졸-겔법으로 제조된 세라믹 나노입자를 코팅한 SUS304의 온도별 부식특성

Abstract

최근 산업이 발달함에 따라 재료의 수명연장에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 산업에 이용되고 있는 금속소재들은 일반적으로 부식에 취약한 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 금속의 표면처리를 실시하여 금속소재의 수명을 향상시켜 사용하고 있으며, 대표적으로 이용되고 있는 표면처리 방법으로는 플라즈마 용사법, 스퍼터링법, 전자빔 코팅법 등이 물리 증착법과 화학적인 방법에 의해 표면처리 코팅이 이용되어 지고 있다. 따라서 본 연구에서는 졸-겔(Sol-Gel) 공정으로 나노 입자(5 nm ~ 100nm)를 갖는 Y2O3 세라믹 코팅액을 제조하였으며 코팅효과를 알아보기 위해 고온부식에 취약한 SUS304 재료를 시편으로 선택하여 딥-코팅(Dip Coating) 방법으로 표면에 Y2O3를 박막형태로 증착하였으며, 각각의 부식온도 930℃, 950℃, 960℃, 980℃를 24h 유지하여 부식실험을 실시하였다. 각 온도별 부식실험을 실시한 Y2O3가 코팅된 SUS304 시편의 표면과 단면을 광학현미경(Optical Microscopy)과 주사전자현미경(FE-SEM) 장비를 이용해 관찰하였다. 또한 표면부식층에 산화물 성분을 X선 회절장치(X-ray diffraction)와 EDS(Energy Dispersive Spectrometer)를 이용해 성분을 분석하였고 관찰한 결과를 바탕으로 금속부식 메카니즘을 규명하고자 하였다. Sol-Gel 법으로 미세하고 균일한 Y2O3 세라믹 나노 분말을 제조가 가능하며 제조된 세라믹 나노분말을 시편에 결함 없이부착 시킬 수 있는 기술을 확보하였으며, Y2O3로 코팅된 시편은 코팅되지 않은 시편에 비해 적은 산화물을 형성하며 온도가 증가함에 따라 산화는 증가하지만 높은 부식저항성을 나타났으며 부식된 시편의 표면에서 Cr2O3, Fe2O3의 산화물 입자들이 균일하게 분포하며, 코팅된 시편은 더 미세하고 적은 양의 표면산화물 검출되었다. 부식온도의 변화에 따른 실험결과 코팅된 시편이 부식방지 효과가 있으며, 온도에 따른 부식을 통해 이를 확인하였다. 이 결과를 토대로 제조한 세라믹 나노 분말이 고온에서의 부식능을 향상 시킬 수 있다고 생각하며 이러한 제조방법을 이용하여 코팅 층의 얇은 박막코팅에 유효한 반도체 소자나 전자기판, 전자기기 부품 등 중량에 민감한 재료에 나노코팅 방법의 이용이 용이 할 것으로 기대된다.