금속
산업 제조
많은 금속은 공기와 물에 노출되면 부식되기 쉽습니다. 부식은 금속 응력과 부품 고장을 유발할 수 있으므로 야금학자들은 부식을 방지할 방법을 찾습니다. 그러한 방법 중 하나는 얇은 화학층을 밀봉재로 사용하는 잘 알려지지 않은 표면 부식 방지 방법인 금속 패시베이션입니다. 패시베이션은 자연적으로 발생하거나 제조 공정에서 촉진될 수 있습니다.
금속 부식은 활성 금속 합금 분자가 환경에서 반응하여 전기 화학적으로 더 안정해질 때 발생합니다. 산화물, 수산화물 및 황화물은 부식의 주요 화합물입니다. 단순한 노출은 물과 공기에서 철이 부식되는 것과 같은 반응으로 이어질 수 있습니다. 배터리의 니켈과 카드뮴 사이의 갈바닉 부식과 같이 전기화학 공정도 반응을 일으킬 수 있습니다.
부식에 저항하는 금속이 있습니다. 금, 은, 백금과 같은 귀금속은 많은 조건에서 화학적으로 안정합니다. 귀금속은 부식에 영향을 받지 않지만 프로세스는 천천히 또는 덜 일반적인 분자로 진행됩니다. 예를 들어, 은의 두꺼운 검은색 변색은 일반적으로 산소와 물보다는 황화수소에 의해 발생합니다. 야금학자는 갈바닉 스케일 또는 양극 지수를 사용하여 금속의 활성 전위를 확인합니다. 상단에 가까울수록 본질적으로 부식되기 쉽습니다.
"활성" 금속 또는 저울의 바닥에 더 가까운 금속은 화학적으로 덜 안정적이므로 환경의 다른 요소와 더 쉽게 반응합니다. 이를 방지하기 위해 부식을 줄이기 위해 능동 또는 수동 프로세스가 사용됩니다. 이러한 공정은 일반적으로 금속을 최상층으로 "밀봉"하여 공기와 물이 금속 아래에 도달하는 것을 방지합니다. 레이어는 인공으로 만들 수 있습니다. 페인트, 분체 코팅 및 오일은 모두 일반적인 실런트입니다. 하지만 긁히면 부식이 스며듭니다.
금속을 밀봉하는 데 사용되는 또 다른 옵션은 화학 반응으로 가공된 재료 대신 화학 반응이 사용됩니다. 한 가지 화학 공정은 부동태화입니다.
일반적으로 스테인리스강과 관련된 패시베이션은 금속이 주변 환경에 대해 "수동적"이 되도록 부식으로부터 금속을 보호하는 처리 방법입니다. 패시베이션은 아마도 직관적이지 않게 부식이 표면에서 발생하도록 조장하여 새로운 비반응성 화학 물질의 얇은 층을 생성합니다. 이 최상층은 금속에 단단히 결합된 상태를 유지하여 요소가 금속의 후속 층을 부식시키는 것을 차단하는 자연적인 밀봉을 만듭니다. 금속은 모든 표면이 단단히 결합된 부식층으로 덮여 있을 때 부동태화됩니다. 이 레이어는 시간이 지남에 따라 자연스럽게(수동적으로) 구축될 수 있지만 제조업체에서 적극적으로 유도할 수도 있습니다.
패시베이션은 전기화학적 실험을 하는 과학자들에 의해 발견되었지만 일반 사용을 위한 프로세스의 유용성을 즉시 인식하지 못했습니다. 1790년에 화학자 James Keir는 강한 질산 용액이 철을 부식시키지 않는다는 것을 관찰했습니다. 그는 같은 용액이 물로 희석되었을 때 철이 즉시 부식되어 짙은 갈색의 물이 끓는 용액을 만든다는 점에 주목했습니다. 1836년까지 스위스 화학자 크리스티안 프리드리히 쇤바인(Christian Friedrich Schönbein)은 실험을 더욱 구체화했습니다. 그는 Keir가 언급했듯이 약한 질산에 담근 철 조각이 용해되어 수소를 생성한다는 것을 보여주었습니다. 그러나 철을 먼저 강산에 담그면 묽은 산을 견딜 수 있습니다. 물의 부식성 요소는 적어도 잠시 동안은 억제되는 것처럼 보였습니다.
그 이유를 처음으로 설명한 사람은 영국의 전기화학자인 마이클 패러데이(Michael Faraday)였습니다. 그는 강산에 의해 생성된 산화피막이 수동적 상태를 유발할 수 있다고 Schönbein에게 가정했습니다. 화학자와 야금학자들은 화학적 "표피"에 대한 아이디어를 탐구하면서 패시베이션을 제조하거나 강화하는 기술과 유기적으로 패시브 씰을 생성하는 합금을 모색했습니다.
