• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.166-166
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• 2017

금속 재료 중 철강은 기계적 특성이 우수하고 대량생산이 가능하여 선박, 건축, 자동차 등 다양한 분야에 기초재료로써 널리 사용되고 있다. 그러나 스테인리스강 등과 같은 일부 특수한 용도의 강을 제외하고는 부식환경에 취약한 특성을 가지기 때문에 내식성을 향상을 위한 표면처리에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 가장 일반적으로 습식법(wet process)을 통해 표면상에 아연(Zn)을 도금해 사용하며, 아연이 자체적으로 포함한 희생양극(sacrificial anode) 및 차폐(barrier) 효과가 철강의 부식을 방지하게 된다. 하지만 산업의 고도화에 따라 더욱 가혹해진 노출환경으로 인해 고내식 강재에 대한 수요가 점차 증가하고 있으며, 아연코팅 층의 두께를 증가하여 내식성을 확보하는 방안은 미래 환경 및 자원적인 측면에서 근본적인 해결책으로 제시하기 어려움이 있다. 한편, 건식 프로세스(wet process)로 대별되는 PVD(physical vacuum deposition)에 의해 내식성을 향상시키고자 하는 연구들이 다양하게 진행되고 있다. 이것은 표면에 고순도 양질의 금속 막을 형성시킴으로써 외부환경과의 반응을 효과적으로 제어가 가능하며, 형성된 막은 그 물질의 고유 특성뿐만 아니라 제작 조건에 따른 표면의 기하학적 혹은 결정학적 구조에 의해 크게 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 실용금속 중 이온화 경향이 가장 크고 산소와 반응하여 투과성이 작은 산화 피막 형성이 유리한 마그네슘(Mg)을 활용해 표면의 전기화학적 특성을 향상시켰다. 또한 금속 증착 중 진공도조절을 위해 도입되는 불활성 가스로 아르곤(Ar) 및 질소($N_2$)를 사용하여 표면에 형성한 막의 모폴로지 및 결정배향성이 내식성에 미치는 상관관계를 해석하고자 하였다. 실험방법으로 PVD법 중 비교적 간편하고 기초적인 지침을 제시하기 적합할 것으로 고려된 진공증착(vacuum evaporation)법을 이용해 아르곤 및 질소 분위기에서 진공도를 조절하며 용융아연도금상 Mg막을 형성하였다. 제작조건별 막의 기초 특성을 분석하기위해 SEM, EDS, XRD를 이용하였고, 결정배향성(crystal orientation) 분석을 위해 면간격(d-value)과 상대강도(relative intensity)를 확인하였다. 또한 내식성 평가로 염수분무(salt sprat test) 및 양극분극(anode polarization)을 각각 실시하였다. 실험결과에 따르면, Ar 및 $N_2$ 모두에서 가스압이 증가할수록 코팅층의 증착량은 적어지고 입상정(granular structure)의 모폴로지 형성 및 면간격과 상대강도가 증가하는 것이 확인되었다. 또한 쳄버 내 동일 진공도에서, $N_2$ 도입 시 Mg막은 더욱 치밀하고 미세한 입상정의 모폴로지로 형성되며 면간격과 상대강도는 더욱 증가한 것으로 나타났다. 내식성 평가에서 저진공 $N_2$ 조건에서 형성시킨 막이 가장 우수한 내식성이 나타났는데, 이는 상대적으로 불안정하고 반응하기 유리한 입계면적을 많이 포함한 입상정 모폴로지 및 표면에너지가 높은면의 면점유율 증가로 인해 외부환경과의 신속한 반응은 물론 안정적인 피막형성이 용이하였기 때문일 것으로 사료된다. 이상으로 Ar 및 $N_2$ 가스압 조건에 따른 고내식 Mg 막의 유효성을 확인하였고 향후 내식성을 향상시키는 방법으로 응용 가능할 것으로 생각된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.110-110
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• 2016

