[철염량-산세작용에 미치는 철염량] 

  

 산을 장시간 사용하면 산속에 철염의 양이 증가하여 산세시간에 영향을 미치게 됩니다. 황산과 염산액 중의 철염량은 상당한 차이가 있습니다.

황산의 경우 철염의 증가에 E라 산세능력이 저하되며, 12g/ℓ의 철염을 함유하는 황산은 새 황산의 60 %의 작용력밖에 없습니다. 철 함유량이 많은 황산용액은 산세 속도가 늦으며 이것에 새 황산을 보충하여도 오래된 산액에서 검출되고 있는 철염이 새 산액에 재용해 되어 작용력을 감소시킵니다. 

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[스머트(Smut)생성 -흑색의 얇은 피막]
 

 산액 속에 철염이 증가하면 피도금물 표면에 흑색 스머트가 부착하기 시작하여 급속히 증가하며 두껍게 생성되면 박리되고 또 다시 생성됩니다.

황산에서 산세를 할 경우 많이 생성되고 염산에서는 적게 생성됩니다. 스머트의 성분은 수분 65%, 고형분 35%이며, 고형분의 주성분은 염기성 제1철염입니다.

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[부동태]

 철, 니켈, 알루미늄 등을 농질산, 농황산에 넣으면 표면에 얇은 산화 피막이 생성되어 금속이 본래  가지고 있는 화학적 성질을 용해되지 않는 상태를 말합니다.

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[블러스트 처리]

     용접 구조물의 철강 제품은 용접부분의 용접 슬러그를 기계적인 방법으로 제거하여야 합니다.  초고항력강, 스프링 강등의 수소취성을 주의하여야 할 강재의 탈청은 블러스트 등의 기계적 방법으로 제거하여야 합니다. 과산처리가 되면 도금이 곤란한 주철 등도 블러스트 처리방법이 바람직한 방법입니다. 블러스트법에는 샌드블러스트, 쇼트블러스트가 있고, 작은 피도금물의 경우는 텀블러를 사용하게 됩니다. 일반적으로 블러스트 처리한 강재는 조금 두께가 두껍게 되고 밀착성도 좋아지게 됩니다.

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<플럭스 처리>
 
 플럭스 처리는 철표면으로 부터 모든 불순물을 제거하고 피도금물 표면의 아연 산화물을 없애는 역할을 합니다.
 

 〔플럭스 구비조건〕
   1) 산세 후 수세하여도 떨어지지 않는 스머트를 용해하여야 합니다.
   2) 용융 아연에 침적할때까지 피도금물 표면의 산화를 방지하여야 합니다.
   3) 피도금물이 용융 아연속에 들어가는 부분의 산화 아연을 용해 제거하여야 합니다.
   4) 용융 아연에 침적할 때 피도금물 표면에서 용이하게 분리 분해되도록 점도, 표면장력 및 융점이 낮아야 합니다.

 

[플럭스 조성]
  플럭스 사용의 초기에는 염화암모늄(NH4Cl) 또는 염화아연(ZnCL2)의 한 가지만을 사용하였으나, 여러 가지 연구 검토한 결과 이것을 적당한 비율로 배합한 복염이 플럭스 효과가 양호하다고 증명 되었습니다. 염화아연이 많은 것은 조해성이 있으므로 저장이 곤란하므로 ZnCL2, 3NH4CL가 가장 사용 하기 좋습니다.(중량비 1:1.17)

 

 

 