금속은 주변 환경에 노출되기 때문에 페인트나 분체도장으로 막히지 않고 그대로 두면 자연적으로 부식되어 피부나 실층을 형성합니다. 대부분의 수동 필름은 금속과 산소의 조합인 산화물로 만들어지므로 수동 산화물 층이라고 합니다.
수동 산화물 층의 가장 큰 이점 중 하나는 자연적으로 발생했을 때 금속 표면이 긁히거나 손상된 경우 다음 분자 층이 환경 요소와 결합하기 때문에 자연적으로 "치유"된다는 것입니다.
수동 산화물 층의 효과는 관련된 요소의 유형에 따라 다릅니다. 모든 산화물 층이 보호되는 것은 아닙니다. 산화물이 산소가 통과할 만큼 충분히 다공성이면 밀봉이 형성되지 않고 아래의 금속이 계속 부식됩니다. 예를 들어, 산화마그네슘은 부식을 멈추지 않는 표면 다공성이 높은 층을 형성합니다. 산소 분자는 여전히 흐르고 밑에 있는 마그네슘과 반응합니다.
마찬가지로 주변 환경의 요소도 중요합니다. 예를 들어 스테인리스 스틸은 염분이나 철 침전물로 인해 문제가 발생할 수 있습니다. 표면의 전반적인 화학적 성질이 더 이상 자연적으로 부동태화되지 않으면 녹이 발생합니다.
일부 합금의 경우 자연 부동태화에 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다. 다른 사람들의 경우 금속 입자의 변화 또는 표면 침전물의 존재와 함께 불균일하게 발전할 수 있습니다. 야금학자들은 즉시 사용 가능한 제품을 만들기 위해 프로세스의 속도를 높이고 표준화하기 위해 능동 부동태화 방법을 만들었습니다.
Gun "bluing"은 화학 제조 수단을 통한 강제 부동태화의 초기 예였습니다. 철의 산화물 중 하나는 흑색 산화물(Fe3O4)인 자철광이며 이 산화물은 녹(Fe3O3)처럼 박편이 되지 않습니다. 열과 부식성 용액을 사용하여 이러한 흑색 산화물을 생성하기 위해 여러 화학 공정을 사용할 수 있습니다. 그러나 블루잉은 부식을 방지하지만 손상된 층은 정상적인 조건에서 "치유"되지 않습니다. 따라서 Blueing은 유지 관리가 필요한 제조된 실런트입니다.
오늘날 일반적인 능동 패시베이션 처리에는 여러 단계가 있습니다.
스테인리스 스틸은 자연적인 부동태화를 통해 내식성을 갖는 단단한 금속입니다. 1913년에 발명된 이후로 많은 산업 분야에서 금속에 의존하게 되었습니다. 그러나 녹이 슬지 않는다는 보장은 없습니다.
스테인리스 스틸은 다른 강철과 마찬가지로 주로 철과 탄소로 만들어집니다. 합금에 대한 혁신적인 추가는 크롬입니다. 공기에 노출된 크롬은 철을 밀봉하고 보호하는 수동 산화물 층을 빠르게 형성합니다. 다양한 등급의 스테인리스 스틸에는 다양한 지지 금속이 포함되어 있습니다. 몰리브덴, 실리콘 및 기타 구성 요소는 모두 다양한 응용 분야에 대해 수동적 지지를 제공합니다. 일부 등급은 열 관리에 탁월하고 다른 등급은 염분으로 인한 부식 저항에 탁월합니다. 합금의 화학적 혼합은 다양한 조건에서 작동 방식을 변경합니다. 철 침전물, 열, 다른 금속과의 접촉, 염 및 산은 모두 산화물 층에 문제를 일으킬 수 있습니다.
알루미늄은 자연적으로 부동태화되는 또 다른 금속입니다. 알루미늄 산화물은 공기에 노출될 때 대부분의(전부는 아니지만) 알루미늄 합금에 형성되어 표면을 자체 보호합니다. 산화알루미늄은 염분, 전기화학적 스트레스 또는 갇힌 습기에 의해 문제가 될 수 있습니다. 스테인리스 스틸과 알루미늄을 모두 사용하여 자연적으로 발생할 수 있는 것보다 더 두꺼운 두께 또는 균일한 수동층 생성을 지원하기 위해 제조 공정이 사용됩니다.
스테인리스 스틸과 알루미늄은 모두 자기 부동태화 재료이지만 부식에 영향을 받지 않습니다. 제조 또는 열처리에 의해 생성된 곡물의 불규칙성은 약점을 유발할 수 있습니다. 오일 또는 기타 화학 물질의 표면 침전물도 부동태 피막을 방해할 수 있습니다. 스테인리스 스틸 및 알루미늄 등급의 품질을 보장하기 위해 이제 표준 패시베이션 프로세스 및 테스트가 있습니다.
