플라즈마 전해산화 처리된 마그네슘 합금의 내부식성에 미치는 지르코니아 영향

Abstract

최근 국내 전자부품 및 자동차산업의 획기적인 발전과 더불어 재료공학분야에 있어 경량소재의 개발 및 물성에 대해 많은 관심이 집중되고 있으며, 이에 대표적인 경량금속으로 알려진 마그네슘 합금에 대해 다방면으로 연구 개발이 진행되고 있다. 하지만 마그네슘 합금은 여타 경량 금속에 비해 산화 분위기 조건에서 쉽게 활성화되기 때문에 그 산업적인 적용이 제한적이었다. 친환경 표면처리 기법인 플라즈마 전해 산화(plasma electrolytic oxidation, PEO)는 전해액 내 침지된 금속소재에 플라즈마 마이크로 방전을 유도하고, 그 에너지를 이용하여 모재표면을 세라믹 층으로 변화시키는 기술이다. 이를 통해 균일하고 모재와 밀착성이 매우 우수한 코팅층을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 내식성을 포함한 여러 물성을 향상시킬 수 있는 다기능 표면처리 방법이라고 할 수 있다. 이처럼 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성된 산화막의 특성은 전류밀도 및 전해액을 포함한 다양한 조건에 의해 제어되며 특히, 마그네슘 합금에 있어 전해액 조건은, 산화막의 형성 및 물성에 미치는 중요한 인자중의 하나로 알려져 있다. 플라즈마 전해산화 처리된 마그네슘 합금에 관한 선행연구 결과에 따르면, 전해액 조성을 제어함으로써 코팅 시 필연적으로 발생하는 산화막내의 기공 분율을 낮추거나 또는 TiO2, Al2O3, ZrO2와 같은 산화물을 마그네슘 산화막 내에 인가하여 부식조건을 개선할 수 있다. 이 중 ZrO2의 부식 특성은 비교적 우수하기 때문에 본 연구에서는 마그네슘 합금의 내부식 성능을 향상시키기 위해 형성된 마그네슘 산화막 내에 ZrO2 미세 입자를 유도하였다. 전해액 내에 존재하는 ZrO2 입자들은 플라즈마 전해산화 처리 시 산화막, 특히 기공주변에 주로 분포하였다. 동전위 분극시험 결과로부터 산화막에 ZrO2 입자가 존재하는 경우, 존재하지 않는 경우에 비해서 분극 저항값이 4배 이상 증가하였다. 또한 염수분무 실험 결과로부터 ZrO2 입자가 코팅층 내 균일하게 존재한 마그네슘 합금의 내식성이 향상되었음을 알 수 있다. 이는 플라즈마 전해산화 처리 시 ZrO2 입자가 마그네�� 산화막에 효과적으로 분포함으로써 보다 치밀한 산화층을 형성하였기 때문이다.