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Ce기반 화성피막의 형성에 의한 AZ91D 합금의 내식성 개선

전문가 제언: ○ 화성처리(conversion coating)란 금속을 특정한 처리액에 침지시킬 때 발생하는 전기화학적 반응을 이용하여 불용성 피막을 형성시키는 표면처리법이다. 이는 저비용의 부식방지와 도장밀착성 증진에 유효하므로 아연도금강판, Al, Zn, Mg 등의 합금에 적용되고 있다. Mg합금에 적용되는 화성처리액에는 크롬산계, 인산염계, 주석산계가 있으나 크롬산계는 이용이 규제되고 있고, 인산염과 주석산에 의한 화성피막은 수명이 짧아 처리 후에 도장이나 양극산화가 필요하다.

○ 내식효과가 우수한 크롬산 용액을 대체하는 Mg합금용 화성처리 용액으로 희토류 원소인 Ce를 이용하는 처리액이 적극적으로 연구되어 왔다. Mg합금에 적용하여 양호한 내식효과를 얻고 있는 처리액으로는 CeCl3, Ce(NO3)3, Ce2(SO4)3, CePO4를 함유하는 용액들이 있다. 특히 AZ91D 합금을 Ce(NO3)3/구연산 혼합용액으로 처리한 후에 Na3PO4용액으로 처리하여 형성한 화성피막은 크롬산 용액인 DOW No.1에 의한 크로메이팅 피막보다 내식성이 우수하다고 보고되고 있다.

○ 본 연구에서는 AZ91D 합금을 Ce(NO3)3/H2O2(30wt%)용액에서 전기화학적 음극반응으로 처리하여 CeO2와 Ce2O3가 공존하는 산화물 피막을 얻고 있다. H2O2는 강력한 산화제로서 부동태 피막의 석출을 촉진시킨다. 피막의 균일성과 부식저항은 인가한 전류밀도에 크게 의존하여 0.2 A/dm2에서 미처리 시편보다 부식저항이 1~2차수 낮은 가장 견실한 피막이 형성된다. 전류밀도가 더 높아지면 피막에 균열이 발생하여 부식저항이 저하한다는 점과 전기화학처리가 화학처리보다 부식저항의 향상에 효과가 있다는 점은 유념할만한 결과이다.

○ 국내에서는 대학과 연구기관에서 크롬계를 대체하여 과망간산칼륨, 인산염 등을 이용하는 화성처리 연구가 표면공학회지에 발표한 사례가 있으나 희토류를 이용하는 화성처리에 관해서는 연구사례가 없다. 화성피막의 내식성은 처리용액의 조성에 달려 있으며 Mg합금에 대해서는 Ce를 이용하는 화성처리의 유용성이 확인되고 있는 만큼 희토류금속을 활용하는 화성처리의 실용화기술 개발이 기대되고 있다.

저자: Jie Sun, Gang Wang
자료유형: 니즈학술정보