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용융알루미늄 도금의 방법과 특징
용융알루미늄 도금(아루마) 방법으로서는 먼저 피도금물을 폐사의 독특한 산세법에 의해 피도금물 표면의 유지 또는 산화물을 완전히 제거한 것을 용융 알루미늄속(욕조온도 710°C±10°C)에서 소요시간동안 침지시키면 철강표면에 철과 알루미늄과의 합금층이 생기며 그 합금층 위에 알루미늄이 부착 도금되는 것입니다.
이 합금층 및 알루미늄 층의 두께는 침지시간과 온도에 따라 달라지겠으나 0.01m/m~0.2m/m가 보통입니다. 그러나 합금층이 생성되는 두께는 무제한이 아니고 최대 0.5m/m가 됩니다. 그러므로 합금층의 두께는 소재의 재질 및 용도에 따라 가감되겠습니다.
이 알루미늄 용융도금은 용제(Flux)를 사용하고 있습니다. 이것이 철강에 알루미늄을 도금케 하는 중요한 열쇠격이 되며 이 용제는 폐사의 독특한 것이며, 공업약품 수종을 배합 조성한 것입니다.
용융알루미늄 도금의 도금층은 종래의 카로라이징 및 메타리콘을 동시에 처리한 것과 유사하나 카로라이징과 합금층은 알루미늄 함유량이 26%에 불과하나 용융 알루미늄 도금의 합금층은 55%~59%라는 월등히 높은 Al함유량을 가지며 합금층의 Al함유량이 많을수록 내식, 내열성이 공히 우수합니다.
그리고, 용융 알루미늄 도금 표면은 치밀한 Al로서 피복되어 있으나 메타리콘은 용사피막이 치밀하지 못하므로 소재까지 산소가 침투되며 충분한 내식성을 얻을 수가 없음으로서 용사 피막을 두껍게 할 필요가 있습니다.
용융알루미늄 도금은 카로라이징 및 메타리콘에 비하여 내식, 내열성에 있어서 우수하다는 것은 재론할 필요가 없겠습니다.
용융알루미늄 도금 합금층 현미경 조직사진
용융알루미늄도금 제품의 외관이 은백색의 평면을 가진 것은 표면의 Al층이 얇은 산화막(Al2O3)으로 구성되어 있으므로 나타나는 현상입니다. 도금층의 조직은 사진 최상부층으로부터 Al2O3, Al층, FeAl3층의 순으로 형성 되어있으며 합금층은 설상조직으로서 지철과 밀착되어 있으며 도금층의 두께는 Al층이 0.03m/m~0.05m/m, 합금층이 0.05m/m~0.1m/m 정도가 강재의 종류 및 두계에 따라 차이가 있습니다.
2차 확산 현미경 조직사진
용융알루미늄도금 제품을 고온으로서 수 시간 가열하면 표면 Al층이 확산되어 합금층으로 변화가 됩니다. 내열성은 합금층에 의하여 발휘하게 되며 확산된 합금층의 두께는 당초에 도금 두께 및 온도, 시간에 의하여 차이가 있습니다. 용융알루미늄도금 2차 확산처리품은 일반탄소강 외 스텐레스강, 주철, 주강등 철강제품 일체에 처리가 가능합니다.
내식성
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| Factory site exposure test in the IR(H.RIGO) |
알루미늄은 각종 식기 및 건축철물에 사용 되며 내식성이 우수한 금속입니다. 용융알루미늄도금표면은 알루미늄으로서 완전히 피복되어 있으므로 부식 성의 용액에 대하여 순알루미늄 금속과 동일 한 내식성을 가지게 된다. 그리고 아연과 같이 용이 하게 용해가 되지않고 용해가 되어도 수산화 알루미늄( Al(OH)3) 이 되어서 용액오손율이 적다.
내식성에 있어서 Pin hole 유무가 좌우 됩니다만 미국 ARMCO회사 발표에 의하면 대기중에 14년간에 걸친 폭로 시험결과를 보면 내식성에 있어서 아연에 비해 월등함이 발표되어 있으며 또, 영국에서는 대기중에서 아연 및 납도금은 완전히 발청되었으나 알루미늄 도금은 10년 3개월이상 경과되어도 전연 발청이 없다고 발표되어 있습니다.
