KR102474879B1 - 금속 부식방지 키트 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 철보다 이온화 경향이 큰 희생금속 부재; 상기 희생금속 부재 내부에 개재된 하나 이상의 철 부재; 상기 희생금속 부재를 패키징하되 일 면에 형성된 개구부를 포함하는 하우징; 상기 철 부재의 일 단에 전기적으로 연결되고, 타 단이 상기 희생금속 부재 및 하우징을 관통하는 하나 이상의 도전재; 및 상기 희생금속 부재 표면 중 적어도 일부에 결합되고 상기 하우징의 개구부에 위치한 흡습성 전해 부재;를 포함하는, 금속 부식방지 키트를 제공한다.
Description
본 발명은 금속 부식방지 키트 관한 것으로, 보다 상세하게는 철금속 배관, 철금속 구조물, 철금속 컨테이너 하우스 등의 철금속 재질의 부식을 간단히 방지할 수 있는 금속 부식방지 키트에 관한 것이다.
차량 하부의 경우, 주행 중 발생하는 흠집과 동절기 노면 문제로 인한 염화 칼슘, 비 혹은 눈과 같은 자연 환경 변화로 인한 미세 사고 등으로 인해 하부 바닥에 미세한 결함이 발생하고 이로부터 산화가 시작되어 철금속 프레임 하부 바닥의 부식이 진행된다. 또한 철금속 소재의 배관이나 컨테이너 하우스 등은 장기간 외부에 노출되는 특성 상 부식에 의한 파손이 큰 문제가 되고 있다.
일반적으로 철금속 배관, 철금속 구조물(프레임) 및 철금속 컨테이너 등에서는 표면에 코팅을 하거나, 페인트를 칠하여 수분과의 접촉을 방지하여 부식을 방지하고 있다. 그러나 코팅이나 페인트만으로는 철금속 배관, 철금속 구조물(프레임) 및 철금속 컨테이너 하우스의 프레임이나 하부 바닥 등 물속 및 습한 환경에서의 부식을 방지하는 것은 한계가 있다.
이러한 코팅 내지 페인트의 부식 방지는 흠집에 의해 금속재 표면 중 일부가 노출되면 그로부터 산화가 시작되는 문제점으로 인한 한계가 있다. 특히, 지면과 맞닿는 바닥면 등에서 이러한 노출이 발생하면 추가적인 코팅 내지 페인트 처리가 어렵다.
따라서 간단하게 적용할 수 있는 금속 부식방지 키트에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명은 간단한 방법으로 철금속 재질의 부식을 방지할 수 있는 금속 부식방지 키트를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은 철보다 이온화 경향이 큰 희생금속 부재; 상기 희생금속 부재 내부에 개재된 하나 이상의 철 부재; 상기 희생금속 부재를 패키징하되 일 면에 형성된 개구부를 포함하는 하우징; 상기 철 부재의 일 단에 전기적으로 연결되고, 타 단이 상기 희생금속 부재 및 하우징을 관통하는 하나 이상의 도전재; 및 상기 희생금속 부재 표면 중 적어도 일부에 결합되고 상기 하우징의 개구부에 위치한 흡습성 전해 부재;를 포함하는, 금속 부식방지 키트를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 희생금속은 칼륨, 칼슘, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 아연으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하우징은 개구부 둘레 중 적어도 일부에 외측으로 돌출된 결합구조를 포함하고, 상기 결합구조에 열수축 필름이 부착된 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 도전재는 니켈, 주석, 납, 구리, 은, 백금, 금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 이루어진 도선이고, 상기 하나 이상의 도전재의 다발은 절연성 피복으로 코팅된 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 흡습성 전해 부재는 폴리우레탄 전해질, 폴리에틸렌옥사이드 전해질, 폴리아크릴로니트릴 전해질, 폴리아크릴산 전해질, 폴리비닐리덴플루오라이드 전해질, 폴리메틸메타크릴레이트 전해질, 폴리에틸메타크릴레이트 전해질, 폴리에틸렌카보네이트 전해질, 폴리프로필렌카보네이트 전해질, 폴리비닐알코올 전해질, 폴리비닐클로라이드 전해질, 고체 전해질로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 흡습성 전해 부재는 주쇄 중 적어도 일부에 중합성 구조를 포함하는 고분자일 수 있다.