금속재료 중 철강은 기계적 성질이 우수하고 대량생산에 의한 뛰어난 경제성을 가지기 때문에 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 그러나 스테인리스강 등과 같은 일부 특수한 용도의 강을 제외하고는 부식 환경에 취약하기 때문에 그 용도에 따라 표면처리를 함으로서 내식특성을 부여하고 있다. 일반적으로 이러한 철강재료에 대한 부식문제를 해결하기 위한 방법으로는 습식프로세스 중 아연(Zn)도금이 사용되는데, 아연은 그 자체가 보유하고 있는 차폐(barrier)효과는 물론 상대적으로 이온화 경향이 크기 때문에 철에 대하여 전자를 공급하는 희생양극적(Sacrificial anode)역할을 하여 철을 방식하는 원리를 가지고 있다. 하지만 최근에 이르러 기존의 도금 프로세스 처리된 제품의 사용 및 적용분야가 확대되고 가혹해 짐에 따라서 내식성 향상을 위한 새로운 재료 및 신기술 개발이 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 친환경 프로세스 방법인 PVD법 중 하나인 스퍼터링(Sputtering)을 이용하여 0.8mm 두께의 냉연강판 (cold rolled steel) 상에 Al에 대한 Mg 함량을 10~30wt.%로 하여 약 $5{\mu}m$ 두께의 막을 제작하였다. 이때 20wt.% 막의 경우 공정압력조건을 증가시켜 증착 막의 결정배향성을 변화시켰다. 뿐만 아니라 제작된 막들에 대해서 $400^{\circ}C$온도에서 10분간 열처리함으로서 코팅막의 성분변화에 따른 영향을 살펴보기 위해 시편을 추가 제작하였다. 이와 같이 제작된 막들에 대한 형성메커니즘과 내식성의 상관관계 해명을 위해 막의 조성분포, 표면 및 단면의 모폴로지 관찰 및 결정구조 등 재료특성분석과 더불어 염수분무(Salt spray test), 침지시험 그리고 양극분극 시험 등을 통해 내식성 평가를 진행하였다. 이상의 종합적인 결과를 살펴보면 제작된 Al-Mg 막은 마그네슘 함량비 및 열처리 조건에 따라 조성분포와 막의 모폴로지 및 결정배향성이 변화한다는 것을 알 수 있었는데, 마그네슘 함량이 증가하고 열처리한 막의 내식성이 가장 양호한 것으로 나타났다. 이것은 Al-Mg 성분이 표면을 중심으로 균일 분산-분포하며, Al에 대한 Mg의 고용으로 인해 안정적으로 형성된 부식생성물과 금속화합물의 단계적 반응 효과에 의해 차폐효과와 희생양극적 특성이 동시에 향상되었기 때문으로 생각된다. 한편 공정 압력을 증가시켜 형성한 막은 결정학적 구조에서 보다 높은 표면 에너지와 증가한 격자 정수에 의해 Mg이 부식환경에서 빠르게 반응하여 안정적 피막을 형성하기 때문에 내식성이 향상된 것으로 보여 진다. 이상의 연구를 통해서 고내식성을 Al-Mg막의 유효성 확인하였으며, 설계에 대한 기초적인 응용지침을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

• 보존과학회지
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• 제37권2호
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• pp.144-153
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• 2021

1979년 국가민속문화재로 지정된 광화당 원삼은 보존상태가 상당히 양호하다. 그러나 지정조사 시에는 없던 봉흉배가 부착되어 '봉흉배가 달린 유일한 자적원삼(紫赤圓衫)' 유물로 알려지면서 보존처리의 필요성이 제기되었다. 이에 지정문화재에 대한 잘못된 정보를 바로잡기 위한 과학적 분석과 동시에 지정 상태로의 원형 복원도 요구되었다. 본 연구를 통해 광화당 원삼에 대한 유물 이력을 조사하고, 현전하는 봉흉배와 봉흉배 수본(繡本) 등의 유물 조사를 병행하여 원형 복원에 대한 자료를 확보하였다. 직접적으로는 에너지 분산형 X선 형광분석을 실시하여, 봉흉배에 사용된 금속사가 은을 기본으로 티타늄 코팅한 것을 확인하였다. 티타늄으로 도금된 금사를 사용한 봉흉배는 1986년 광화당 원삼 사진에서는 확인되지 않았으며, TiN계 피막 도금법이 1990년대에는 여러 산업에서 활용되었다는 점에서 1990년대 초중반에 봉흉배가 부착된 것으로 추정할 수 있다. 특히 X선 형광분석을 활용한 금사의 과학적 분석 결과를 통해 보존처리의 핵심적인 근거자료를 확보하였다. 본고는 전세 유물 보존처리에 있어 유물 이력과 유사 유물 조사의 중요성에 대한 각성과 지정문화재에 대한 잘못된 정보를 바로잡을 수 있는 원형복원의 선례로서 의미가 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제29권12호
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• pp.1381-1389
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• 2007

