The hull material of a high-speed ship may cause erosion damage from fluid impact. When physical erosion and electrochemical corrosion combine, erosion corrosion damage occurs. The aluminum ship is vulnerable to erosion corrosion because it can be operated at high speed. Thus, in this study, Al5052-O and Al6061-T6 aluminum alloys for the marine environment were selected as experimental materials. The erosion corrosion resistance of Al5052-O and Al6061-T6 aluminum alloys in seawater was investigated by an erosion test and potentiodynamic polarization test at the various flow rate (0 m/s, 5 m/s, 10 m/s, 15 m/s, 20 m/s). Erosion corrosion characteristics were evaluated by surface analysis, 3D analysis, SEM analysis, and the Tafel extrapolation method. The results of surface damage analysis after the erosion test showed that Al6061-T6 presented better erosion resistance than Al5052-O. The results of the potentiodynamic polarization test at the various flow rate, corrosion current density by Tafel extrapolation presented lower values of Al6061-T6 than Al5052-O. Al5052-O showed more surface damage than Al6061-T6 at all flow rates. Consequently, Al6061-T6 presented better erosion corrosion resistance than Al5052-O. The results of this study are valuable data for selecting hull material for an aluminum alloy vessel.
Recently, 5000 series and 6000 series Al alloys have been used as hull materials for small and medium-sized ships because of their excellent weldability, corrosion resistance, and durability in marine environments. Al ships can navigate at high speed due to their light weight. However, cavitation-erosion problems cause reducing durability of Al ship at high speed. In this investigation, 5052-O, 5083-H321, and 6061-T6 Al alloy materials were used to evaluate the damage characteristics with amplitude (cavitation strength). As a result of the electrochemical experiments, the corrosion current density and corrosion potential of 6061-T6 in seawater were 8.52 × 10-7 A/㎠ and -0.771 V, respectively, presenting the best corrosion resistance. The cavitation-erosion experiment showed that 5052-O had the lowest hardness value and cavitation-erosion resistance. 5052-O also had a very short incubation period. As the experiment progressed for 5052-O, pitting formed and grew in a short time, and was observed as severe cavitation-erosion damage that eliminated in large quantities. Among the three specimens, 5083-H321 presented the highest hardness value and the damage rate was the smallest after the initiation of pitting.
The characteristics of cavitation-erosion damage with changes in the amplitude of 5052-O aluminum alloy for ships were investigated in a seawater environment. In the cavitation-erosion experiment, the cavitation environment was created using a vibration-generating device with a piezo-electric effect. The amplitudes of 5 ㎛, 10 ㎛, and 30 ㎛ were created by changing the geometric shape of the cavitation horn. The resistance characteristics of cavitation-erosion damage were evaluated by weight loss and pitting area. The damaged surface was analyzed using scanning electron microscopy (SEM) and 3D optical microscopy. As the amplitude increased, the amount of damage and the area of the damaged surface increased, and the damage was concentrated at the center and edge of the specimen. The pit was created after the initial incubation period with increasing experimental time, and then the pits were merged to grow and propagate into craters, and eventually, the surface was detached and damaged. The cavitation-erosion damage after 30 minutes with amplitude of 10 ㎛ and 30 ㎛ was 1.48 and 2.21 times compared to 5 ㎛, respectively.
In this study, various electrochemical experiments were carried out to compare the corrosion characteristics of AA5052-O, AA5083-H321 and AA6061-T6 in seawater. The electrochemical impedance and potentiostatic polarization measurements showed that the corrosion resistance is decreased in the order of AA5052-O, AA5083-H321 and AA6061-T6, with AA5052-O being the highest resistant. This is closely associated with the property of passive film formed on three tested Al alloys. Based on the slope of Mott-Schottky plots of an n-type semiconductor, the density of oxygen vacancies in the passive film formed on the alloys was determined. This revealed that the defect density is increased in the order of AA5052-O, AA5083-H321 and AA6061-T6. Considering these facts, it is implied that the addition of Mg, Si, and Cu to the Al alloys can degrade the passivity, which is characterized by a passive film structure containing more defect sites, contributing to the decrease in corrosion resistance in seawater.