<건    조>

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  건조에서 주의를 요하는 것은 고온분위기를 통과하는 형식이 아니고, 가열한 철판 위에 늘어놓고 적시 회전 이동시키는 방식입니다. 도금하는 물건의 형태가 일정하여 그다지 변화가 없을 때는 ( 예:파이프등) 차폐차동식의 건조장치가 사용되나 형태에 큰 변화가 있는 물건을 동일 공정에 넣고 도금할 때 차폐시키는 것은 곤란하며, 상부 개방 그대로 가열된 철판 위에 늘어놓고 적시회전시켜서 건조하는 방법을 택하는 것이 좋습니다. 이 경우 온도가 높은 곳에서 장시간 두면 가열되어 플럭스가 적갈색으로 변색되어 변질되므로 플럭스의 효과를 상실하여 무도금이 됩니다. 이러한 경우 재차 플럭스에 침적하여 건조하면 됩니다. 즉, 건조온도가 높을수록 회전의 횟수를 늘려야 합니다. 정지 시간에도 관계되나 염화암모늄의 플럭스가 변질되는 것은 150℃이상 에서 발생되는 현상입니다. 플럭스 중의 염화아연은 300℃에서 3분 정도 견딜 수 있으나 염화암모늄이 첨가되고 농도가 낮을수록 내열온도는 저하되는 것이 보통입니다.
  종래 도금로의 배기가스를 이용하여 그 위에 주철판 또는 철판을 깔고 가열하는 방법이 일반적이었으나 큰 도금로에서는 건조대가 넓어지므로 온도 분포의 불균일, 도금로 가열의 악 영향, 온도제어의 불확실 때문에 건조대만을 별도로 연소시설을 하게 됩니다.

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〔건조 상태별 원인 및 대책〕

  1) 지나치게 청색으로 변색되는 것은 플럭스 농도가 부족한데 원인이 있습니다.
  2) 적갈색으로 변색한 경우는 (부분적으로 될 때가 있다)  무도금 되기 쉬우므로 플럭스에 재 침적 하여야 합니다.
  3) 건조 중에 발생하는 수증기가 정체되는 상태에서 건조를 계속하면 수증기가 결로(結露)되어 플럭스를 씻어 버리게 되며 발청이 발생되어

      무도금이 되는 수가 있습니다.

      건조대상에서 피도금물을 쌓아 올려서 장시간( 20～30분 이상) 방치할 경우가 있는데 건조대에서는 될 수 있는 데로 피도금물을 빠르게 펼칠

      필요성이 있습니다. 이것은 기온 및 습도에도 관계되므로 원인 불명의 무도금이 상당히 많이 발생할  경우에는 건조 시간을 단축할 필요가 있습

      니다. 파이프류에서 한쪽 끝 내부에 많이 발생합니다.
  4) 자연건조를 빨리 하기 위해 플럭스 온도를  높이는 것은 상당히 효과적입니다.

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<용융 아연 도금의 공정>
  
 탈지, 산세, 플럭스 처리의 전처리 공정을 마친 피도금물은 건조, 예열 후 460℃ 전후의 용융 아연에 속히 침적합니다. 적당한 시간이 경과한 후 도금된 제품을 용융 아연에서 인양할 시 용융 아연 표면에 부유하고 있는 산화물을 제거하여 깨끗한 용융 아연면에서 인양하고, 과잉으로 부착되고 있는 용융 아연은 약간의 충격 및 진동을 주어 아연 맺힘을 제거한 후 냉각을 합니다.
   도금 피막은 크게 구분하여 두가지 부분으로 형성되어 있습니다. 용융아연과 철과의 반응으로 형성되는 합금층과 그 위에 있는 순 아연층입니다. 합금층의 두께와 구조는 강재의 화학성분, 작업조건에 의해서 결정되고 최상층의 순아연층 두께는 온도 및 인양속도 등에 따라 달라집니다.
 

[도금층과 조직]

  도금층 생성의 기구는 용융아연에 침적된 강재 표면의 철의 용해 아연과 철의 반응에 의한 합금층의 형성, 합금층 내부에 철 및 아연의 확산에 의한 층의 확대성장, 합금층 상에 순아연이 부착된 층, 최후 냉각에 의한 결정의 고화과정으로 나누어집니다. 각 온도에서 철과 아연의 평형관계는 많은 연구자로부터 연구되어 왔으나 J Schramm에 의한 상태도가 잘 알려져 있습니다.
  용융아연도금층 조직의 물리적 성질은 최상부의 이타층(η)은 유난하고 합금층은 4층으로 구성되어 있습니다. 제타층(ζ)은 아연 피막층 중 가장 현저한 결정을 가지며, 주상 조직이고 이러한 결정은 타층에 비하여 대칭성이 낮고 상호간 견고하게 결합이 안됩니다. 즉, 그간에 균열이 발생될 성질이 되고 비교적 힘이 없는 조직입니다. 델타층(δ)은 조직이 치밀하며 복잡한 구조를 가지고 인성, 연성이 있는 것이 특징입니다. 감마층(γ)은 철소지에 접근된 층으로 얇은 층이며 다른 층과는 구분이 잘 안되는 경우가 많습니다. 용융 아연 도금층은 전기 화학적으로 볼 때 표면에 가까울수록 활성이며 희생 양극작용으로 밑에 층을 보호하고 있습니다. 그리고 물리적 성질에서 볼 때 표면일수록 유난하고 철소지에 갈수록 경도가 높습니다.