중금속 폐수는 다양한 유독성 화합물과 함께 배출되므로 상수원, 토양, 지하수 등의 환경에 악영향을 야기 시킬 수 있다. 이러한 고농도의 복합중금속과 시안착염을 포함한 도금폐수 처리 시 일반적으로 잘 알려진 알카리염소법에 의한($1^{st}$ Oxidation: pH 10, reaction time 30 min, ORP 350 mV, $2^{nd}$ Oxidation: ORP 650 mV) 시안의 잔류농도에 대한 제거효율은 유입수의 시안농도 374 mg/L에 비해 처리 후 잔류시안농도는 3.74 mg/L로써 그 제거효율이 99%로써 상당히 높았으나 수질환경보전법상 수질배출허용기준(나 지역) 1 mg/L 이하에 만족하기 위해서는 2차, 3차 등의 고도처리가 요구됨을 알 수 있었고, 이에 아연백법 및 공침처리공정(reaction time: 30 min, pH: 8.0, rpm: 240)을 적용하여 용해되어 잔류하는 시안착염을 불용성염으로 침전시켜 처리한 결과 잔류시안농도가 1.0 mg/L 이하의 만족할 만한 결과를 있었다. 크롬의 처리는 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원(pH: 2.0 max, ORP: 250 mV)시킨 후, 수산화물로 처리(pH: 9.5)시 무난히 99%의 최대 제거효율을 얻을 수 있었다. 폐수 중 나머지 동(Cu)과 니켈(Ni)처리는 황화물 응집침전법을 적용한 결과 최적 pH는 $9.0\sim10.0$에서 $Na_2S$의 최적주입량이 Cu의 경우 0.5 mol에서 99.1%, Ni의 경우 3.0 mol에서 99.0% 이상 제거할 수 있었다. 즉 중금속 복합폐수 중 시안착염은 알카리 염소산화처리법만으로는 수질환경보전법의 규제치 이하로 처리가 불가능 하였고 아연백법 및 공침공정을 같이 적용한 결과 규제치 이하로 처리가 가능하다는 것을 현장 확인할 수 있었다.

• 월간산업보건
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• 통권356호
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• pp.16-25
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• 2017

크롬은 환경 중에서 산화 환원 반응을 일으키며, 0가, 3가 및 6가 크롬 등 다양한 형태로 존재한다. 이 중 6가 크롬은 발암물질로 알려져 있기 때문에, 6가 크롬 종의 산화 환원 상태를 고려하는 것은 매우 중요하다. 6가 크롬은 3가 크롬 상태로 환원될 수 있지만 작업장환경 내에서 이에 대한 구체적인 정보는 미흡하다. 본 연구는 다양한 조건 하에서 시간에 따른 6가 크롬 환원양상을 파악하기 위해 전기도금 조를 설치하여 파일럿 연구를 실시하였다. 연구 결과, 6가 크롬이 미스트 형태로 방출된 이후 시간이 경과함에 따라 환원이 발생한다는 증거를 발견할 수 있었다. 미스트 방출 직후 6가 크롬 대 총 크롬의 퍼센트 비율(95% 신뢰구간)은 거의 100%(99.1~102.3%)에 달했으나, 1시간 경과 후 87.4%(84.8~89.9%)로, 2시간 경과 후엔 81%(78.3~83.5%)까지 환원됐다. PVC 여과지에 채취된 6가 크롬의 경우 시료채취 이후 시간이 경과함에 따라 환원이 진행됐다. 시료채취 후 2시간이 경과한 후 6가 크롬은 90.8%(88.2~93.3%)까지 환원되었으며, 또한 공기 중에 보관한 시료에서 6가 크롬의 환원이 가장 많이 진행되었다. 이에 따라, 6가 크롬 공기시료 보관 시 환원방지를 위한 각별한 주의가 요구된다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제25권2호
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• pp.42-53
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• 2020

