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습한 환경에서 내식성 향상을 위해 Zn 합금에 균일한 크로메이트 화성 코팅을 제작
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습한 환경에서 내식성 향상을 위해 Zn 합금에 균일한 크로메이트 화성 코팅을 제작

Oct 10, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14311(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

우리는 아연 합금 도금 강철 기판(ZS)에 균일한 크롬산염 변환(CC) 코팅을 생성하는 손쉬운 방법을 개발했습니다. ZS(C-ZS)에 산성 CC 용액을 도포하면 아연이 용해되고 크롬이온이 환원되어 크로메이트 피막을 형성합니다. 아연이 과도하게 용해된 국부적인 부위에는 수산화아연 입자가 형성되어 균일한 크롬산염 피막 형성을 방해하고 습도가 높은 조건에 노출되면 해당 부위가 추가 부식(즉, 흑점 형성)에 취약해집니다. 아연의 과도한 용해를 억제하기 위해 ZS 표면을 티올화 폴리에틸렌 옥사이드로 전처리하여 친수성 자기조립 단층을 형성하였다. 전처리된 ZS에 보다 균일한 보호 CC 코팅이 얻어져 습도가 높은 조건에서 우수한 내식성을 나타냈습니다.

아연 합금 도금강(ZS)은 우수한 내식성으로 인해 다양한 산업 분야에 널리 사용됩니다1, 2. ZS의 내식성을 더욱 향상시키기 위해 산성 크롬산염 변환(CC) 코팅이 후처리로 사용되는 경우가 많습니다. 공정3, 4. 산성 CC 용액이 ZS에 적용될 때 아연의 양극 용해는 크롬 산화물의 음극 침전으로 이어지며, 이는 부식성 환경으로부터 기본 아연 합금을 보호하는 장벽 역할을 합니다1, 5, 6.

CC 코팅은 일반적인 부식을 방지하는 데 효과적인 것으로 입증되었지만 습도가 높은 조건에서 CC 코팅 ZS(C-ZS)에 작은 검은 점이 나타나는 것으로 연구 결과가 보고되었습니다7, 8. 이러한 검은 점은 아연과 같은 아연 부식 제품으로 인해 발생합니다. 산화물 및 수산화아연. 산화아연과 수산화아연은 ​​일반적으로 흰색이지만 부식 생성물과 밑에 있는 아연의 광학 특성 변화로 인해 어둡게 보일 수 있습니다7. 일단 흑점이 나타나면 페인트와 같은 도포된 유기막의 박리를 유도할 수 있으며 더 큰 백색 부식 생성물이 발생할 수 있습니다8, 9 따라서 CC 코팅 중 흑점 형성을 억제하는 방법의 개발이 필요합니다. 과정이 필요합니다.

본 연구에서는 산성 CC 코팅을 적용하는 동안 ZS에 가해진 국부적인 손상으로 인해 C-ZS 표면에 어두운 반점이 나타나는 것으로 나타났습니다. 적절한 커버리지 없이 남겨진 부분은 습도가 높을 때 어두운 반점이 생기기 쉽습니다. 표면 손상을 완화하기 위해 CC 코팅을 적용하기 전에 ZS 표면을 티올화 폴리에틸렌 산화물(PEO-SH) 자기 조립 단층(SAM)으로 전처리했습니다. 소수성 SAM은 우리가 아는 한 공격적인 물과 ​​산 분자로부터 금속 기판을 보호하기 위해 사용되었지만 이는 ZS에 균일한 CC 코팅을 달성하기 위해 친수성 SAM을 활용하려는 첫 번째 시도입니다. PEO-SH(CP-ZS) 중간층으로 처리된 C-ZS의 표면은 손상을 최소화하고 CC 코팅 처리 시 다크스팟 형성을 효과적으로 방지했습니다. 그 결과 CP-ZS는 습도가 높은 환경에서 C-ZS에 비해 우수한 내식성을 보여주었습니다.

용융아연합금도금강판은 포스코(한국)로부터 구입하였다. 아연 합금층은 Zn 97%, Mg 1.5%, Al 1.5%로 구성됩니다. Cr(NO3)3 및 에탄올(절대)은 각각 UNICOH(한국) 및 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO)에서 구입했습니다. 6가 크롬의 발암성 때문에 우리는 화성코팅 공정에 3가 크롬을 사용했습니다. 티올화 폴리에틸렌 옥사이드(PEO-SH, Mw: 356 g/mol)는 Polypure(노르웨이 오슬로)에서 구입했습니다. 질산(60%)과 메틸에틸케톤은 각각 SAMCHUN(한국)과 DAE JUNG(한국)에서 구입했습니다. 역삼투수 시스템(휴먼코퍼레이션, 한국)을 이용하여 탈이온수(18.3 MΩ·cm)를 얻었다.

7:3 (v:v) DI 물과 에탄올에 용해된 Cr(NO3)3의 3 중량% 용액이 CC 코팅 용액으로 제조되었습니다. 일반적인 상업적 공정13, 14에 따라 CC 코팅 용액의 pH는 20wt.% 질산을 사용하여 1.6으로 조정되었습니다. ZS에 대한 용액의 습윤성을 향상시키기 위해 에탄올을 사용했습니다. 산업 생산에서 휘발성 유기 화합물의 사용이 적은 양으로 제한된다는 점은 주목할 가치가 있습니다. PEO-티올 용액은 PEO-SH를 무수 에탄올에 최종 농도 10 mM로 용해시켜 제조되었습니다. ZS 샘플을 3.7 x 3.7 cm 정사각형으로 절단하고 메틸 에틸 케톤으로 ​​탈지한 후 에탄올에서 3분 동안 초음파 처리했습니다. 그 후, ZS 정사각형을 PEO-티올 용액에 24시간 동안 담가서 P-ZS를 얻었다. 그런 다음 CC 용액을 바 코터를 사용하여 ZS 및 P-ZS에 적용하여 각각 C-ZS 및 CP-ZS를 생성했습니다. C-ZS 및 CP-ZS 샘플은 최고 금속 온도 60°C의 100°C 오븐에서 건조되었습니다.