ASTM 사양 A380 및 A967은 질산, 시트르산 또는 전기 수단을 사용하는 스테인리스 스틸 부동태화에 대한 표준 및 품질 테스트 절차를 설정합니다.
크롬은 때때로 다른 재료를 부동태화하는 데 사용되지만 종종 합금에 내장되기보다는 적용을 통해 사용됩니다. 크롬 변환이라는 공정은 알루미늄 및 아연 및 니켈과 같은 기타 금속에 사용됩니다. 이 기술에서 크롬 젤은 금속 표면에 칠해집니다. 화학 물질은 금속 표면에 결합하여 높은 내식성을 나타내는 부동태층을 생성합니다. 크롬 변환 패시베이션에 대한 스크래치는 자가 치유 과정을 거칩니다. 스크래치 주변의 크롬은 보호막을 결합하고 재생성하기 위해 이동합니다. 그러나 스크래치는 주변 크롬에서 가능하도록 크기가 충분히 작아야 합니다.
강철의 패시베이션은 산욕을 사용하여 산화물 층을 남기는 과정입니다. 산세척은 또 다른 산욕 처리이지만 반대의 목적을 가지고 있습니다. 산세척은 금속 표면에서 산화물을 제거하기 위해 산을 사용합니다.
산화물이 금속 표면을 코팅하면 해당 항목을 가공하기가 더 어려워집니다. 산화물은 도구 비트에 더 큰 응력을 가하고 페인트나 분말 코팅으로 표면을 밀봉하려는 시도를 방해할 수 있습니다. 산세척은 수동층으로 작용하는 모든 산화물을 포함하여 모든 산화물을 제거합니다. 강철과 철은 보통 절인다.
금속 부품을 생산할 때 부품을 산세척하고 가공한 다음 부동태화할 수 있습니다.
전해연마는 금속 마무리 단계로 버를 제거하고 매끄럽게 만들어 반짝이는 깨끗한 표면을 남깁니다. 구리와 같이 부동태화를 권장하지 않는 금속을 포함하여 많은 금속에 사용할 수 있습니다. 부동태화 금속에서 매끄러운 표면은 깨지지 않고 탄력 있는 수동 레이어를 생성할 수 있습니다.
전해연마할 대상물에 양전하를 가하고 전해질 수조에 담근다. 주변의 음극은 물체의 표면 분자를 끌어당겨 물체의 최상층을 깎아냅니다. 들쭉날쭉한 돌출부가 가장 먼저 당겨집니다. 거시적 수준과 미시적 수준 모두에서 전해 연마된 금속은 불규칙성이나 틈이 거의 없습니다.
스테인리스 스틸을 전해 연마할 때 철이 우선적으로 제거되어 표면에 더 많은 크롬이 남습니다. 철이 함유되지 않은 매끄럽고 중단 없는 표면은 자연스럽게 스테인리스 스틸의 견고한 보호막을 형성합니다.
패시베이션이 항상 이상적인 솔루션은 아닙니다. 잠재적인 문제는 다양한 변수에 걸쳐 있습니다. 특정 유형의 금속은 부식될 때 금속 조각이 조각나기 때문에 부동태화할 수 없습니다. 금속이 구조적으로 부동태화될 수 있는 경우 산성 수조 공정 중에 문제가 계속 발생할 수 있습니다. 반면에 완벽하게 부동태화된 금속이라도 특정 산업에서는 사용할 수 없습니다. 화학은 전기화학 응용 분야에서 문제를 일으킬 수 있습니다.
금속 산화물은 구성 금속 분자보다 더 큰 결정 구조를 가질 수 있습니다. 예를 들어, 녹으로 더 잘 알려진 적색 부식 부산물인 산화철(III)은 이를 생성하는 원소 철보다 구조가 더 크므로 표면적이 더 큽니다. 이 더 큰 표면적은 산화물이 아래 금속 표면에서 들어 올려져 버블링과 박편을 유발합니다. 금속에서 산화물이 분리되면 다음 층이 공기와 습기에 노출되고 주기가 계속되어 표면을 먹어치웁니다.
산화물, 수산화물 또는 황화물이 발생하는 금속보다 표면적이 더 큰 상황에서는 보호 층이 형성되지 않습니다.
때때로 제조업체는 부동태화 항목 배치에서 하나 이상의 제품이 검은색으로 변하고 강한 질산 수조에서도 에칭을 시작한다는 것을 알게 됩니다. 이 활성 상태를 "플래시 공격"이라고 합니다. 때때로 일부 항목은 공격하지만 다른 항목은 같은 바구니에 남겨둘 수 있기 때문에 상당히 혼란스러울 수 있습니다.