본 연구에서는 광양만 유역 국가산업단지와 컨테이너 부두 유역의 입자크기별 도로축적퇴적물(Road-deposited sediments; RDS)과 해양퇴적물 내 중금속 오염현황 파악과 잠재적인 오염원으로써의 RDS의 영향을 연구하였다. RDS의 경우 아연(Zn)의 농도가 2,982 mg/kg으로 매우 높았으며, 크롬(Cr)>니켈(Ni)>납(Pb)>구리(Cu)>비소(As)>카드뮴(Cd)>수은(Hg)의 순이었다. RDS의 중금속 농도는 입자가 세립할수록 증가하였으며, 금속폐기물을 취급하는 산업시설 주변에서 상대적으로 높은 농도를 보였다. 125 ㎛ 미만의 입자에서 아연(Zn)이 가장 높은 오염도(very high enrichment)를 나타냈고, Cr, Cd, Pb은 심각한 수준의 오염도(significant enrichment)를 보였다. 한편, 해양퇴적물 내 중금속 농도는 대부분 국내 "주의 기준(threshold effect level, TEL)" 이하였으나, 2010년 이후 Zn의 평균농도가 30~40% 증가하였다. 연구지역 도로노면 내 Zn, Cd, Pb 등은 강우시 쉽게 비점오염의 형태로 유출가능한 125 ㎛ 미만이 전체의 54%를 차지하는 것으로 나타났다. 특히 아연(Zn)의 경우, 연구지역의 교통 뿐만 아니라 산업활동에 사용된 아연도금의 부식에 의한 영향을 크게 받는 것으로 판단된다. 중금속 농도가 높은 세립한 RDS는 바람, 차량이동에 의해 재비산되어 대기 뿐만 아니라 강우시 인근 환경에 크게 영향을 미칠 수 있기 때문에 주변 환경 및 생태계에 미치는 영향에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권10호
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• pp.603-610
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• 2017

탄약을 포함한 다양한 산업 분야에서 사용되는 철강 재료는 부식에 취약하므로, 표면 그대로 사용하는 것은 바람직하지 않다. 따라서 도금, 도장, 화성처리와 같은 표면 처리 이후 사용하여야 하는데, 탄약 제조 과정에서는 주로 아연계 인산염 피막 처리가 사용되고 있다. 표면 처리 기법 중 하나인 아연계 인산염 피막은 금속 표면을 화학적으로 처리하여 안정성이 높은 화합물 층을 표면에 고착시키는 방법으로, 크게 도장 하지용 경인산염 피막과 부식 방지용 중인산염 피막으로 나뉘어지는데, 아연계 인산염 피막은 전산도, 철 함량과 같은 여러 가지 인자에 의해 피막의 품질과 내식성이 결정된다. 본 연구에서는 전산도 및 철 함량이 탄약 부식 방지 목적으로 사용되는 아연계 중인산염 피막의 중량 및 내식성에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 철 함량에 따라 피막의 구조가 치밀해지며, 내식성이 향상되는 결과를 확인할 수 있었으나, 전산도는 피막의 두께와 중량에만 영향을 주고 내식성에는 큰 영향을 주지 못하였다. 위 결과를 토대로 탄약 제조 과정에서 사용되는 인산염 피막 처리 공정의 최적 제어 수준을 제시하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.136-136
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• 2018