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[도금층 두께에 영향을 미치는 요인]
 

1) 도금온도
 도금온도는 소재의 재질과 규격에 따라 상이하나 대개의 경우 440 ～ 470℃의 범위 입니다. 도금 온도는 용융 아연에서 피도금물을 인양할 때 아연 맺힘 제거에 지장을 주지 않는 범위의 저온을 유지하는 것이 바람직합니다.

용융아연의 온도가 높으면 도금솥의 수명을 단축시키고 산화아연재(Ash) 및 Dross의 생성이 증가되고 철-아연 합금반응이 활발하게 되어 합금층의 성장이 잘되며 아연의 유동성이 좋아지고 순아연층은 평활하게 되고, 엷게 됩니다.

그러나, 용융아연의 온도가 높을시 장시간 침적하면 조대(粗大)한 합금층의 결정이 불규칙적으로 발달되어 불균일할 때가 많고 합금층 위에 부착되는 아연층도 불균일하고 두껍게 됩니다. 그리고 반대로 욕온도가 너무 낮으면 과잉의 두껍고 불균일한 외관의 피막이 됩니다. 그러나 BOLT 와 같은 특수한 것은 그 이상의 온도에서 도금하는 경우도 있습니다. 도금층 두께는 강재의 재질 침적시간 등에 따라 다릅니다. 일반적으로 10℃ 상승하는데 50g/㎥정도 증가됩니다.

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적용분야

< GALVANIZINGS>

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*용융 아연의 온도와 철 손실과의 관계

(1) 침식되는 총 철량

(2) 합금층중에 들어가는 철량

(3) 용융 아연층에 들어가는 철량

 

  

2) 침적시간

침적시간을 길게하면 아연 부착량이 증가하며 탄소(C), 규소(Si)가 많은 고탄소강은 침적시간에 비례하여 부착량은 증가합니다. 침적시간과 부착량의 관계에서 동일한 온도에 침적시, SS41은 600㎎/㎡, SM50은 800g/㎡, 그리고 고탄소강은 900g/㎡정도 부착이 됩니다.

 

3) 인양속도P

인양속도는 도금층의 순아연층 두께에 영향을 줍니다. 인양속도를 느리게 하면 아연 도금층이 얇아지고, 빨리하면 아연 도금층이 두껍게 됩니다.

인양속도의 결정은 도금사양 피도금물의 형상 등에 따라 다르며, 도금제품의 외관, 작업능률을 고려하여 실시하게 됩니다.

그리고 인양속도가 너무 느리면 인양도중에 아연층과 합금층의 확산반응이 진행되고 2차 확산되어 합금층으로 변하게 됩니다.

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<강재의 화학성분>

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 동일조건에서 도금하여도 아연 도금층 상태는 강재의 화학성분에 따라 크게 영향을 받게 됩니다. 통상 용융 아연도금을 하고 있는 압연 강재류는 일반구조용강(SS41)이 가장 많습니다. 그러나 최근에는 인장강도 60㎏/㎟정도의 고장력 강도의 도금이 증가하고 있는 추세 입니다. SS41의 저탄소강과 고장력강을 용융 아연 도금을 실시하는 경우 화학성분 차이로 상당히 상이한 결과가 나타납니다. 도금층에 상당한 영향을 미치는 것이 규소(Si)입니다. 규소 함유량이 많으면 도금은 두껍게 되고 도금 후 수냉까지의 시간에도 철-아연합금 반응속도는 계속 진행됩다, 철-아연합금 반응속도가 큰 강재는 합금층이 도금 표면까지 노출되어 흑회색의 광택이 없는 도금 외관이 될 경향이 있습니다.

