부동태 피막 뜻 - budongtae pimag tteus

1. 부동태(Passivation)이란?

부동태(Passivation)란? 스테인레스 소재에 산화피막을 만드는 화학적 처리방법이다. 스테인레스는 Cr, Mn성분으로 인해 자연적으로 약한 산화피막을 가지고 있습니다. 자연 생성된 피막은 습기, 염분 등으로부터 쉽게 손상됩니다. 따라서 부동태(Passivation) 공정을 통해 두꺼운 산화피막을 만들어 줍니다. 화학처리를 통해 기존 산화피막을 제거 후 강한 산화막을 형성시킵니다. 항공/우주 부품에서부터 모터 임펠라까지 스테인리스를 사용한다면 어디든 사용됩니다.

2. 부동태 공정과정

일반적인 표면처리 공정과 같습니다. 부동태 처리 방법으로는 질산처리와 구연산처리가 있습니다. 내부식성의 성능은 질산이 우수하나 질산가스와 약품 폐기가 힘들기 때문에 구연산처리를 권장합니다. 하지만 아직까진 질산만큼 효과가 좋지 않습니다.

부동태 공정은 원재료가 아닌 가공이 완료된 제품에 진행합니다. 제품이 입고되면 정확한 소재의 명칭과  표면에 녹 발생과 그로 인해 손상이 간부분이 없는지 확인해야 합니다. 투명 피막이기 때문에 흔적이 그대로 나타나기 때문입니다.

전처리는 일반 도금 과정과 동일합니다. 유기용매, 무기 용매로 탈지를 진행하면 됩니다. QQ35C에서 소재를 검색하여 작업방법을 결정합니다. 소재에 따라 약품 농도와 온도가 다르기 때문입니다. 혹시 SUS xxx에서 찾을 수 없다면 조성으로 찾아보길 바란다. 6xx계열의 경우 Sxxxxxx 이런 식으로 나오는 경우가 많아 조성을 찾아 구글에서 검색해보길 바랍니다.

혹시 모르겠다면 너트, 볼트, 와샤 같이 대량의 경우라면 약품에 넣어보길 바랍니다. 넣어서 부식이 일어나면  약품을 바꿔야 합니다. 대부분 검색하면 나오지만 대부분이 sus304처리 방법으로 작업이 가능합니다.

용액에 넣어놓고 주기적으로 제품 교반을 통해 균일하게 약품이 닿도록 한다. 아무 반응이 없어야 정상입니다.  작업 후 약품이 남지 않도록 충분히 세척을 진행합니다. 잔여 약품이 건조를 하면서 부식을 일으킬 수 있습니다. 또한 포장작업을 하면서 위험할 수 있습니다.

크로메이트 처리를 하는 이유는 내식성을 높이는 것도 있지만 세척이 제대로 됐는지 확인의 용도가 있다고 본다. 주황색 약품이기 때문에 세척이 덜 된 것을 막을 수 있기 때문이다.

3. 검사 및 규정

검사는 외관검사와 물 침지 시험법(MIL-STD-753의 방법 100)을 주로 사용하며 염수분무 시험을 진행할 수 있습니다. 물 침지의 경우 제품을 순수한 물에 1시간 침적 후 제품을 꺼내 표면에 녹 및 변색 유무로 판별 방법으로 간편하게 검사가 가능하다. 사실 실험이 효과가 있는지는 모르겠다. 스테인리스가 물에 넣다 뺀다고 녹이 생기진 않느다. 아마 옛날에 소재가 워낙 문제여서 그런 방법이 생긴 것이 아닌가로 보인다.

4. 규정

MIL Sheet는 미 국방성 규격으로 대부분의 KS규격도 동일합니다. 다만 KS규격은 조금 차이가 있습니다. 또한 원하는 금속명을 찾을 수 없을 경우 조성으로 찾기를 바랍니다.

Passivating_Pickling_EN.pdf

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왼쪽이 부동태 처리를 안한 피팅, 오른쪽은 부동태 처리를 한 피팅 

(별 차이는 없으며 오른쪽이 좀 더 깨끗해 보인다. 육안으로 구분하기는 어렵다고 봐야한다.)

개요

특수한 환경에서 금속 표면에 화학반응성이 매우 느려지게하여 부식성 향상을 목적으로 하는 표면 처리 과정이다. 부동태 처리는 기계가공 후에 수행하며 부동태 처리 전후로 치수변화는 없다. 대기중에서 표면에 녹이 발생하는 철금속도 부동태 처리를 하지만 아래와 같이 자체적으로 산화피막이 생겨 산화가 방지되는 알루미늄이나 스테인리스강도 부동태 처리를 한다. 

알루미늄 부동태

순수 알루미늄은 표면에 산소와 접촉하여 산화 알루미늄 층을 자연적으로 만들게 되고 대부분의 환경에서 부식저항성을 가지게 된다. 그러나 알루미늄 합금의 경우는 이 부식 저항성이 떨어지게 된다. 이러한 합금을 부동태 처리하는 과정은 앨클래딩 (alclading), 크로메이트 피막 코팅 (chromate conversion coating)과 아노다이징 (anodizing) 이 있다. 이중 많이 사용되는 아노다이징은 두꺼운 산화층을 형성하며 다른 공정에 비해 강건한 코팅을 형성하고 절연 (electronic insulation) 을 하는 것이 가능하다.

