아연 도금(갈바나이징) 완전 해설: 아연 코팅이 금속 부품 수명을 연장하는 원리

갈바나이징(아연 도금)은 강철 또는 철 표면에 아연 코팅을 추가하는 공정입니다. 아연이 희생 코팅 역할을 하여 아래의 강철이나 철을 보호하므로, 금속 부품의 수명을 연장할 수 있습니다.

하지만 갈바나이징은 여러 방식으로 수행될 수 있는 복잡한 공정입니다. 용융 아연 도금과 열확산 아연 도금 등 다양한 갈바나이징 형태가 존재하며, 각 변형은 고유한 장단점을 가집니다. 따라서 시제품 제작이나 제조 프로젝트에 적용하기 전에 갈바나이징의 다양한 형태를 이해하는 것이 도움이 됩니다.

아연 도금 금속은 생각보다 흔합니다. 건물 골조, 금속 벤치, 발코니, 사다리, 비상구 계단 같은 구조물이 모두 아연 도금 금속으로 제작되어 더 긴 수명과 적절한 내식성 및 손상 보호를 보장받을 수 있습니다. 자동차 부품과 전기 기기에서도 다른 예들을 찾아볼 수 있습니다.

게다가 아연 도금 강철과 아연 도금 철은 판금 제작부터 CNC 가공까지 다양한 제조 공정과 함께 사용될 수 있어, 제조 세계에서 필수 공정으로 자리잡았습니다.

이 글은 갈바나이징의 기초를 다루며, 갈바나이징이란 무엇인지, 어떤 금속을 갈바나이징할 수 있는지, 용도는 무엇인지, 갈바나이징 유형에는 어떤 것들이 있는지, 갈바나이징이 어떻게 금속 부품을 개선하는지 같은 질문에 답합니다.

갈바나이징이란 무엇인가?

갈바나이징(또는 아연 도금)은 철강이나 철 같은 금속의 외부 표면에 아연 층을 추가하는 공정입니다. 이의 목적은 하부 금속에 보호 코팅을 추가해 부식이나 녹 발생 가능성을 줄이는 것입니다.

갈바나이징 공정은 정확한 기술에 따라 달라집니다. 하지만 공정에서 가장 중요한 부분은 일반적으로 강철이나 철을 아연으로 둘러싸는 것이며, 아연은 액체나 분진 상태일 수 있습니다. 아연이 도입되면 둘러싸인 금속의 철이 아연과 반응해 단단히 결합된 합금 코팅을 형성합니다.

엔드투엔드 갈바나이징 공정은 세 단계로 나눌 수 있습니다:

1. 강철 또는 철 표면 준비
2. 실제 갈바나이징
3. 갈바나이징 후 표면 처리

갈바나이징은 비교적 간단한 코팅 공정으로, 일반적으로 약 80µm 두께의 꽤 두꺼운 표면 코팅을 생성합니다. 이는 전기 도금으로 생성되는 코팅보다 약 3배 두껍습니다.

갈바나이징 소재

갈바나이징 가능한 주요 기재 소재는 강철과 철입니다. 그러나 기타 철계 금속도 갈바나이징 가능합니다.

갈바나이징의 코팅 소재는 항상 아연입니다. 하지만 갈바나이징과 유사한 공정으로 주석 도금(tinning)이 있는데, 이는 아연을 주석으로 대체합니다. 주석 도금은 식품 보관 같은 단순 용도에는 적합하지만 갈바나이징보다 덜 신뢰할 수 있습니다: 코팅이 손상되면 주석이 하부의 철을 갉아먹기 때문입니다.

갈바나이징 유형

가장 대중적인 두 가지 갈바나이징 형태는 용융 아연 도금과 전기 아연 도금입니다. 이 두 방법과 기타 방법은 아래에서 논의합니다. 어떤 갈바나이징 유형을 선택할지 결정하려면 전문가의 도움이 필요할 수 있습니다.

용융 아연 도금(Hot-dip Galvanizing)

용융 아연 도금 중 금속은 약 450°C의 뜨거운 아연 욕조에 담급니다. 꺼내면 코팅된 표면이 산소와 반응해 산화아연을 형성하고, 이어 이산화탄소와 반응해 탄산아연을 형성합니다. 갈바나이징 전 금속은 가성 용액으로 세척한 후 산성 용액으로 피클링해야 하며, 갈바나이징 전 금속의 조기 산화를 방지하기 위해 염화아연암모늄을 도포할 수도 있습니다.