SALT WATER(5%)SPRAY TEST ..........National Industrial Standard Test Center
| Materials |
Hours of gathering rust(HR) |
| Hot-dip Aluminized coating |
630 |
| Hot-dip Galvanized coating |
105 |
내식성 시험 예
SEA WATER TEST
| Days |
H.D.A |
H.D.G |
| 2 |
+0.320g/m2 |
- 0.580g/m2 |
| 6 |
+0.210 |
- 2.660 |
| 12 |
0 |
- 6.017 |
| 21 |
-0.032 |
- 7.779 |
| 30 |
-0.477 |
- 50.532 |
| 50 |
-0.653 |
- 72.350 |
| 100 |
-0.974 |
- 101.835 |
| 300 |
-1.735 |
- |
COMPARATIVE TEST OF CORROSION BY FRESH WATER & SEA WATER.....................................................................Alumer Corp. Japan
| metal |
fresh water |
sea water |
| carbon steel |
6.6 |
8.5 |
| hot-dip galvanized coating |
1.16 |
1.29 |
| hot-dip Aluminium coating |
0.16 |
0.08 |
※ Testing duration : 1 month(mg/cm2)
내석유성
석유장제 장치의 통유 부식시험 .................................................................. S 석유 PETROLEUM CORROSION TEST FOR PETROCHEMICAL FACILITY ...... S PETROLEUM
OUTLET OF TESTING PLACE : HEATING ROAD FOR REDUCING PRESSURE
| symbol |
materials |
test duration |
depth of corrosion |
| x |
1% Cr, 3% Mo 5% Cr, 0.5% Mo 5% Cr, 0.5% Mo |
40 |
2.4 |
| 3P |
40 |
1.5 |
| N |
50 |
2.0 |
| A |
50 |
0.006 |
| (1) 통유부식시험의 원리 |
(2) 통유부식시험후의 단면 |
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내열성
일반 철강을 550°C 이상으로 가열하면 급속히 산화피막이 생기어 결국, 철강은 소실됩니다. 실험에 의하면, 3.2m/m 보통철판은 1,000°C로 가열하면 32시간만에 산화되어 소실됩니다. 시험편에 용융알루미늄 도금처리한 것을 같은 온도인 1000°C로 가열한 결과 364시간을 유지할 수 있으며 약 10배 이상의 내열성을 가진 것이 확인되었으나 실제 공장에서 사용할시 연료, 축로구조, 사용온도, 급냉, 급열 등의 여러 관계로 말미암아 다소의 차이는 있습니다만은 5개년의 외국통계에 의하면 약3배 ~ 7배의 내명수를 갖고 있습니다.
TEST OF REDISTANCE TO HEAT ....................National Industrial Standard Test Center (1,000 °C × 30hrs)
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heat treatment test |
| before test(gr) |
after test(gr) |
scale rates |
| H,D,A. coating of steel(3.2m/m) |
40.8657 |
40.8315 |
0.08 |
| H.D.G. coating oof(3.2m/m) |
41.0745 |
8.9313 |
78 |
| No-treatment steel(3.m/m) |
40.2651 |
15.2978 |
62 |
용융알루미늄 도금제품의 용접방법
용융알루미늄도금 제품의 용접에는 저수소계 연강용접봉 또는 라이무티타늄 스텐레스 용접봉을 사용하면 기포가 없는 기계적 성질이 양호한 용접부를 얻을 수 있습니다.
용접에 있어서 개선부의 도금층을 제거하면 Al의 녹아 들어가는 양도 미량이고 기계적 성질의 변화도 없으며 통상의 용접과 동일합니다. 개선부의 도금층을 제거하지 않고 용접한 경우에도 상기용접봉을 사용하면 용접작업성에 있어서 전자와 큰 차이는 없습니다. 다만 Al의 녹아들어가는 양이 다소 증가됨으로 비이드의 경도가 조금 증가되어 인장강도가 약간 떨어지나 기포발생 및 금등은 발생하지 않습니다.
내열, 내식성을 필요로 할 경우는 오스테나이트계 스텐레스 용접봉이 우수합니다. 특히, D309-16을 사용하면 용착금속의 말탠사이드화 및 탄화의 입계절출이 발생하지 아니함으로 안전합니다. 열영향부는 앞면, 뒷면 공히 용착금속이 합금층과 용착융합되어 도금층으로 이행됨으로 도금층 표면의 Al층은 없어지나 소지철의 노출 및 금은 없으므로 내열, 내식성 공히 변화가 없습니다.
용접작업에 있어서 용융알루미늄도금 파이프의 원주 용접은 다소의 기술적 숙련이 필요합니다.
용접재료와 종류
| Japan |
Korea Welding Bar |
Chosun wire co |
IGER WELDING |
| soft steel bar JIS D4316 |
KH-500 |
LH-100 |
S-7016M |
| SUS steel JIS D309-16 |
KST-309 |
NC-309 |
S-309-16N |
1) 탄소강용 용접 재료
일반적으로 알루미늄강의 용접은 내열, 내식, 내저온등 알루미늄 가공부분 동등 이상의 내구성이 요구되나 특별히 성능의 필요부분이외 탄소강 용접 재료를 사용할 수 있다.