강중의 알루미늄(Al)은 도금 부착량에 영향은 없습니다. 고장력강은 보통강에 비해 같은 두께의 강재를 사용했을 때 충분한 기계적 강도를 가지므로 최근 사용빈도가 높습니다. 고장력강은 동일 조건으로 도금 할 경우 강재중에 탄소, 규소, 망간이 많으므로 보통강에 비해 아연 부착이 많습니다. 특히 강재중에 규소를 0.04% 이상 함유하고 있는 경우는 아연 부착량이 현저하게 증가됩니다. 제강제련작업중에 탈산제, 탈류제(脫硫劑)로 첨가되는 망간은 함유량이 적을 때에는 철 -아연의 합금 반응속도에 영향은 거의 없습니다. 인(P)에 대한 Deisen의 보고에 의하면 0.15% 함유로 두꺼운 철-아연의 합금층이 생성된다고 합니다. 저합금 고장력 강등은 도금에서 Cr, Nickel 등의 영향이 크게 나타나고 있으며, Cr 첨가량의 증가에 따라 아연 부착량은 증가합니다.

예를 들어 Cr을 0.6% 함유한 강은 Cr을 함유하지 않은 강에 비해 약2배의 속도로 합금층이 성장하게 됩니다. 반대로 Ni은 합금반응을 억제하는 작용이 강합니다, 18-8 스텐레스강은 보통 탄소강 비해 합금 반응이 약하고 도금부착량도 적어지는 경향이 있습니다. 이것은Cr에 의한 부착량의 증가보다 Ni에 의한 억제작용이 크기 때문입니다.

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<용융 아연 도금욕의 조성>

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 도금욕의 조성은 부착량에 영향을 주며, 항상 포화 상태까지 함유되어 있는 것은 철과 납입니다. 용융 아연중의 알루미늄(Al) 첨가는 도금 부착량에 크게 영향을 미치며, 플럭스(Flux)의 염화물과 우선적으로 반응하여 염화알루미늄으로써 승화 되므로 Al 함유량이 감소되고 플럭스 효능을 상실하므로 무도금의 원인이 되므로 수시로 소량씩 보충해야 합니다.

 

1) 철(Fe)

욕중에 들어있는 철은 Fe-Zn 합금 형태로 일부 부유하고 대부분은 밑에 가라앉아서 도로스(Dross) 형태로 주1회 이상 인양하여야 합니다. 도로스 침적이 너무 많으면 도금시 부착되고, 부유물 형태로 부착되어 도금층 표면을 조잡하게 하며 광택이 상실됩니다. 또한, 온도 전달 면에서 손실이 생겨 연료의 소모가 많아지고 불균형에 의해 도금로의 변형 발생원인이 됩니다. 통상 아연 옥중에는 0.03 ～ 0.05% 정도의 Fe가 들어 있으며, 함유량이 증가하면 조금 피막의 두께를 증가시키는 작용을 합니다.

 

 

2) 납(Pb)

납(Pb)은 통상 도로스의 완충 작용과 도금로 밑부분을 보호하며(용융 아연에 의한 침식방지) 철판 연속 도금시 예열 침적등 여러 가지 목적에 사용합니다. 통상 욕중에 1.0 ～1.3% 정도 함유된 납은 거의 합금을 만들지 않으므로 욕중의 함유량이 증가되는 것은 없습니다. 그러므로 특히 타금속과 같이 들어오지 않는 한 도로스를 퍼낼 때 약간씩 감소되는 것이 보통입니다. 도금로 구조에 따라 다소 차이는 있으나 밑바닥에서 100～150㎜ 정도 유지하게 수시로 보충 할 필요가 있습니다.

 

 

3) 카드늄(Cd)

아연욕 중의 Cd은 아연 지금에 미량 함유되어 있으며, 도금 피막에 영향은 적습니다, 기타 도금 피막을 개량하기 위해 Al, Ni, Cr, Sn, Sb등을 첨가할 때가 있습니다.