듀얼 페이즈(DP) 강철과 같은 고강도강(HSS), TRIP강, TWIP강은 무게를 줄이고 자동차의 안전을 향상시키기 위해서 자동차 산업에서 광범위하게 쓰이고 있다. HSS강의 내부식성을 향상시키기 위해서, 향상된 박막 재료와 기존의 아연도금 공정을 대체하는 공정 방법이 필요하다. Zn-Mg 박막은 강의 부식 방지에 대한 강력한 후보이며, 물리적 기상 증착 공정(PVD)은 강의 Zn-Mg 박막의 증착을 위한 유망한 공정이다. 그러나 이전 연구에서 보고 된 바와 같이 Zn-Mg 박막은 Zn-Mg 박막의 높은 취성으로 인하여 Zn 박막에 비하여 접착력이 매우 불충분하였다. 따라서 본 연구에서는 Zn-Mg 박막의 첩착력을 향상시키기 위해 TRIP강 기판 위에 증발 증착법을 활용하여 Zn-Mg/Zn 이중층 박막을 합성하고 진공에서 열처리를 실시하여 박막의 깊이에 따른 Mg의 함량 변화를 유도하였다. Zn-Mg/Zn 박막 합성 시 EMH-PVD를 활용하여 증착하였으며, Zn 중간층을 모재와 Zn-Mg 층 사이에 증착하고 진공중에서 열처리를 실시하여 박막 내에서 Mg 함량의 기울기 변화가 박막의 밀착력에 주는 영향을 평가하였다. 증착된 박막은 FE-SEM을 통하여 미세조직과 박막의 두께를 분석하였고 line-EDS를 통하여 깊이에 따른 Zn와 Mg의 변화를 분석하였으며 XRD를 사용하여 합금상을 분석하였다. Lap shear test를 활용하여 박막의 밀착력을 정략적으로 분석하였다. FE-SEM 및 EDS 분석 결과 Zn-Mg/Zn 박막을 진공에서 열처리를 실시한 후 FE-SEM으로 분석한 결과 미세조직의 큰 차이는 보이지 않았으나, line-EDS 결과 Mg이 확산되는 것을 확인 할 수 있었다. XRD 분석 결과 확산한 Mg에 의해서 Zn상은 감소하고 $Mg_2Zn_{11}$, $MgZn_2$와 같은 합금상은 증가하는 것을 확인하였다. Lap shear test 결과 $200^{\circ}C$에서 열처리한 Zn-15wt.%Mg/Zn 박막의 경우 밀착력이 19 MPa로 열처리를 하지 않았을 경우(11 MPa)보다 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 통하여 Zn-Mg 박막의 두께의 Mg의 함량 변화에 의해서 박막의 밀착력이 변화되는 것을 알 수 있다.

• 유기물자원화
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• 제22권2호
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• pp.50-56
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• 2014

일반적으로 도금 폐수를 비롯한 산업 폐수 내 중금속 처리에 적용되는 응집-침전은 응집제의 비용과 침전 효율의 불안정성이라는 한계가 존재한다. 본 연구에서는 수산화물 생성-분리막 공정을 전제로 하여, pH와 교반조건에 따른 수용액 상의 중금속 제거 효율과 생성된 수산화물의 입도 분포를 고찰하였다. pH별 실험 결과, pH 9-10에서 최적의 중금속 제거 효율이 확인되었으며, 무기응집제인 $FeCl_3$의 투입은 오히려 제거 효율을 저하시켰다. 완속교반 시간 및 강도는 70 rpm, 20 min 조건이 최대 효율을 보였으며 Cu, Ni, Zn 모두 청정 지역 기준 폐수 배출 기준을 만족하였다. 나타났다. 생성된 중금속 수산화물의 입도 분석을 수행한 결과, 입자의 99.9 %가 $2{\mu}m$ 이상이었다.

• 자원리싸이클링
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• 제19권1호
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• pp.57-65
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• 2010

최근, 인쇄회로기판 제조공정으로부터 유가자원을 회수하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 인쇄회로기판의 드릴가공 받침대로 사용한 후 폐기되는 백보드 소재활용과 소형화, 고 신뢰성화에 따른 유가금속인 금 회수가 필수적이다. 특히 이동통신용 전자부품의 핵심소재로 사용되는 인쇄회로기판부품에는 최소 0.03 ${\mu}m$에서부터 최대 50 ${\mu}m$ 두께로 금이 도금되어 있다. 금, 원자재, 약품 값 폭등으로 생산현장의 유가자원 활용이 중요한 과제로 대두되면서 유가자원 활용을 위한 경쟁이 가속화되는 추세다. 본고에서는 인쇄회로기판 제조공정에서 발생하는 폐백보드 및 금의 회수에 대한 기술동향을 제공함으로써 유가자원 활용 산업발전에 기여하고자 하였다.