플래시 공격의 이유는 수동 필름을 만드는 데 관련된 화학 물질의 일관성과 관련이 있습니다. 질산 수조를 장기간 사용하면 염분이나 물이 축적되었을 수 있습니다. 부품 자체가 문제인 경우가 많습니다. 기계 부품에 절삭유가 남아 있거나 가공 중 열처리 또는 열처리로 인해 부품의 분자 구조가 고르지 않게 변경되었을 수 있습니다. 합금 자체에 내포물이나 불일치가 있을 수도 있습니다.
패시베이션이 금속 부품의 적절한 기능에 문제를 일으킬 수 있는 경우가 있습니다.
전기화학적 처리는 종종 용액을 통해 전류를 흐르게 하기 위해 금속 캐소드와 애노드를 필요로 합니다. 이러한 시스템은 음극 외부에 달라붙는 산화물의 형성을 조장할 수 있습니다. 음극이 산화물로 오염되면 시스템의 효율성이 떨어집니다.
이러한 시스템에서는 패시베이션이 문제입니다. 극성을 전환하면 문제가 해결되는 경우가 있습니다. 반대의 전기 펄스는 산화물이 음극에서 떨어지도록 합니다. 산화물 슬러지 또는 슬래그는 떨어져 나갈 수 있으며 공정의 전기화학적 활동을 방해하지 않습니다.
많은 금속이 환경과 반응하여 산화물, 수산화물 또는 황화물을 생성합니다. 이러한 부식 생성물은 유사한 방식으로 발생하지만 다른 속성을 가지고 있습니다.
은이 공기 중의 황화물과 결합하여 천천히 발생하는 은 변색은 수동 층으로 작용합니다. 그것은 금속의 표면을 무디게 하고 종종 연마됩니다. 이에 비해 구리의 녹색 녹청 또는 녹청은 종종 녹색 색상의 깊이와 범위에 대한 미적 상입니다. Verdigris는 산성비 또는 이산화탄소에 구리가 반응하여 생성되는 탄산염, 황화물, 황산염 및 염화물의 혼합물입니다. 가장 일반적인 산화철인 녹은 주황색 또는 벽돌색 안료를 생성합니다. 녹청과 달리 표면이 부글부글 끓으면서 아래의 강철이 녹슬지 않도록 조심스럽게 관리해야 합니다.
패시베이션 층은 금속 물체를 밀봉하고 추가 산화로부터 보호합니다. 스테인리스강과 같은 크롬 기반 부동태 층의 경우 이 필름은 금속의 표면 모양이나 기능을 변경하지 않을 정도로 종종 얇습니다. 얇은 패시베이션은 종종 용접, 기계가공 또는 전기화학 시스템과 같은 매우 특정한 설정에서만 금속을 변경합니다. 자가 부동태화 금속이 제공하는 가장 큰 이점은 "자가 치유" 능력입니다. 부식 방지를 극대화하려면 오일, 분말 코팅 또는 페인트와 같은 도포된 밀봉제와 자체 부동태화 금속을 결합하세요.
금속
Pitting Corrosion vs. Crevice Corrosion:차이점 식별 부식(환경과의 화학적 상호작용에 의한 엔지니어링 재료의 열화)은 매우 비용이 많이 드는 문제입니다. 튜빙 시스템의 확인되지 않은 부식으로 인한 손상은 해양 및 연안 응용 분야에서 매년 수십억 달러의 비용이 드는 수익 손실의 주요 원인입니다. 기업이 더 늦기 전에 부식 위험을 줄이기 위해 무엇을 찾고 사전 조치를 취해야 하는지 알고 있는 한 부식을 예방할 수 있습니다. 전 세계에서 사용되는 거의 모든 금속은 특정 상황에서 부식됩니다. 석유 및 가
맞춤형 금속 가공업체는 다양한 유형의 금속을 사용하는 다양한 응용 분야에서 여러 유형의 산업과 협력합니다. 강도, 전도성, 유연성 및 내식성은 모두 선호되는 특성입니다. 가공, 절단 및 용접의 다양한 제조 절차를 통해 이러한 일반적인 맞춤형 금속을 다양한 제품에 사용할 수 있습니다. 이 기사에서는 금속 가공에 사용되는 3가지 유형의 금속을 강조합니다. 탄소강 제작 탄소강은 금속 가공업자에게 가장 많이 사용되는 재료이며 산업용으로 우세한 금속입니다. 탄소강은 가장 다양한 옵션을 가지고 있으며 건축에서 기계에 이르기까지 어디에