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4) 알루미늄(Al)

  아연욕 중에 소량의 Al을 첨가하는 것은 오래전부터 널리 실시하여 왔으며 주목적은 외관의 개량 및 변형가공성의 개량에 있다. 0.004% 첨가 시는 Al의 색채가 나타나기 시작하고 0.004% 일 때 Al 특유의 색채가 됩니다. 0.01～0.03% 첨가 시는 광택이 많이 나고 있으나 광택이 좋은 부분과 흐려지는 부분이 생기며 Al 첨가량을 증가함에 따라서 불균일하게 되며, 최적량은 0.005% 정도라고 말 할 수 있습니다. 0.1 ～ 1 %의 첨가는 산화막이 너무 두껍고 광택이 감퇴되며, 무도금의 발생률도 높아집니다. 1 ～ 2 % 첨가시는 산화 피막이 한층 증가하고 도금층에도 부착되어 광택은 완전히 상실됩니다. 그리고 도금표면은 도로스가 부착한 것 같이 돌기물이 생기며 제품가치는 없어집니다.

  일반적으로 용융 아연 도금에서는 450 ～ 470℃ 범위에서 작업이 실시되므로 도금로에서 인양시 고온인 도금 피막이 공기와 접촉하여 어느 정도의 산화 작용을 받게 됩니다. 그러나 Al을 함유하는 욕에서 는 Al의 선택적 산화에 의해 Al으로부터 먼저 산화가 되므로 피막은 산화 Al량이 높게 됩니다. 일반적으로 산화 Al막은 치밀하고 얇은데 비해, 산화아연 피막은 약간 조잡하며 표면이 치밀한 것은 광택이 있고 조잡한 것은 광택이 없습니다. 산화 피막이 두꺼운 것은 유동성이 나쁘고 엷은 것은 유동성이 좋으므로 적당한 Al첨가로 표면광택이 좋고 평활한 피막을 얻어야 합니다. 일반적으로 외관을 개량하기 위해 0.003 ～ 0.03%의 범위가 좋고 이 이하에서는 Al첨가의 효과가 없습니다. 그리고 이 이상은 오히려 욕 자체의 점도가 증가되어 산화 알루미늄 피막의 부착 또는 조잡한 면이 발생하므로 두드러지게 외관을 손상시키게 됩니다. 0.005% 정도의 적량은 극히 광택이 좋은 평활한 도금면을 얻을 수 있습니다.

   보통 아연은 0.0015% 정도 함유하고 있으므로 0.0035% 정도 추가할 필요가 있습니다. 욕중의 Al 첨가량의 증가에 따라 합금층이 감소하고 마침내 소멸하여 전체 적으로 아연 부착량이 감소합니다. 전술한 바와 같이 0.003% 정도로부터 알루미늄 색상이 나타나며 0.008% 정도까지는 그다지 변화가 없습니다. 0.01 ～ 0.03% 정도가 되면 Fe-Zn 합금층은 얇게 됩니다. (전반적으로 단시간 침적한 상태와 흡사하다)

Al 0.2% 이상 첨가시는 Fe-Zn 합금층은 전혀 생성되지 않습니다. 그리고 철과 아연의 경계선에서 Fe-Al에 의해 Fe-Zn 합금층을 볼 수 있으며 Al에 의해 Fe-Zn 합금층의 반응이 억제되는 것은 침적된 강재가 아연보다 먼저 Al과 선택적으로 반응하며 소지면에 Al-Fe의 합금층이 생기고 이것이 결과적으로 Fe-Zn 합금의 발달을 억제하게 됩니다. 그러나 Heingbablik의 연구에서 Al 0.1 ～ 0.2% Fe-Zn 합금층의 발달이 억제되는 것은 수분간 뿐이고 침적시간이 길어지며 억제 효과는 없어집니다. 결국 억제 효과는 Al-Fe 합금층의 내구력에 의한 것이며 이것이 파괴되면 침적시간의 영향으로 Fe-Zn의 합금층이 증가하게 됩니다.

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5) 주석과 안티몬(Sn & Sb)

주석(Sn), 안티몬(Sb)은 철판 도금시 스팽글(Spangle)조성용으로 사용됩니다. 혼합율은 Sn : Sb를 3:2, 7:3, 1:1등 각사에 의해 독특한 스팽글을 만들기 위해 연구되고 있으나, 대용품이 되는 재료는 아직 없으며 이것이 금속 피막에 미치는 영향은 무시할 수 있습니다.

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