필리폼 부식 예방: 코팅 하부 보호를 위한 전문가 전략

필리폼 부식은 얇은 코팅 아래에서 필라멘트처럼 무작위로 분포된 실 형태의 부식이 발생하는 특정한 형태의 부식입니다. 필리폼 부식은 피막 하 부식, 필라멘트 부식, 웜 트랙 부식으로도 알려져 있습니다. 이 글에서는 필리폼 부식의 원인, 일반적인 발생 위치, 발생 메커니즘, 탐지 방법, 예방 방법을 살펴봅니다.

필리폼 부식이란 무엇인가?

필리폼 부식은 일반적으로 0.05~0.1mm(2~4밀) 두께의 얇은 유기 피막으로 코팅된 금속 표면에서 따뜻하고 습한 대기 공기에 노출될 때 발생합니다. 필리폼 부식은 항상 흠집과 수염, 절단 가장자리, 구멍과 같은 약한 지점과 같은 코팅 결함에서 시작됩니다. (무료 코팅 실패 및 결함 가이드 참조.)

그림 1. 필리폼 부식의 필라멘트 특성(왼쪽). 코팅 아래 형성되는 필리폼 부식 터널(오른쪽).
출처: NASA 부식 공학 연구실

필리폼 부식 발생 메커니즘

여러 면에서 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg)의 필리폼 부식은 강철의 부식과 유사합니다. 필리폼 부식은 코팅된 기판의 결함 부위에서 차이 통기 전지의 형성에 의해 구동됩니다.

필리폼 전지는 산소와 응축된 수증기를 코팅의 균열을 통해 받는 활성 헤드와 테일로 구성됩니다. 헤드가 매우 산성인 경우 알루미늄에서 알루미나 겔과 기포로 채워질 수 있습니다. 마그네슘에서는 마그네슘 식각으로 인해 헤드가 검은색으로 보이지만 헤드를 부수면 부식 유체는 투명합니다. 알루미늄과 마그네슘의 필리폼 테일은 백색을 띱니다. 부식 생성물은 각각 알루미늄과 마그네슘의 수산화물과 산화물입니다. 양극 반응은 Al³⁺ 또는 Mg²⁺ 이온을 생성하며, 이는 주로 테일에서 발생하는 산소 환원 반응에서 생성된 수산화 이온과 반응하여 불용성 침전물을 형성합니다.

개시 및 활성화 메커니즘은 알루미늄과 마그네슘에서 코팅된 강철과 본질적으로 동일합니다. 산성화된 헤드는 이동하는 전해질 풀인 반면, 테일은 알루미늄 이온이 수송되고 수산화 이온과의 점진적 반응이 일어나는 영역입니다. 최종 부식 생성물은 다공성 테일에서 부분적으로 수화되고 완전히 팽창합니다. 테일의 헤드와 중간 섹션은 수계 매질에서 부식되는 알루미늄의 다양한 초기 반응 이온과 중간 생성물에 해당하는 위치입니다. (자세한 내용은 알루미늄 부식: 알아야 할 5가지 놀라운 사실 참조.)

강철과 달리 알루미늄과 마그네슘은 산성 매질에서 블리스터(수포) 형성 경향이 더 크며, 헤드 영역의 음극 반응에서 수소 가스가 발생합니다. 테일의 부식 생성물은 알루미늄 삼수산화물 Al(OH)₃(백색 젤라틴 침전물) 또는 마그네슘 수산화물 Mg(OH)₂(백색 침전물)입니다.

필리폼 부식에 영향을 미치는 요인

필리폼 부식 개시에 영향을 미치는 다양한 요인은 다음과 같습니다:

코팅의 성질

필리폼 부식은 아크릴 래커, 에폭시-폴리아미드, 에폭시-아민, 폴리우레탄 등 모든 유형의 페인트에서 발생하며, 액체 페인트나 정전 분체 도장 등 고전적인 도장 방식에 관계없이 발생합니다. 전기공 테이프와 같은 밀봉 코팅에서는 발생하지 않습니다.