스테인리스강 부동태

스테인리스강은 자연적으로 부식저항성을 가진다. 언뜻 생각하면 부동태 처리가 필요없다고 생각할 수 있으나 완전히 부식이 안되는 것은 아니다. 작은 결함이 생기면 부식이 시작되기고 한다. ASTM A 967과 AMS 2700 같은 부동태 처리에 관한 산업 표준이 많이 사용되고 있다. 방법 1은 구연산, 방법2는 질산에 담그는 공정이다. 타입에 따라 첨가제가 들어가기도 한다. 이러한 산업 표준에는 여러 특정 환경에 대한 처리 방법 들이 있다. 항공우주분야에서 사용되는 방법은 이러한 표준보다 엄격한 규정들이 많다. 

영문 자료 : 

Passivating_Pickling_EN.pdf

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118-1-3 철근콘크리트 부동태피막

   철근표면에 부동태피막이라는 얇은 산화피막 형성되어 철근 부식으로부터 보호가 됨

2. 부동태피막 생성 환경
   1) 철근 제조시 철근표면은 고온에서 형성된 Fe3O4(산화물)로 이루어지며 철근에 콘크리트가 타설이 되면 콘크리트 경화 중 고온에서 형성된 산화물이 철염을 만들고 철염은 모르타르 속으로 확산해서 침전되고  첨근표면에 부동태피막 형성
   2) 보통 큰크리트에는 석회석이 66%이상 함유되어 있어 콘크리트의 pH는 12.5이상의 강알칼리를 띠고 있어 이 상태에서는 철은 부동태피막 갖게됨

      ※ 아직까지 피막층의 형성과 성정에 대해서는 자세히 알려져 있지 않고 분극측정 등을 통해서 간접적으로 그 존재여부 알수 있음
         그러나 CI- 침투, 중성화 등의 이유로 미소전지나 거대전지가 형성됨

< 미소전지 형성으로 인한 철근의 국부적 부식 >

      - 부식은 물질과 이를 열화시키는 환경조건 사이에서 발생되는 화학적 또는 전기화학적 반응으로 주로 금속물질이 대상이 됨

      중성화, 염해, 물리화학적 작용 → 부동태피막 파괴 → 철근의 전기화학적 반응 → 철근부식

   3) 부식발생 원인
     a. 중성화 : pH = 8.5 ～ 9.5
     b. 염해 : 염화이온(cl-)의한 부동태피막 파괴

     c. 전류에 의한 침식 : 직류 전기흐를 때 철근에서 콘크리트로 전류가 흘러 부식
     d. 물리적화학적 작용의한 크랙 발생

   4) 부식발생 요건 4요소
     a. 양극
     b. 음극
     c. 전해질
     d. 전기적 회로
   5) 부식특성
     a. 철근은 원래 부피의 2배～4배 정도에 해당하는 녹 형성
     b. 철근표면에 곰보나 구멍 만들어 단면적 감소시키고, 강도 감소
   6) 부식의 종류
     a. 건식과 습식

        - 건식 : 연소로 내부금속이 산소 포함 고온가스 중 산소와 직접반응 산화 200°C 이상 가열상태
        - 습식 : 습기 작용에 의한 부식현상으로 상온의 공기 중에서 철 등이 녹스는 것을 대기부식이라 하며, 일반적으로 부식이라면 습식을 일컬음
   b. 전면부식과 국부부식
      - 전면부식 : 금속표면이 일정하게 녹으로 변해가며, 금속두께가 어디든지 같은 속도로 소모되어 가는 경우 그러나 환경이 그런 상황은 잘 없음
                 고온산소, 철, 산 중에서의 많은 금속이 해당

      - 국부부식 : 구멍 혹은 홈 모양의 부식 요철에서 凹부 발생. pitting, 합금선택 부식, 임계부식, 부식균열이 포함
 7) 금속재료에서의 부식 특성
   a. 콘크리트에서의 철근

      - 콘크리트열화 : 동결융해 작용, 중성화, 염화물 작용, 황산염(토양, 지하수 존재)의 ettring화가 대표적

 8) 공사 품질영향
   a. 부착강도 저하 : 부식율이 약 2% 이상이면 부착강도 저하
   b. 체적팽창에 의한 균열발생
   c. 내구성 저하
   d. 균열의한 누수
   e. 녹물발생으로 외관 오염
9) 철근의 부식정도 평가방법
   a. 직접법
      - 육안 : 정성적 5단계 등급
      - 부식면적율 계산법 : 부식발생 면적/철근전체면적 × 100(%)
      - 중량감소율 계산법 :가장 정확한 평가, 부식된 중량감소율 이용평가
10) 철근 부식 허용치
   a. 한국도로공사
      - 부식도 2% ～4%(중량비) 이하 일 경우 부착응력 증가
   b. ACI 규준
      - 부착 나쁠 영향미칠 정도의 녹은 정상적 작업(거친)으로 제거가능성

      - 녹 발생 철근 경우 쇠브러쉬로 녹을 제거한 철근 시편이 중량손실 6% 이하인 경우 사용 가능
   c. ks 규격 : 이형봉강 마디 D10 경우 0.4～0.8mm 마디높이 무게허용치 –6% ～ 6%
   d. 한국건설기술연구원
      - ACI규준과 ks규격을 종합해서 판단
      - 녹 심한 경우 쇠브러쉬로 녹을 제거한 철근 시편이 KSD 3504 허용치 만족
4. 관리방안(방지대책 : 재료, 배합, 시공, 양생 전과정에서 철저)
   1) 양질재료 선택
   2) 염화물 이온량 허용치 이하 사용
   3) 밀실한 콘크리트 타설
   4) 보양관리 철저
   5) 대기 중 염분함량 많은 경우 피복두께 증가
   6) 에ㅐ폭시코팅 철근 사용