알루미늄 합금의 다층 시스템에서 부식 억제제로서 사마륨의 부식 방지 거동 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3149(2023) 이 기사 인용

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이 연구는 부식 억제제로서 사마륨 화합물을 기반으로 한 다층 시스템과 알루미늄 합금 AA3003에 대한 보호 장벽으로 대기압 플라즈마 제트(APPJ)에 의한 연속 SiO2 층을 보여줍니다. 이 새로운 코팅의 주요 장점 중 하나는 진공 챔버가 필요하지 않아 자동차 및 항공 부품 등의 생산 라인에 쉽게 통합할 수 있다는 것입니다. 사마륨 부식 억제제의 증착은 비교를 위해 두 가지 방법으로 수행되었습니다. APPJ가 침지법과 부식억제제를 증착하는 새로운 방법을 개발했습니다. 생성된 다층 시스템은 균질하고 연속적이며 접착력이 있고 조밀했습니다. 전기화학적 거동은 사마륨 화합물이 침지 방법에 의해 코팅에서 완전히 산화되었으며 부식이 잘 된다는 것을 보여줍니다. APPJ 증착 방법은 사마륨 화합물과 실리카 증착 모두에 의한 부식에 대한 보호 동작을 보여줍니다. XPS 분석은 O1s의 스펙트럼이 주로 OH에 의해 제어되기 때문에 침지법에 비해 APPJ 방법에서 Sm(OH)3의 양이 증가한다는 것을 보여줍니다. 다층 시스템의 전기화학적 연구를 위한 최적의 처리 시간은 침지법의 경우 40분, 부식 억제제 층에 대한 APPJ 방법의 경우 30초인 것으로 결정되었습니다. APPJ의 SiO2 차단층의 경우 가장 좋은 시간은 플라즈마 제트에 노출된 60초였으며 이 코팅은 AA3003의 부식을 31.42%까지 줄일 수 있었습니다.

금속 부식은 야금 ​​산업의 경제성에 영향을 미치는 주요 글로벌 문제입니다. 부식으로 인해 매년 세계 금속 생산량의 약 10~20%가 손실되는 것으로 추정되며1 이는 전 세계 국내총생산(GDP2)의 약 4%에 해당하는 연간 지출에 해당합니다. 그러나 부식과 관련된 모든 문제가 재질에 따른 것은 아니며, 환경오염의 문제도 있습니다3. 예를 들어 건축 환경 자재는 주로 부식에 영향을 미치는 HNO3, SO2 및 PM10 화합물의 영향을 받습니다4. 또한 부식은 특히 파이프5, 의약재6, 반도체 패키지7, 자동차 산업8, 건설9 등 다양한 분야에서 심각한 문제를 나타냅니다.

시간이 지남에 따라 크롬 도금10 및 아노다이징11,12과 같은 금속 부식을 제어하기 위한 다양한 방법과 기술이 개발되어 이 문제를 제어하기 위한 솔루션으로 주목을 받고 있습니다. 현재 가장 많이 연구된 방법은 크롬화층(CCL)13 또는 크롬산 아노다이징(CAA)12, 타르타르산 황산 아노다이징(TSA)14이다. 그러나 이러한 용액은 공정에서 독성이 매우 높고 발암성이 있는 Cr(VI)을 사용하기 때문에 환경은 물론 인간 건강에도 잠재적으로 독성이 있습니다. 결과적으로 유럽 공동체는 Cr(VI)17,18을 포함한 중금속 사용에 대한 제한을 제정했습니다. 따라서 지난 몇 년부터 현재에 이르기까지 환경과 인간의 건강에 더욱 친화적인 새로운 기술과 방법이 모색되어 왔습니다. 이러한 신기술 중 부식 분야에서는 친환경적이고 저렴한 부식 방지제를 개발하는 추세입니다19. 부식 억제제는 낮은 농도에서 부식 속도를 늦추는 물질로 정의할 수 있습니다20.

보호층에도 불구하고 알루미늄은 Cl-, Br- 또는 I-21,22와 같은 이온을 포함하는 수용액이 있는 경우 부식되기 쉽습니다. 알루미늄 합금의 부식 문제는 부식 억제제를 사용하여 해결할 수 있습니다. Hinton, Arnott 및 Ryan은 Sm, Ce, La, Ne 및 Pr과 같은 금속 표면에 희토류 산화물을 증착하여 보호막을 생성함으로써 지속 가능한 옵션으로 희토류 부식 방지 코팅을 도입한 선구자로 두각을 나타냅니다. 부식 방지28,29,30. 희토류 원소 중에서 세륨과 사마륨은 풍부함과 효율성으로 인해 부식 억제제로 가장 일반적으로 연구됩니다31,32. 사마륨은 부식으로부터 금속을 보호하기 위해 사마륨 화합물 박막을 형성할 수 있는 희토류 원소입니다32,33. 사마륨은 알루미늄36,37, 마그네슘38,39 및 강철40,41의 부식 방지를 개선하기 위해 변환 코팅34,35 및 합금에 사용되었습니다. 사마륨을 억제제로 사용하는 부식 방지 원리는 불용성 산화물과 수산화물이 형성되어 음극 부위를 막아 부식 속도를 늦추는 것에 기반합니다.