2) SUS강-탄소강 2중용접 경제성 및 능률을 고려 SUS강-탄소강 2중용접 시행의 경우
- 외면의 내식성이 필요할 때,
- 내면의 내식성이 필요할 때,
- 전층을 SUS용접할 경우
※ (2)의 경우 탄소강 용착 금속부분에 알루미늄 기포 발생이 가능하여 용접시 세심한 주의가 필요함.
내고온 산화성 화학반응
분위기가스 중에서 내고온 산화성에 대하여 다음과 같이 반응이 이루어 지므로 내고온 산화성을 발휘하게 됩니다. (Fe, Al) + O → Fe2O3 + Al2O3 ....... (1)
용융알루미늄도금 처리품은 도금층의 알루미늄 일부는 모재중에 희생산화를 일으켜 도금층의 Al가 존재하는 한 상기와 같은 반응이 반복됩니다. TEST OF ALL KINDS OF STEEL FOR RESISTANCE TO HEAT(Mitsbishi Heavy Industry Corp - Japan)
| |
900°C |
1,000°C |
| materials |
H.D.A |
rates(gr.) |
materials |
H.D.A |
rates(gr.) |
| carbon steel |
0.075 |
0.0011 |
63 : 1 |
0.41 |
0.0055 |
75 : 1 |
| forging steel |
0.0074 |
0.00095 |
7.8 : 1 |
0.41 |
0.0077 |
53 : 1 |
| common steel |
0.1 |
0.0023 |
4.3 : 1 |
0.37 |
0.012 |
31 : 1 |
| 13 Cr. steel |
0.0066 |
~ |
~ |
0.22 |
0.0062 |
36 : 1 |
| common cast iron |
0.092 |
0.017 |
5.4 |
0.43 |
0.37 |
1.2 : 1 |
| ductile cast iron |
0.034 |
0.0026 |
13.1 : 1 |
0.4 |
0.0065 |
61.5 : 1 |
※ Standard 800°C, 1,000°C Χ 100 hrs oxidation gr.(gr/cm2)
열처리 POT 사용법
내열용으로서 600°C 전후로 장시간 사용할 경우 미리 750°C이상으로서 1~2시간 가열하여야 합니다. 660°C이하로서 장시간 사용하면 알루미늄 도금막이 2차확산이 안되고 박리될 수가 있습니다.
내유화성 화학반응
대기중 가열에 비교하면 중유연소가스중에 있어 중유중 소량의 유화물을 함유함으로 SO2, H2S등을 발생함으로 내산화성 문제가 중요시되고 있으며 스텐레스강은 보통강에 비교하면 내유화성은 있으나 그 주성분인 Fe에 대하여 S과의 반응을 볼 때 하기와 같이 반응이 생긴다.
Fe + 2S → FeS2, 2FeS2 → Fe2S3 + S, Fe2S3 → 2FeS + S
즉, 유화철이 생기며, 또한 고온일수록 부식된다. 알루미늄은 S와의 반응은
2Al + 3S → Al2S3, Al2S3 → 2AlS + S
이와같은 화학반응으로서 유화알루미늄이 생기나 이것은 치밀한 피막을 형성함으로 반응이 심부까지 침투하는 것이 저지되며 내유화성을 발휘하게 됩니다. 그러므로 중유연소가스 중의 철강 또는 스텐레스강의 산화부식 방지에 대하여 용융알루미늄도금은 우수한 내식성을 갖고 있습니다.
CORROSION IN H2SO3 SOLUTION(normal temperature)-KOBE Steel Manfacture Alloy Project
| |
1% |
5% |
saturated solution(11%) |
| 99.2Al |
0.155 |
0.299 |
0.385 |
| 304 SUS |
0.257 |
0.589 |
1.389 |
| carbon steel |
0.345 |
1.920 |
3.957 |
| Zn |
0.385 |
- |
- |
CORROSION BY H2S LIQUID - KOBE Steel Manfacture Alloy Project
| |
0.15% |
0.36% |
| 99.2Al |
0.0017 |
0.0018 |
| carbon steel |
0.0379 |
0.0315 |
| steel |
0.0476 |
0.0496 |
| Zn |
0.0269 |
0.0104 |
내해수 용도의 알루미늄 도금 강관 사용 예
해수 유입관, 갑판 증기 배관, 상 갑판, 소화전 해수라인, 엔진 품, BALLAST, B-C유히팅코일, 엔진 EXHAUST PIPE, 앙카체인, 카고 오일 파이프, 석유 정제공장의 해수 열교환기
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