표면 처리

이것은 중요한 요인입니다. 필리폼 부식은 표면 처리를 받지 않았거나, 불량한 처리를 받았거나, 도장 전에 표면이 오염된 금속에서 발생합니다.

합금의 성질

합금의 성질은 필수적인 요인이 아닙니다. 필리폼 부식은 모든 알루미늄 합금에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. Alusuisse, Hydro Aluminium, Pechiney 세 유럽 기업이 공동으로 수행한 최근 연구에 따르면 건설 산업에서 가장 일반적으로 사용되는 6060과 6063 합금의 경우 합금 조성은 구리 농도가 0.1%를 초과하지 않는 한 영향을 미치지 않습니다.

필리폼 부식이 발생할 가능성이 가장 높은 위치

일반적으로 필리폼 부식은 염분이 떨어지거나 심하게 오염된 산업 지역인 따뜻한 해안 및 열대 지역에서 심각합니다. 더 거친 표면도 필리폼 부식의 심각도가 더 높습니다. 필리폼 부식은 일반적으로 습도 75%~90%, 온도 범위 20°C~40°C(68°F~104°F)에서 알루미늄 합금에 발생하며, 상대 습도(RH) 85%에서 성장이 가속화됩니다. 대기의 상대 습도는 필리폼 부식을 개시하는 단일 가장 중요한 요소입니다. (관련 자료: 대기 부식의 5가지 요인.)

필리폼 부식을 지배하는 다른 주요 매개변수는 합금 조성, 잉곳 및 빌릿 스캘핑, 열처리, 금속 표면층 상태, 온도, 연마, 피클링, 예비 표면 처리입니다. 유기 코팅 두께와 온도는 필리폼 부식 개시에 부차적인 역할을 하지만, 상대 습도가 임계 범위 내에 머무는 경우 온도를 높이면 필라멘트 성장이 증가합니다.

필리폼 부식 탐지 방법

필리폼 부식은 현미경을 사용하지 않고 시각적으로 인식할 수 있습니다. 얇은 주석, 금, 은, 인산염, 에나멜, 래커 코팅이 된 코팅 강철, 알루미늄, 마그네슘에서 관찰되었습니다.

미국에서 필리폼 부식 저항성을 식별하는 표준 시험은 ASTM D 2803, "유기 코팅 금속의 필리폼 부식 저항성 시험 가이드"입니다. 이 시험에 따라 코팅된 금속 시편은 베어 메탈까지 스크라이빙하고 최대 24시간 동안 염무 분위기에 노출시킨 후 증류수로 헹구고 25°C(77°F)와 85% RH의 밀폐 캐비닛에 습윤 상태로 배치합니다. 노출 시간은 일반적으로 100~1000시간 범위입니다. 시험 결과는 코팅 소재가 필리폼 부식을 발생시키는지 여부를 보여줍니다.

필리폼 부식의 영향을 가장 많이 받는 산업

항공기 구조 부품은 볼트와 리벳으로 고정됩니다. 이러한 패스너와 기타 날카로운 피부 가장자리는 필리폼 부식의 일반적인 개시점입니다. 따뜻한 해양 환경에서 운영되는 항공기, 특히 폴리우레탄 및 기타 코팅으로 코팅된 2024 및 7000 시리즈 알루미늄 합금에서 상당한 부식 손상이 지속된다는 보고가 있습니다.

습도는 부식을 전파하는 데 가장 중요한 변수입니다. 이는 염 이온을 용해시키는 데 필요하기 때문입니다.

부식은 일반적으로 기판과 코팅 층에 불완전한 부분이 있는 곳에서 시작됩니다. 불완전한 부분은 기판과 코팅 사이의 접착 결합을 약화시키는 흠집이나 돌 조각에 의해 도입될 수 있습니다.

부식은 이 위치에서 시작되어 부식 결함의 헤드를 형성합니다. 부식은 일반적으로 코팅 표면 아래에서 지렁이 궤적처럼 보이는 뚜렷한 실 같은 필라멘트로 나타납니다.