최근 FRP 선박의 폐선 처리문제, 환경 규제의 강화, 자원 재활용 등의 관점에서 소형 알루미늄 합금 선박의 건조가 증가하는 추세이다. 그러나 알루미늄은 가볍기 때문에 해양에서 고속으로 운행 가능한 알루미늄 선박은 캐비테이션이 발생되어 기포붕괴에 따른 큰 충격압력에 의해 캐비테이션 침식이 일어남으로서 재료의 수명에 있어 문제점을 드러내고 있다. 따라서 본 연구에는 캐비테이션에 의한 손상을 방지하여 내구 수명을 연장시키기 위한 방법으로 워터 캐비테이션 피닝 기술을 선박용 알루미늄 합금에 적용하였다. 이를 위하여 워터 캐비테이션 피닝을 실시하여 내캐비테이션 특성이 가장 우수한 적용 시간을 규명하였다. 선박용 알루미늄 합금 5456-H116, 5083-H321 그리고 5052-O는 워터캐비테이션 피닝을 실시함으로써 내캐비테이션 특성이 워터 캐비테이션 피닝을 하지 않은 시편보다 무게감소량이 각각 42.11 %, 50.0 % 그리고 25.7 % 개선되었다.
The cavity formed by the ultrasonic generation in the fluid with the application of water cavitation peening collides into the metal surface. At this time, the surface modification effect such as the work hardening presents by the compressive residual stress formed due to the localized plastic deformation. In this investigation, the water cavitation peening technology in the distilled water with the lapse of time was applied to 5052-O aluminum alloy for aluminum ship of a high value. So, the optimum water cavitation peening time on the effect for surface hardening and anti-corrosion property was investigated. Consequently, the water cavitatin peening time on excellent hardness and corrosion resistance characteristic presented 3.5 min. and 5.0 min, respectively. The surface hardness in the optimum water cavitation peening time was improved approximately 45% compared to the non-WCPed condition. In addition, corrosion current density was decreased.
Al alloys have been used widely for commercial and military ships in most ocean countries since mid-1950s, and the value as light metal with high mechanical strength has been proven. As the safety and fuel efficiency of Al ships have improved, she can carry more freight, sail faster and travel longer distances. Furthermore, in the shipbuilding industry, Al alloys are applied as structural materials for ships to various areas including the deck of luxurious cruises, battleships and leisure ships. In addition, Al alloys are being spotlighted as environmental-friendly material as they can be recycled even after end of lifespan. However, Al alloys for ships must be carefully selected after considering corrosion resistance, endurance, strength, and weldability in sea water environment. Al alloys to satisfy these conditions are used widely include 5000 series Al-Mg alloy and 6000 series Al-Mg-Si alloy. Thus, this study selected and evaluated the cavitation characteristics of the 5000 series Al alloys that are used in hulls that directly contact seawater and the 6000 Al alloys that are used in the upper structures of ships. Results of cavitation test with time, weightloss and cavitation rate of 5456-H116 showed the smallest damage among 5052-O, 5456-H116 and 6061-T6.
A1100, A5052, A6061, A6063, A7075 규격의 시판 알루미늄 합금 판재를 $Na_2SiO_3$와 $Na_2P_2O_7$ 전해질에서 pulse폭 $2000{\mu}sec$, + impulse 420 V, $400{\mu}sec$, -impulse $300{\mu}sec$의 bipolar pulse로 플라즈마 전해 산화 코팅(plasma electrolytic oxidation coating)한 산화피막의 결정상을 분석하였다. 표면에 형성된 산화물의 결정상은 ${\alpha}-alumina$, ${\gamma}-alumina$, ${\eta}-alumina$, $Al_{4.95}Si_{1.05}O_{9.52}$, 그리고 $(Al_{0.9}Cr_{0.1})_2O_3$가 관찰되었다. Bipolar pulse에 의해서 전해액의 성분인 Si가 산화피막에 포함되며, 포함된 Si는 결정상을 형성하기도 하지만 유리상을 형성시킨다. 이때 합금의 Mg 성분은 유리상의 양을 증가시킨다. Micro plasma에 의해서 용융된 표면은 유리상이 먼저 형성되고 이후 계속된 micro plasma의 열에 의하여 새로운 결정상으로 전이가 일어나는 과정을 거치며, 이에 따라 기존에 보고된 결정상이외에도 다양한 결정상이 형성될 수 있음을 추측할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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