본 발명의 일 측면은 간단하게 적용 가능하고 효과가 우수한 금속 부식방지 키트를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구 범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 부식방지 키트의 일 양태를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 금속 부식방지 키트가 차량에 부착되는 경우를 표현한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 금속 부식방지 키트가 컨테이너와 연결되어 지표면 아래 매립되는 경우를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 금속 부식방지 키트가 컨테이너와 연결되어 부착된 경우를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 금속 부식방지 키트가 차량에 부착되는 경우를 표현한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 금속 부식방지 키트가 컨테이너와 연결되어 지표면 아래 매립되는 경우를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 금속 부식방지 키트가 컨테이너와 연결되어 부착된 경우를 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 금속 부식방지 키트에 대하여 보다 구체적으로 살펴보도록 한다. 단, 하기 기재사항들은 본 발명의 예시를 통해 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하는 것일 뿐으로 본 발명이 하기 기재사항들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
금속 부식방지 키트(100)
본 발명의 일 측면에 따른 금속 부식방지 키트(100)는 철보다 이온화 경향이 큰 희생금속 부재(10); 상기 희생금속 부재(10) 내부에 개재된 하나 이상의 철 부재(20); 상기 희생금속 부재(10)를 패키징하되 일 면에 형성된 개구부를 포함하는 하우징(30); 상기 철 부재의 일 단에 전기적으로 연결되고, 타 단이 상기 희생금속 부재(10) 및 하우징(30)을 관통하는 하나 이상의 도전재(40); 및 상기 희생금속 부재(10) 표면 중 적어도 일부에 결합되고 상기 하우징(30)의 개구부에 위치한 흡습성 전해 부재(50);를 포함할 수 있다.
상기 금속 부식방지 키트(100)를 이용하면 간단한 방법으로 철 금속재 제품을 음극화하여 부식을 방지할 수 있다. 상기 키트(100)가 적용 가능한 철 금속재 제품으로는 철금속 배관, 철금속 프레임 구조물, 철금속 컨테이너 하우스 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 종래의 음극화 보호법은 희생금속을 1 m 이상의 깊이에 매설하여 수행되므로 비용 소모가 크고, 매설된 희생금속의 상태 확인이 어려우며, 일부에만 전선이 접합되어 연결불량 등으로 인하여 부식방지 효과가 저하되는 단점이 있었다.
철 금속재 제품의 부식은 물, 토양 등의 전해질과 접촉하거나 불순물, 미세 결함의 발생 등으로 인하여 전위차가 형성되면 국부적으로 양극과 음극이 형성되어 부식전류가 흐르게 되고, 이로 인하여 양극부의 금속이 용출되어 진행된다. 이를 화학식으로 나타내면 아래 (1) 내지 (3)과 같다.
(1) 환원: O2(g) + 2H2O + 4e- → 4OH-(aq)
(2) 산화: Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e-
(3) 전체: 2Fe(s) + O2(g) + 2H2O + 4e- → 2Fe2+(aq) + 4OH-(aq)
상기 희생금속(M)은 칼륨, 칼슘, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 아연으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 희생금속(M)은 철보다 반응성, 즉 이온화 경향이 높으므로 철 금속재 제품보다 먼저 산화하게 되어 발생한 전자를 환원전극에 전달함으로써 부식을 방지할 수 있다. 이러한 전자의 흐름에 의하여 발생한 전류를 방식전류라고 한다. 예를 들어, 희생금속 M을 사용하면 상기 반응식 (2) 대신 아래와 같이 반응식 (2')이 진행되고, 철의 표면에서 상기 반응식 (1)의 환원반응이 수행되어 철의 부식을 방지할 수 있다.
(2') 산화: M(s) → Mk+(aq) + ke-
상기 희생금속 부재(10)는 직육면체, 원통형 등 그 형상이 제한되지 않는다. 상기 희생금속 부재(10)는 내부에 하나 이상의 철 부재(20)가 개재된 것일 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참고하면 세 개의 철 부재(21, 22, 23)가 희생금속 부재(10)에 개재된 것을 확인할 수 있다. 희생금속 부재(10)에 철 금속(20)을 개재시킴으로써 부식전류가 상기 희생금속 M으로 용이하게 전달되고, 철 금속재 제품의 부식을 보다 용이하게 억제할 수 있다. 상기 철 부재(20)는 희생금속 부재(10)와 접촉면적을 최대화할 수 있는 형태일 수 있다.
상기 하우징(30)은 희생금속 부재(10)의 외부 노출을 방지함으로써 철 금속재 제품의 부식전류 외 다른 산화작용을 억제할 수 있다. 상기 하우징의 소재는 절연성을 가지는 것이면 제한되지 않고, 예를 들어, ABS, PC, PE, PP 등의 플라스틱, SBR, BR, NBR, EPDM 등의 고무 소재 등일 수 있다.
상기 하우징(30)은 투명 플라스틱일 수 있다. 상기 하우징(30)으로 투명 플라스틱을 사용하면 상기 희생금속 부재(10)의 소모량을 쉽게 확인하여 금속 부식방지 키트(100)의 수명을 확인할 수 있다.
