
금속시편간의 상관관계에 대한 검증작업이 이루어졌습니다. 그림6은
오키나와 야외노출시험장에서 진행한 Fe 및 Zn 센서와 금속시편의
부식결과를 보여줍니다. 실험실 부식가속테스트에서와 같이 야외노출테스트에서도
Fe
와 Zn 센서의 부식 깊이는 각 금속시편의 부식 깊이와 좋은 상관관계를 보였습니다.
따라서 야외노출테스트에서 부식속도의 변화를 추정하는 것은 부식센서로 평가할 수 있게 되었습니다.
그림7은 일본 오키나와와 가와사키의
노출시험장에서
Fe
및 Zn 센서의
부식결과를 보여줍니다. Fe와 Zn의 부식 깊이 변화는 전기저항센서를
통해 1 년 동안 자세히 측정되었습니다. Fe 센서수치는
오키나와의 연평균 부식속도가 가와사키의 두 배였습니다. 반면에 Zn 센서는
오키나와의 연평균 부식속도가 가와사키와 동일했습니다.
그림8은 야외노출테스트에서 Fe 및 Zn센서의 월 평균 부식속도를 보여줍니다. Fe센서의 경우 4월부터 7월까지 오키나와의 부식속도는 가와사키의 부식속도와 유사했습니다. 반면 8월부터 11월까지는 오키나와의 부식속도가 가와사키의 부식속도보다 컸습니다. 그림9는 두 지역에서의 환경요인인 월 평균기온, 상대습도 및 공기중의 해염에 대한 측정결과를 보여줍니다. 두 지역에서의 환경측정결과 오키나와의 기온과 해염이 가와사키보다 높았던 시기에 오키나와의 부식속도가 컸지만, 특히 해염 증가인 것으로 추정됩니다.
해염과 금속의 부식속도와의 상관관계는 그림10에 나타납니다. 그림과 같이 해풍이 강할 때 Fe센서의 부식속도가 증가하였습니다. 이것은 해풍으로 인해 많은 해염이 센서와 접해지기 때문으로 판단됩니다. 이와 같이 매월 부식속도와 해염의 변화되는 경향을 보면 해염이 부식속도에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.
그림11과 12는
두 지역에서의 환경요인과 철 및 아연 부식속도와의 상관관계를 나타내는 그래프입니다. 온도와 상대습도, 공기 중의 해염은 Fe의 부식속도와 양의 상관관계가 있는 것으로
판단됩니다. 반면 상기 환경요인과 Zn 부식속도와의 상관관계는
금번 야외노출시험에서 확인되지 않았습니다. Fe센서와 비교하여 Zn센서는
두 지역에서의 부식속도 차이가 작았습니다. 이 결과는 Zn의
부식 감도는 Fe의 부식 감도보다 작다고 판단됩니다. 따라서
부식가속테스트 ISO 16539 Method B와 마찬가지로 야외노출시험을 통하여 Fe와 Zn의 부식거동과 부식민감도의 차이가 확인되었습니다.
4. 결과
1)
전기저항센서를 이용하면 대기환경에서 부식속도를 실시간으로 측정할 수 있습니다.
2)
전기저항센서를 이용하여 철(Fe)과 아연(Zn) 금속의 부식거동과 부식민감도의 차이를 측정했습니다.
3)
전기저항센서를 이용한 실시간 부식측정으로 부식속도와 환경요인(온도, 상대습도, 해염)과의
관계를 분석 할 수 있습니다.