强靭鑄鐵의 腐蝕-磨滅特性과 그 抑制에 關한 硏究

Abstract

실제 기계부품 및 금속성형용 프레스금형 재료는 오염된 부식환경 중에서 대부분 사용되며, 작업환경의 오염화는 전반적인 산업발전으로 인한 석탄, 석유 및 가스등 화석에너지의 소비량 증가로 더욱 악화되고 있다. 특히 화석에너지의 소비량이 많은 공업지역의 오염원으로는 유황화합물인 SO₂, SO₃ 및 H₂S, 질소화합물인 NO와 NH₃, 산화물인 CO 그리고 염화물인 HCl과 Cl2 등 이며, 이들 대기오염물질(air pollutants)은 항상 기계부재 및 금형공구의 부식을 활성화하고 있다(10). 또한 대기오염물질 중에서 SO₂, SO₃, CO 및 THC (total hydrocarbon)등은 금속표면의 수분과 흡착하여 강산성 부식환경이 되어 금속의 부식을 더욱 촉진시킨다. 따라서 대기오염물질과 산성환경은 기계부품 및 금형공구로 사용 중인 강인주철의 부식마멸을 더욱 가속화시키는 원인이 되므로 오염 환경에 노출된 기계부품과 금형공구를 소홀히 관리하면 부식에 의해 다음과 같은 심각한 문제에 이르게 된다(11-12). (1) 부식-마멸을 고려하여 지나친 내마모성의 고가재료를 사용하는 경우 과잉설계로 인한 재료비와 가공비 등의 제작비용이 증대된다. (2) 부식-마멸손상으로 인해 거칠어진 표면은 기계장치나 금형의 수명을 단축시키고, 제품의 정밀도 저하와, 금형공구 파손 및 안전사고의 큰 원인이 되기도 한다. 현재 많은 연구자들에 의해 기계적인 원인과 열적인 원인 등의 마멸특성에 대해서는 미끄럼속도, 미끄럼거리, 접촉하중, 마찰면의 온도, 상대재료의 경도 등 외적인 인자에 관하여 발표되고 있다(13-17). 또한 전기 화학적 원인인 부식환경 변화에 따른 부식-마멸특성에 대해서는 NaCl 농도변화, 윤활유 첨가 및 극압 첨가제에 따른 부식-마멸특성에 대한 연구 등은 활발하게 이루어지고 있다(18-23). 그러나 pH 환경변화에 따른 강인주철의 부식특성과 부식-마멸특성에 대한 연구보고는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 강인주철(GC 300)의 부식-마멸에 관한 연구를 하기 위하여, 강인주철(GC 300) 및 고주파열처리한 강인주철(GC 300-H)의 전기 화학적 부식특성을 Potentiostat/Galvanostat 부식실험장치로 분극실험하고, 프렛팅(fretting) 마멸특성과 부식환경 중 부식-마멸특성은 핀-디스크(pin-on-disk type) 접촉방식의 마찰마멸시험기를 사용하여 관찰?조사하였다. 이러한 실험결과를 토대로 하여, pH 변화에 따른 부식환경 중에서 강인주철 및 고주파열처리한 강인주철의 전기화학적 부식성 및 분극지배기구, 프렛팅 마멸특성, 부식환경 중 부식-마멸특성에 대해 고찰하고, 고주파열처리에 의한 강인주철의 프레팅 마멸 및 부식-마멸 억제특성에 대해 구명함으로써 강인주철의 부식과 부식-마멸에 대한 기초 설계?제작 및 유지보수의 자료로 활용하는데 기여하고자 한다.

The parts of machine tools being used in the manufacturing industry, metal mold for metal forming and piston and cylinder liner of internal combustion engine etc. are requested to endure high power, high speed and severe environments. Accordingly, high strength cast iron(GC 300) is noticed due to its excellent corrosion resistance, wear resistance and heat resistance. Actually, machine parts, internal combustion engines and metal mold for metal forming are exposed to polluted environments. Industrial development and income increase caused rapid increase in using of the fossil energy such as coal, petroleum and natural gas, and resulted in accelerating the environmental pollution. Specially, air pollutants, such as SOx, NOx, CO etc., accelerate corrosion-wear of high strength cast iron(GC 300) applied to machine parts, internal combustion engines and so on. Therefore, if machines manufactured from cast iron are operated in the polluted environments, they result in life shortening, precision deterioration of products and safety accidents. Studies on the mechanical characteristics, material analysis and wear characteristics for GC 300 were carried out by many researchers, but study on the characteristics of electrochemical polarization and wear can't be found out. To study on the characteristics of corrosion-wear for high strength cast iron(GC 300), wear and corrosion wear test of GC 300 was carried out in air, various pH environments and grinding environments. Based on test results, we would like to provide the basic data with respect to corrosion and corrosion-wear of machine parts and metal mold members manufactured by GC 300. The main results obtained are as follows : 1) The critical speed indicating the maximum value of wear rate transits at the low speed with increasing contact pressure in atmosphere. 2) As corrosive environment become acidic, the corrosion rate of GC 300 and induction hardening GC 300 increases. Also, with changing from neutral to alkali environment, the corrosion rate of GC 300 and induction hardening GC 300 decreases. 3) The corrosion reaction of GC 300 and induction hardening GC 300 occurs through anodic control mechanism in acidic environment, and cathodic control mechanism in alkali environment. 4) In super-precision wet grinding and wet grinding environment, the wear loss was low due to abrasive action of abrasive grains and cooling action of abrasive liquid, but in dry grinding environment, it was high owing to cutting action of abrasive grains. 5) The corrosion wear loss of induction hardening GC 300 appears relatively lower than that of GC 300 in various pH environments. 6) The corrosion wear loss of GC 300 after immersion test increases rapidly due to hydrogen evolution corrosion in strong acid environment, but is relatively stable in neutral and alkali environment.