상기 하우징(30)은 개구부 둘레 중 적어도 일부에 외측으로 돌출된 결합구조(35)를 포함하고, 상기 결합구조(35)에 열수축 필름이 부착된 것일 수 있다. 상기 결합구조(35)는 금속 부식방지 키트(100)가 밀착하여 결합할 수 있도록 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 배관에 사용되는 키트는 잘린 원기둥 형태일 수 있고, 평면 형태의 프레임 구조물에 사용되는 키트는 평면 판의 형태일 수 있다.
열수축 필름은 PE, PP, PVDF 등의 고분자 소재를 연신시킨 필름일 수 있다. 연신된 필름에 열을 가하면 열응력이 작용하여 필름이 수축하므로, 강한 힘으로 금속 부식방지 키트(100)를 부착시킬 수 있다.
상기 도전재(40)는 철 금속재 제품에 형성된 부식전류를 상기 철 부재(20)로 전달하고, 상기 철 부재(20)는 상기 희생금속 부재(10)로 부식전류를 전달시킬 수 있다. 따라서 상기 도전재(40)의 일 말단은 상기 철 부재(20)에 연결되고, 타 말단은 철 금속재 제품에 연결될 수 있다. 철 금속재 제품과의 연결은 용접, 납땜, 접착제 부착, 에폭시 접합 등의 방법으로 수행될 수 있다.
상기 도전재(40)의 접합 후 포화황산동 기준전극(Cu/CuSO4)를 이용하여 희생금속 부재(10)로부터 철 금속재 제품으로의 방식전류를 측정할 수 있다. 방식전류가 -0.41 V/CSE 이하이면 철 금속재 제품의 부식을 방지할 수 있다.
상기 도전재(40)는 니켈, 주석, 납, 구리, 은, 백금, 금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 이루어진 도선이고, 상기 하나 이상의 도전재의 다발은 절연성 피복으로 코팅된 것일 수 있다. 상기 절연성 피복은 천연 고무, 에틸렌프로필렌 고무, PVC, PE, PEX, 실리콘 고무, 테프론 등을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
철 금속재 제품은 수분의 존재 하에서 촉진되는데, 상기 흡습성 전해 부재(50)는 수분을 흡수하면 상기 희생금속 부재(10)와 철 금속재 제품을 전기적으로 연결하여 전술한 음극화 작용을 촉진함으로써 부식 방지효과를 개선할 수 있다.
상기 흡습성 전해 부재(50)는 폴리우레탄 전해질, 폴리에틸렌옥사이드 전해질, 폴리아크릴로니트릴 전해질, 폴리아크릴산 전해질, 폴리비닐리덴플루오라이드 전해질, 폴리메틸메타크릴레이트 전해질, 폴리에틸메타크릴레이트 전해질, 폴리에틸렌카보네이트 전해질, 폴리프로필렌카보네이트 전해질, 폴리비닐알코올 전해질, 폴리비닐클로라이드 전해질, 고체 전해질로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 흡습성 전해 부재(50)는 수분을 담지할 수 있도록 내부에 부피 기준 10~60%, 예를 들어, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%의 기공을 가지는 것일 수 있다. 철 금속재 제품의 부식을 촉진하는 염화칼슘 등이 상기 흡습성 전해 부재(50)에 담지되면 희생금속 부재(10)가 산화되어 형성된 전자가 상기 도전재(40) 외에도 흡습성 전해 부재(50)를 통해서도 전달될 수 있다. 또는, 상기 흡습성 전해 부재(50)가 전해질 수용액에 다공성 고분자 기재를 담지시킨 후 수분을 건조시켜 제조된 것일 수 있다. 이러한 흡습성 전해 부재(50)는 수분의 존재 하에 강한 전도성을 가지므로 금속 부식방지 효과가 우수할 수 있다.
상기 흡습성 전해 부재(50)는 상기 하우징(30) 외부에 노출되는 탄성을 가지는 소재일 수 있다. 이러한 소재를 사용하면 금속 부식방지 키트(100)의 부착 시 흡습성 전해 부재(50)가 압축되어 결합하게 되고, 그 결과 탄성에 의해 철 금속재 제품 및 상기 희생금속 부재(10)와 밀착하여 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 흡습성 전해 부재(50)는 주쇄 중 적어도 일부에 중합성 구조를 포함하는 고분자일 수 있다. 예를 들어, 상기 흡습성 전해 부재(50)는 알코올 또는 이소시아네이트기를 포함하는 폴리우레탄일 수 있다. 이러한 중합성 구조를 포함하는 고분자를 흡습성 전해 부재(50)로 이용하면 부착하고자 하는 철 금속재 제품의 표면에 중합성 화합물을 도포한 후 상기 중합성 구조와 화학적으로 결합시켜 상기 금속 부식방지 키트(100)에 결합력을 부여할 수 있다.