전기 아연 도금(Electrogalvanizing)

전기 아연 도금은 갈바나이징과 전기도금을 결합합니다: 아연 양극과 강철 도체가 있는 아연 욕조에 전류를 흐르게 합니다. 이 공정은 용융 아연 도금보다 얇은 코팅을 생성하며, 심미적 용도에 적합한 더 밝은 표면 마감을 만듭니다.

셔라다이징(Sherardizing)

이 갈바나이징 형태는 여러 이름으로 불립니다: 셔라다이징, 열확산 아연 도금, 증기 아연 도금, 건식 아연 도금. 최대 500°C까지 강철 부품을 가열하며, 아연 분진이 들어있는 밀폐된 회전 드럼 안에서 진행됩니다. 증발한 아연이 강철 부품 표면으로 확산되어 단단히 결합된 코팅을 형성합니다. 소형 부품과 내부 구간 코팅이 필요한 부품에 이상적입니다.

갈바닐링(Galvannealing)

갈바닐링은 용융 아연 도금과 어닐링의 결합입니다. 용융 아연 도금 공정이 정상적으로 진행된 후, 코팅된 금속을 에어 나이프로 통과시켜 과잉 아연을 제거합니다. 금속을 500~565°C의 어닐링로에서 매우 짧게 가열하면 철과 아연 층이 서로 확산되어 아연-철 합금 층을 형성합니다.

갈바나이징의 장점

갈바나이징의 목적은 강철이나 철 부품 위에 보호용 아연 코팅을 만드는 것입니다. 하지만 이것이 왜 유용하며 주요 갈바나이징 장점은 무엇일까요?

• 부식성 물질 차단: 아연 도금 금속의 아연 코팅이 부식성 물질의 약한 기재 금속 도달을 차단합니다. 이는 특히 까다로운 응용 분야에서 기재 수명을 연장할 수 있습니다.
• 녹 방지: 갈바나이징은 녹 발생을 크게 지연시킵니다.
• 희생 양극 생성: 아연 코팅이 부식성 물질에 의해 소모되어, 완전히 소모될 때까지 하부 금속을 보호합니다. 코팅을 관통하는 스크래치가 생겨도 아연이 철보다 먼저 소모됩니다.
• 오래 지속: 갈바나이징으로 생성된 아연 코팅은 강하고 오래 지속되며, 하부 금속에 수십 년간 보호 기능을 제공하는 경우가 많습니다.
• 경제적: 갈바나이징은 꽤 간단하고 저렴한 절차로, 최소한의 비용으로 상당한 이점을 제공합니다.
• 두꺼운 코팅 형성: 모든 용도에 적합하지는 않지만, 갈바나이징은 전기 도금보다 두꺼운 코팅을 생성합니다.

갈바나이징 응용 분야

강철과 철의 부식을 방지하는 능력 덕분에 갈바나이징은 여러 산업에서 널리 사용됩니다.

가장 일반적인 응용 분야는 건설용 아연 도금 강철입니다: 매년 수십만 톤의 아연 도금 건설용 강철이 생산되어 건물 골조, 가로 시설물, 비상구 계단, 사다리, 발코니 같은 구조물 제작에 사용됩니다.

아연 도금 강철은 자동차 산업에서도 흔히 사용되며, 자동차의 "화이트 바디(body in white)" 즉 골격 기초를 포함한 녹 방지 부품으로 제작됩니다. 범퍼, 빔, 프레임, 섀시도 아연 도금 강철로 만들 수 있습니다.

녹 방지는 통신 분야에서 바람직한 특징입니다. 전화선과 전기 박스가 매일 외부 환경에 노출되기 때문입니다. 갈바나이징은 이러한 품목의 수명을 늘리는 데 기여합니다.

아연 도금 금속으로 제조하기

아연 도금 소재는 아연 도금 판금으로 널리 구할 수 있으며, 벤딩과 스탬핑 같은 판금 제작 공정이나 아연 도금 금속 바, 튜브, 로드 형태로 CNC 가공 같은 공정에 적합합니다.

아연 도금 소재는 아연 코팅이 하부 강철보다 부드러워 일반적으로 가공하기 쉽습니다.

아연 도금 금속은 용접도 가능하지만, 아연이 위험한 흄을 발생시킬 수 있으므로 적절한 환기가 필수적입니다. 갈바닐링 처리되지 않은 아연 코팅 강철이나 철에는 페인트 도장이 특히 효과적이지 않습니다.