아연도금(갈바니징) 이해: 내식성을 위한 이점과 응용

아연도금은 금속을 부식으로부터 보호하는 가장 널리 사용되는 방법 중 하나입니다. 금속 표면에 얇은 아연 코팅을 입혀 주변 환경으로부터 격리시킵니다. 간단히 말해, 금속에 아연도금을 하면 내식성을 부여합니다. 보호용 아연 코팅이 없으면 금속은 계속해서 외부 환경에 노출되어 더 빠르게 산화되고 부식될 수 있습니다. 아연도금 강철은 오스테나이트계 스테인리스강이나 알루미늄 같은 소재를 사용하는 것에 비해 부식 방지를 위한 비용 효율적인 대안입니다.

또한 아연도금 강철과 아연도금 철은 판금 가공부터 CNC 가공까지 다양한 제조 공정에 사용될 수 있어 제조 업계에서 지배적인 공정입니다.

이 글에서는 아연도금의 기초를 검토하며, 아연도금이 무엇인지, 어떻게 금속 부품을 개선하는지에 대한 질문에 답합니다.

아연도금이란?

아연도금(Galvanization)은 금속(즉, 강철 또는 철)의 외부 표면에 아연 층을 추가하는 공정입니다. 이 목적은 기저 금속에 보호 코팅을 추가하여 부식이나 녹 발생 가능성을 줄이는 것입니다.

아연도금 공정은 특정 기술에 따라 달라집니다. 그러나 공정에서 가장 중요한 부분은 일반적으로 강철이나 철을 아연으로 둘러싸는 것이며, 아연은 액체 또는 분말 상태일 수 있습니다. 아연이 도입되면 주변 금속의 철이 아연과 반응하여 단단히 결합된 합금 코팅을 형성합니다.

아연도금 유형

가장 대중적인 두 가지 아연도금 형태는 용융 아연도금(Hot-dip Galvanizing)과 전기 아연도금(Electro-galvanizing)입니다. 이 두 방법과 기타 방법은 아래에서 논의합니다.

1. 용융 아연도금

용융 아연도금 과정에서 금속은 약 450°C의 뜨거운 아연 욕조에 담금질됩니다. 꺼낼 때 코팅된 표면이 산소와 반응하여 산화아연을 형성하고, 이는 다시 이산화탄소와 반응하여 탄산아연을 형성합니다. 아연도금 전에 금속은 가성 용액으로 세척한 후 산성 용액에서 산세해야 하며, 아연도금 전 금속의 조기 산화를 방지하기 위해 염화아연암모늄을 사용할 수도 있습니다.

2. 전기 아연도금

전기아연도금은 아연도금과 전기도금을 결합합니다: 아연 양극과 강철 도체를 가진 아연 욕조를 통해 전류를 흐르게 합니다. 이 공정은 용융 아연도금보다 더 얇은 코팅을 생성하며, 화장용 용도에 적합한 더 밝은 표면 마감을 생성합니다.

3. 셰라다이징(Sherardizing)

이 형태의 아연도금은 열확산 아연도금, 증기 아연도금, 건식 아연도금 등 여러 이름으로 알려져 있습니다. 아연 분말을 담은 밀폐된 회전 드럼에서 강철 부품을 500°C로 가열하는 과정을 포함합니다. 증발한 아연이 강철 표면으로 확산되어 단단히 결합된 코팅을 형성합니다. 작은 부품과 내부에 코팅이 필요한 부품에 이상적입니다.

4. 갈바니징(Galvannealing)

갈바니징은 용융 아연도금과 어닐링의 결합입니다. 용융 아연도금 공정이 정상적으로 진행된 후, 코팅된 금속을 에어 나이프를 통과시켜 과도한 아연을 제거합니다. 그런 다음 금속을 500~565°C의 어닐링로에서 잠시 가열하여 철과 아연 층이 상호 확산되어 아연-철 합금 층을 형성합니다.

아연도금 영향 요인

실제 생산 공정에서 아연도금의 속도와 품질에 영향을 미치는 일반적인 요인은 다음과 같습니다.

• 전처리가 철저하지 않음: 작업물 표면에 산화막이 있어 아연의 정상적인 퇴적을 방해합니다.
• 전기 전도성 불량: 전선이 전류를 끌어당겨 작업물 표면에 분배되는 전류가 너무 적습니다.
• 작업물 탄소 함량이 높음: 고탄소강, 주철 등은 수소 침전 전위를 낮추고 작업물 표면에서 수소 발생을 가속화하여 전류 효율을 떨어뜨립니다.
• 작업물이 너무 조밀하게 묶임: 아연도금 시 작업물 일부가 차폐되어 코팅이 너무 얇아집니다.
• 도금액 온도가 낮음: 도금액 온도가 낮으면 공급되는 전류 밀도도 그에 따라 감소하며 코팅 퇴적 속도도 낮아져야 합니다.
• 도금액 내 수산화나트륨 함량이 높음: 수산화나트륨 함량이 높으면 전류 효율이 그에 따라 감소합니다.
• 도금액 내 첨가제 함량이 낮음: 낮은 첨가제 함량은 분산 능력에 영향을 미쳐 코팅이 국부적으로 너무 얇아집니다.
• 도금 부품 예상 면적 부족: 도금 시 분배되는 전류 밀도가 너무 작게 나타납니다.
• 작업물 걸이 방식 부적절: 작업물과 아연 양극 사이의 거리가 너무 멀어 위치를 조정해야 합니다.
• 작업물이 심하게 부식됨: 수소 발생 전위가 낮아지면 작업물 표면에서 수소 발생 가속으로 전류 효율이 감소하여 아연 퇴적 속도에 영향을 줍니다. 적량의 부식 억제제를 산세액에 첨가하고, 국부 산화피막이 너무 두꺼우면 기계적 방법으로 먼저 제거하고 산세 과정에서 더 많은 검사를 해야 합니다.
• 양극 부동태화: 유효 면적이 감소하여 전류의 정상적인 분배에 영향을 줍니다.
• 수산화나트륨 함량이 낮음: 수산화나트륨 함량이 낮으면 전류 밀도가 증가하지 않고 양극이 부동태화됩니다.

아연도금의 장점

녹 방지:

표면에 보호 코팅을 형성하여 부식성 물질이 기저 강철이나 철과 반응하는 것을 방지합니다. 아연 층이 손상되어도 아연이 철보다 먼저 부식되며, 남은 아연이 대기와 조밀한 녹청을 형성하여 빗물에 녹지 않아 노출된 강철이나 철을 보호합니다.

내구성:

아연도금으로 형성된 아연 코팅은 강하고 오래 지속되며, 기저 금속에 수십 년간 보호를 제공하는 경우가 많습니다.

경제적/저비용:

아연도금은 대부분의 처리 강철에 비해 비교적 단순하고 저렴한 표면 처리 공정입니다. 또한 아연도금 강철은 추가 표면 준비, 검사, 도장/코팅 등이 필요 없이 납품 가능하며 유지보수가 필요 없어 추가 비용을 절약합니다.

두꺼운 코팅 형성:

모든 용도에 적합하지는 않지만, 아연도금은 전기도금 등보다 더 두꺼운 코팅을 생성합니다.