손상은 알루미늄에 광범위하지 않지만 트랙이 길고 흰색인 경우 미관상 불쾌합니다.

이 유형의 필리폼 부식은 휠, 자동차 차체, 항공기와 같은 모든 유형의 알루미늄 제품을 손상시킬 수 있습니다. 손상을 수리하려면 샌딩하고 새로운 코팅 층을 적용해야 합니다. 필리폼 부식을 예방하려면 적절한 표면 전처리가 필요합니다.

금속의 염화물 농도가 높을 때 필리폼 부식이 더 심각했습니다. 주로 항공기가 바다 위를 자주 비행하거나 해안 비행장 격납고에 기반을 둘 때입니다.

알루미늄은 캔과 기타 포장 유형에 널리 사용됩니다. 알루미늄 호일은 종이 또는 판지에 라미네이팅되어 수분 또는 증기 장벽을 형성하는 경우가 많습니다. 알루미늄 호일이 필리폼 부식에 의해 손상되면 증기 장벽이 깨져 제품이 오염되거나 건조될 수 있습니다. 호일 라미네이트 판지의 열화는 생산 중 또는 이후 습한 환경에서의 보관 중에 발생할 수 있습니다.

자동차 산업에서 단조된 독특한 경합금 휠(투톤 표면(광택 섹션) 및/또는 광택 표면)은 필리폼 부식에 대한 경향이 증가합니다.

필리폼 부식 예방 방법

일반적으로 필리폼 부식은 상대 습도를 60% 미만으로 낮춤으로써 예방할 수 있습니다. 불행히도 항공기와 자동차와 같은 이동 물체에서 습도를 직접 낮추는 것은 실용적이지 않습니다. 그러나 장기 보관 시설에 보관된 구성 요소의 습도 수준은 건조 팬과 습도계 추가 또는 플라스틱 포장에 건조제 추가로 쉽게 제어할 수 있습니다.

에폭시 코팅 시스템 2층과 폴리우레탄 코팅 2층으로 프라이밍된 구성 요소는 단일 코팅 시스템보다 필리폼 부식에 더 잘 저항합니다.

강철 기판이 아연 도금되면 필리폼 부식 가능성이 줄어듭니다. 아연 풍부 프라이머, 크로메이트 및 인산염 프라이머, 내구성 있고 느리게 경화되는 폴리우레탄 및 에폭시 중간 코팅은 강철 기판에서 필리폼 취약성을 감소시켰습니다. 크롬산 아연 프라이머, 크롬산 양극 산화, 크로메이트 또는 크로메이트-인산염 전환 코팅은 알루미늄 합금에서 필리폼 부식에 대해 다양한 정도의 완화를 제공했습니다. (다른 옵션은 액체 나일론 다중 폴리머 코팅의 발전: 운송 및 재생 에너지 산업 기사에서 논의됩니다.)

금속 표면의 다중 코팅은 단일 코트 페인트 시스템보다 수분 확산을 늦추고 침투 및 결함 부위가 적습니다. 다중 코트 시스템은 기계적 마모에 의한 침투에 강하고 언덕과 골짜기가 적습니다. 레이어 축적과 느린 경화로 달성된 더 두꺼운 코팅은 산소와 수분 침투 감소, 용매 포집 감소, 개시 부위 감소로 필리폼 부식에 실질적으로 더 나은 저항성을 보여주었습니다. 분체 코팅 시스템도 열융합되어 수분 투과성에 더 강한 강한 코팅을 생성하므로 유익합니다. 매끄럽고 잘 준비된 프라이밍된 금속 표면은 일반적으로 거친 표면보다 더 나은 저항성을 가집니다.

강철, 알루미늄, 마그네슘은 모두 화학적으로 활성입니다. 그들의 합금은 열간 압연과 어닐링 동안 분산, 침전, 응집된 금속간 화합물을 포함합니다. 이 합금들은 일반적으로 향상된 기계적 특성을 가지지만, 최근 연구에 따르면 그들의 이질성(혼합)과 표면 활성 층의 존재가 필리폼 부식에 대한 취약성을 증가시킵니다.