자동차워터펌프 임펠러의 침·부식 파손에 대한 연구

Abstract

본 연구에서는 이러한 실제 승용엔진에 장착되어있는 워터펌프의 임펠러에 대한 부식 및 침식의 특성을 실제 현미경 및 무게 측정을 통해 파악하였다. 실제 워터펌프에 장착된 임펠러를 현장조건과 동일한 혹은 다른 여러 가지 조건의 혼합액(여기서는 부동액과 물의 조합)에 일정기간 방치시킨 후, 그 표면의 상태 변화와 전체적인 무게변화를 관찰하였다. 관찰에 대한 결론은 다음과 같다. 1. 일반 수돗물의 경우, 부동액을 섞은 경우에 비해 부식의 정도가 심하게 나타났고, 표면에 미세조직이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 부식은 시간에 따라서 선형적으로 급속히 진행되었고, 그 선형상수는 0.38에서 시간의 지남에 따라 0.25로 도출되었다. 2. 실제 임펠러를 실제 차량에 적용되는 부동액과 물의 혼합액에서 회전시켜 그 동적거동에 의한 침·부식 상태를 측정한 결과 정적인 상태의 부식현상과 유사하게 선형적으로 무게감량이 발생하였다. 이것은 임펠러가 회전함에 따른 표면에서 침식에 의한 산화를 촉진시켜 수돗물 내에 놓인 시편의 정적상태의 부식보다도 약 2-3배가량의 0.7로 선형적 무게감량 현상이 일어났다. 3. 부동액과 희석된 시편과 임펠러 역시 정적인 상태에서의 변화는 없었으나 동적인 상태에서는 일정한 시일에 0.2라는 선형적인 기울기를 보이기도 했다. 이는 임펠러가 회전하는 동적상태에서는 침식현상이 발생하고, 시편 표면에서의 산화가 촉진되어 그 부식을 가속화시킨다고 판단된다. 4. 아직 위와 같은 침식현상에 대한 관찰을 위해서는 차후 온도의 영향과 수중청음기를 이용하여 임펠러침식에 영향을 줄 수 있는 공동화(cavitation)실험이 보조적으로 필요한 것으로 사료된다.

The steel impeller placed in a water pump has been studied with the aim to understand erosion-corrosion phenomena on the surface responsible for reducing the pumping efficiency of water inside cooling system. The experiments include a period (over 8 months) observation with a powered microscope, weight and pH measurements. The corrosion experiments are carried out at 4 different static conditions of water and mixtures of water and coolants, which is based on the water contents of 25%, 50%, 75%, and 100% water (i.e. pure tap water). From the visual results of microscopy, most of the static steel surface is fitted and has clear rusty, and corrosion phenomena are noticeable as time goes. In addition, the weight loss of the sample specimen submerged in water is linearly increased, whereas those in the mixtures of water initially gain weight and become almost constant. In order to see the dynamic effect of the impeller on the erosion- corrosion phenomena, the steel impellers are located in water and water-coolant mixtures. The experiments have been done around 3-4 hours a day changing the rotating speeds of the impeller. The immediate results show that the rate of weight loss of the rotating impeller is proportional to a linear curve and 2 times higher than the static impeller case in water. However, the rate of weight loss of impeller submerged in the mixtures is considerably decreased and almost constant due to the corrosion-proof ingredients of coolant. The weight loss trends in water and mixtures are evident at laboratory scales and may continue all the way up or saturate to a certain value at the time range up to several years, although this latter statement cannot be proved from the present data. In addition, precisely how to make such a proof is unclear and requires further work. Consequently, the choice of impeller and water-coolant mixture should be undertaken with caution.