이하에서는 상기 금속 부식방지 키트를 적용한 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. 그러나 본 명세서에 기재된 발명이 아래 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
실험의 편의를 위해 가로, 세로, 높이가 5 x 5 x 2 (cm3)인 실험용 키트를 제조하여 10 x 10 (cm2)의 철 금속판에 부착한 후 염화칼슘 수용액에 투입하여 부식에 걸린 시간을 측정하였다. 비교예로는 키트를 부착하지 않은 것을 사용하였다. 키트에서 희생금속 부재(10) 및 철 부재(20)는 마그네슘과 철심을 이용하여 높이 1 cm의 직육면체 형태로 사용하였다. 도전재는 캐드웰딩 후 에폭시 코팅하여 연결하였다.
| 구분 | 비교예 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 |
| 부식시간 | 1 | 18 | 27 | 33 | 35 |
- 실시예 1: 철심은 1개를 사용하였으며, 흡습성 전해 부재로 폴리우레탄 폼을 사용하였다. 도전재로 구리선을 사용하였다.
- 실시예 2: 철심은 1개를 사용하였으며, 흡습성 전해 부재로 폴리우레탄 폼을 사용하였다. 도전재로 절연피복된 구리선을 사용하였다.
- 실시예 3: 철심은 3개를 사용하였으며, 흡습성 전해 부재로 폴리우레탄 폼을 사용하였다. 도전재로 절연피복된 구리선을 사용하였다.
- 실시예 4: 철심은 1개를 사용하였으며, 흡습성 전해 부재로 에틸렌카보네이트를 함침시킨 폴리우레탄 폼을 사용하였다. 도전재로 절연피복된 구리선을 사용하였다.
철 금속판 표면에 프라이머를 도포한 후 상기 키트를 부착하여 폴리우레탄 폼을 반응시켰다. 결합구조(35)에 부착된 열수축 필름으로 철 금속판을 감싼 후 가열한 결과 금속 부식방지 키트(100) 무게의 25배에 달하는 힘을 가하였음에도 접착부위가 떨어지지 않았다.
Claims (5)
- 철보다 이온화 경향이 큰 희생금속 부재;
상기 희생금속 부재 내부에 개재된 하나 이상의 철 부재;
상기 희생금속 부재를 패키징하되 일 면에 형성된 개구부를 포함하는 하우징;
상기 철 부재의 일 단에 전기적으로 연결되고, 타 단이 상기 희생금속 부재 및 하우징을 관통하는 하나 이상의 도전재; 및
상기 희생금속 부재 표면 중 적어도 일부에 결합되고 상기 하우징의 개구부에 위치한 흡습성 전해 부재;를 포함하는, 금속 부식방지 키트에 있어서,
상기 희생금속은 칼륨, 칼슘, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 아연으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나이고,
상기 하우징은 개구부 둘레 중 적어도 일부에 외측으로 돌출된 결합구조를 포함하고,
상기 결합구조에 열수축 필름이 부착되며,
상기 흡습성 전해 부재는 철 금속재 제품에 직접 접촉되고, 폴리우레탄 전해질, 폴리에틸렌옥사이드 전해질, 폴리아크릴로니트릴 전해질, 폴리아크릴산 전해질, 폴리비닐리덴플루오라이드 전해질, 폴리메틸메타크릴레이트 전해질, 폴리에틸메타크릴레이트 전해질, 폴리에틸렌카보네이트 전해질, 폴리프로필렌카보네이트 전해질, 폴리비닐알코올 전해질, 폴리비닐클로라이드 전해질, 고체 전해질로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로서, 에틸렌카보네이트를 함침시켜 제조한 것인,
금속 부식방지 키트. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 도전재는 니켈, 주석, 납, 구리, 은, 백금, 금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 이루어진 도선이고,
상기 하나 이상의 도전재의 다발은 절연성 피복으로 코팅된, 금속 부식방지 키트. - 삭제
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| KR102652316B1 (ko) * | 2023-12-28 | 2024-03-27 | 심세보 | 복합탄소를 이용한 금속의 부식방지 장치 |
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| JP2015527493A (ja) * | 2012-07-30 | 2015-09-17 | コンストラクション リサーチ アンド テクノロジー ゲーエムベーハーＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ | 流電陽極および腐食防止方法 |
| KR102334292B1 (ko) * | 2021-04-30 | 2021-12-03 | 주식회사 삼공사 | 자력 고정식 희생양극 조립체 |
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