수정 산처리와 수소취성
^Acid Pickling and Hydrogen Emblittlement
^ 웹에서 번역한 자료입니다
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H+ 이온이 음극상에 흡착된 수소 (H) 로의 환원 (H+ + e- → H)
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흡착된 수소(H)가 분자상의 수소 (H2) 로의 결합 (H + H → H2)
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H+ 이온이 음극상에 흡착된 수소 (H) 와 결합하는 동시에 환원 (H + H+ + e- → H2)
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산에 금속이 용해될 때 수소가스 발생 M + 2H+ → M2 + H2
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수소원자 (H) 에 기인하며 다른 원자들에 비해 원자 반경이 1 Å 이하로 무척 작다.
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대기압 하에서는 수소원자는 한곳에 오래 머물지 못하고, 1 m sec 이하의 매우 짧은 시간내에 움직이며 금속과의 친화력이 높아 쉽게 금속쪽 으로 이동해 간다.
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이동된 수소원자는 강내부에 용해되어 존재 하거나, Grain Boundary, Crystal Imperfections, Microscopic Voids 등에 침투하여 존재한다.
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이러한 상태에서 외부적으로 응력을 받게되면 취약한 부분에 존재하고 있는 수소량의 압력이 커지게 된다. 따라서 Crack 의 근원이 되어 Micro-Crack을 유발하고, 더욱더 Crack 이 전파되어 결국엔 재료의 파괴가 발생한다.
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Cleaning (Degrasing Step) : 탈지 (부식성의 약품을 사용)
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Acidic Pickling Step : 산처리
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Electrolytic Degreasing Step : 전해탈지
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Electrolytic Plating Step : 전기도금
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Stripping Step : 박리
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Stamping & Forming 후 : 수분 및 습기의 영향
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Welding 시 : 건조상태가 아닌 Welding Load 로 부터 혼입
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100 kg/mm2 미만 : 특별히 수소취성 방지대책을 고려할 필요가 없음
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100-200 kg/mm2 : 수소취성의 기회를 적게하고, 응력분포를 균일화하며, 이상한 응력집중을 피함.
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120-150 kg/mm2 : 수소취성의 기회를 계획적으로 제한하고, 베이킹처리를 행함, 특별한 작업관리하에 조립작업을 행함.
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150-200 kg/mm2 : 산처리에 따른 산화물 제거를 피하고, 표면사양은 기계적 방법에 따른다. 수소흡착이 적은 도금욕을 사용하여 도금한다. 사용전 LOT 별로 품질확인, 조립후 방식처리를 실시함.
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200 kg/mm2 이상 : 전기도금시 수용액을 사용하지 않는 도금법을 추천
- 수소 가스는 녹이나 스케일의 제거 촉진제 역할도 하지만 산화물을 금속으로 환원시키는 역할도 한다.
- 질산은 수소취성 유발이 거이 없으나, 황산이나 염산은 수소취성을 유발시킨다. 황산은 농도보다는 온도를 높이는 것이 효과적이며, 염산은 온도보다는 농도를 높이는 것이 효과적이다. 염산은 휘발성이 있으므로 보통 10 % 정도의 농도에 20~30 ℃ 상온에서 처리한다.
- 염산의 경우 농도를 높이면 소지의 부식이 생기기 쉽다. 황산은 휘발성이 없으므로 50~60 ℃의 높은 온도에서 효과적이나 너무 농도가 높으면 산화성의 산이기 때문에 산화제로 작용하여 스케일 제거 능력이 오히려 약화 된다.
- 부식억제제는 산부식 방지 및 수소취성 방지 효과가 있다. 티오요소는 옛부터 산부식 방지제로 알여져 있지만, 수소취성의 억제 효과가 없고 오히려 높히는 경향이 있다. 산욕중에 As, Se, Te, S, P 등이 존재하면 수소과전압이 높게 되어 강의 수소흡장량이 증가된다.
- 인히비터 사용상 주의점으로 수소취성의 억제효과가 큰 Inhibitor 를 사용할 때는 다음과 같은 경우에 억제효과가 없게 된다. Rack 나 Barrel 등의 전극이 아연도금된 상태에서 산처리를 할 경우 연과 철 사이에 전지를 형성하고, 철에 전자가 공급되어 진다. 그 결과 인히비터가 흡착되지 않고, 철 표면에 수소이온의 방전이 촉진되고 수소원자가 강 내부로 침투되기 때문에 인히비터의 효과가 없게 된다.
- 인히비터가 강표면에 흡착되어 도금의 밀착불량이 일어나는 경우도 있으므로 주의를 요한다. 따라서 산세시에 수소취성을 억제하고 동시에 다음 수세공정에서 용이하게 제거되는 인히비터를 사용해야 한다.
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산세 공정을 생략 하든가 가능하면 묽은 산에서 단시간 처리한다.
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인히비터를 사용한다.
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가급적 소재가 녹슬지 않도록 관리한다.
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박리한 물품은 일단 베이킹 처리를 하든가, 가온한 알칼리 용액중에 탈 수소처리를 하고 나서 재도금한다.
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고탄소강의 경우 산처리 대신 Shot Blast로 처리함.
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베이킹 처리로 수소를 제거한다.
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소재별 베이킹 온도를 달리한다.
합금강 : 275 ℃ 1~4 시간
알루미늄 : 198 ℃ 1~4 시간
탄소강 : 400 ℃ 1~4 시간