전기화학적 Wet/Dry 법과 유체역학적 요동에 의한 EHD 임피던스법을 이용한 철의 대기 및 용액부식에 미치는 상대습도와 다공성피막의 영향에 대한 연구

Abstract

본 연구는 전기화학적 wet/dry 측정법을 이용하여 탄소강의 대기부식에 대한 상대습도의 영향과, 정상상태 회전원판전극 (RDE) 방법과 유체역학적 요동에 의한 전기화학적 (EHD) 임피던스방법을 이용하여 다공성 피막내에서 산소확산계수의 온도 영향에 대하여 고찰하였다. 3 장에서는, 가속화 대기부식방법인 전기화학적 wet/dry 측정법을 이용하여, 상대습도에 대한 탄소강의 부식율과 부식포텐셜을 동시에 측정하였다. 측정된 부식율 대 상대습도 곡선은 세 영역 즉, 상대습도가 증가함에 따라 일정한 부식율을 보이는 첫 번째 영역, 부식율의 대수값 (logarithmic value) 이 상대 습도와 비례관계를 보이는 두 번째 영역, 부식율이 오히려 급격히 감소하는 세 번째 영역으로 구분되었다. 일반적인 탄소강의 대기부식기구로부터, 다른 표시방법인 부식 포텐셜 대 상대습도 곡선을 도입하였다. 여기서의 각 영역은, 부식생성물의 존재양상에 따라 lepidocrocite (γ-FeOOH) 단상영역, lepidocrocite 와 magnetite (Fe_3O_4) 상이 공존하는 혼합상영역, 그리고 magnetite 단상영역으로 구분되었다. 두 종류의 표시방법에서의 각 영역이 서로 잘 일치하였으며 이는 실제 FT-IR 분석과 표면관찰을 통해서 명확히 확인되었다. 본 연구에서 도입한 상호보완적인 두 종류의 영역표시법은 탄소강의 대기부식을 총체적으로 평가하는데 유용하였다. 4 장에서는 정상상태 회전원판전극 (RDE) 방법과 유체역학적 요동에 의한 전기화학적 (EHD) 임피 던스방법을 이용하여 금 (Au) 회전원판전극 (rotating disk electrode) 표면에 형성된 PVC (polyvinyl chloride) 피막내 산소확산계수의 온도의존성에 대한 연구를 수행하였다. PVC 피막내에서의 산소확산속도 (산소확산계수와 피막두께의 비) $D_f$/$δ_f$는 한계전류 대 전극회전각속도의 변화로부터 측정하였고, 확산시간상수 (diffusion time constant) $δ_f^2/$D_f$ 는 측정된 임피던스 값을「비전도성, 다공성 피막을 통한 물질이동」에 대한 확산방정식으로부터 계산된 값에 피팅 (fitting) 하여 얻었다. 이 측정된 확산속도와 확산시간상수로부터 상온에서 PVC 피막의 두께 $δ_f$ 와 피막내에서의 산소확산계수 (diffusivity) $D_f$ 를 각각 결정하였다. 온도가 증가함에 따라 측정된 PVC 내에서의 산소확산계수가 용액에서의 산소확산계수 $D_s$ 보다 더 빠르게 증가하였다. 이는 온도가 증가함에 따라 PVC 피막내 공공이 성장하고, 이 공공들이 피막내에서 유효한 확산경로로 작용한다는 것을 의미한다. 본 정상 상태 및 유체역학적 요동상태 실험방법을 이용하여 금속표면에 존재하는 비전도성 다공질피막의 두께와 피막내 산소확산계수를 동시에 측정할 수 있었으며, 피막의 다공도를 정량적으로 계산할 수 있었다.