KR20000050896A - Ｍｇ-Ｃａ 희생양극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하매설 철구조물의 부식방지에 쓰이는 Mg-Ca 희생양극에 관한 것으로, Mg 합금계 희생양극을 제조하는데 있어서 Mg에 저융점 개질처리 원소인 Ca를 소량 첨가하여 용해주조시 용탕보호 효과가 있을 뿐아니라, 기존에 KS 등의 Mg합금계 희생양극의 규격으로 되어 있는 방식전위차 -1.5V이상, 방식효율 50% 이상을 만족시킬 수 있다.

Description

Ｍｇ-Ｃａ 희생양극{Mg-Ca SACRIFICIAL ANODE}

본 발명은 Mg-Ca 희생양극에 관한 것으로, 특히 Mg의 용해시 빈번히 발생되는 발화를 억제할 수 있을뿐 아니라, 전위량과 효율에 있어서 규격을 만족시킬 수 있도록하는데 적합한 Mg-Ca 희생양극에 관한 것이다.

Mg 희생양극은 지하에 매설되는 철구조물(파이프, 탱크 등)에 전선으로 연결되어 같이 매몰되는 것으로, 철구조물이 부식되는 것을 방지하는데 쓰이며, 이는 전문용어로 내부전원공급식(혹은 희생양극식) 부식방지기술이라하고, 시공기술로 규격화되어 있다.(이방법과 비교되는 것으로 DC전원을 공급하는 외부전원공급식이 있음)

희생양극(sacrificial anode)이란 자신이 썩으면서 다른 금속이 부식(corrosion)되는 것을 방지하는데 쓰이는 금속을 뜻하며, 대표적인 예가 함석인데 철판에 아연이 도금되어 있어서 아연 표면에 흠이 나서 철이 공기에 노출되어 부식되기 전에 아연이 먼저 부식되어 철이 보호되는 원리를 이용한 것이다.

지하매설 철구조물에 Mg 희생양극이 사용되는 이유는 토양의 전기저항이 해수나 습한 공기 보다 높기 때문이며, Mg은 자기가 썩으면서 공급해줄 수 있는 기전력(electrochemical potential)이 높기 때문에 비저항이 높은 환경에 쓰이는 철구조물의 부식방지에 적당하다.

2차 세계대전 전후 파이프 라인의 방식을 목적으로 미국의 다우케미칼사가 각종 Mg-합금에 관한 연구를 수행하여 고순도 Mg로 된 선상양극 Galvoline, 방식효율이 우수한 AZ63합금, 저전위의 Galvomag(Mg-Mn 합금)들을 개발하였고, 현재 각국에서 이를 기본으로한 Mg희생양극이 규격화되어 사용되고 있다. 도 1의 표에서 보는 바와 같이 순 Mg인 Galvoline은 Cu/CuSO₄기준전극으로 -1.57∼-1.67V의 낮은 방식전위값과 60%의 고효율특성을 갖지만, 99.95% 이상의 고순도인 경우에 한해서 위의 특성이 관찰된다. 따라서 불순물을 억제하기 위하여 소량의 Mn 을 첨가한 Mg-Mn합금이 개발되기 시작하였다. 개발된 Mg-Mn합금은 Cu/CuSO₄기준전극으로 개로전위가 -1.75V, 효율특성이 50%로 비저항이 높은 (10,000 ohm-cm 이상) 환경에서 주로 사용된다. AZ63 합금은 Al과 Zn등의 합금원소를 정량비로 첨가하여 전기화학적 특성을 크게 개선시킨 것으로, 개로전위가 -1.5V, 효율이 60%로 비저항이 낮은 (10,000 ohm-cm 이하) 환경에서 주로 이용되는 합금이다. 이외에도 Mg-Mn합금 또는 AZ63합금을 열처리 혹은 Be등과 같은 저융점 원소를 첨가하여 20%이상의 효율특성을 향상시킨 연구가 보도되고 있다.

그러나, 상기와 같이 희생전극으로 사용되고 있는 Mg합금들은 Mg의 용해주조시 대기중에 노출되면 쉽게 불이 붙어서 많은 양의 찌꺼기(슬러리라고도 함)와 악취가 발생하여 원료손실이 많아지고, 작업환경을 열악하게 하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 Mg의 용해시 소량의 Ca를 첨가하여 용탕의 발화온도를 억제함으로서 불이 붙는 것을 방지할뿐만 아니라, 규격(KS)으로 되어 있는 방식전위차 -1.5V이상, 방식효율50% 이상을 만족시킬 수 있는 Mg-Ca 희생양극을 제공함에 있다.

도 1은 종래 Mg희생양극들과 본 발명 Mg-Ca 희생양극의 전위특성 및 효율특성을 비교한 표.

도 2는 본 발명 Mg-Ca 희생양극에서 시간에 따른 방식전위특성을 보인 그래프.

도 3은 본 발명 Mg-Ca 희생양극에서 Ca의 함량에 따른 방식효율특성을 보인 그래프.

도 4는 본 발명 Mg-Ca 희생양극들의 사진.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 Ca 0.2∼1.3%, 나머지 Mg 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 Mg-Ca 희생양극이 제공된다.

이하, 상기와 같은 본 발명 Mg-Ca 희생양극을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 Ca를 소량 첨가하여 Mg합금 제조시 취약점인 Mg-합금 발화특성을 억제시킴과 동시에 방식전위 -1.5V, 방식효율 60%이상의 전기화학적특성을 갖는 Mg-희생양극의 개발에 관한 것이다.

즉, 본 발명의 특징은 Mg내에 소량의 Ca만을 첨가함으로서 용해주조시 용탕의 안정성을 확보할 수 있고, 방식전위 및 방식효율이 우수한 Mg-희생양극 개발이 가능하다는데 기존의 Mg-희생양극과 근본적인 차이가 있다. 일반적으로 Mg희생양극에는 소량의 Mn을 함유하고 있는데, 희생양극으로 쓰이는 고 Mn 마그네슘 합금이나 AZ63합금 제조시에는 금속망간이나 MnCl₂를 첨가하여 제조한다. 이때 금속망간은 용해온도가 1300℃ 이상으로 높아 Mg-합금의 용해온도 상승과 용해시간이 길어지고, 첨가되는 망간의 수율을 높이기 위해 미분쇄해야 하는등 제조공정이 복잡한 단점이 있다. MnCl₂를 사용할 경우에도 MnCl₂가 상온에서 결정수를 4개 포함하고 있는 형태(MgCl₂· 4H₂O)로 존재하기 때문에 일정온도(195℃이상)에서 결정수를 제거하기 위한 열분해공정을 거쳐야 하는 어려움이 수반된다. 반면 본 발명의 Mg-Ca합금은 첨가원소인 Ca의 융점이 850℃로 낮고, Mg의 액상온도를 낮추며, 용탕표면 보호효과에 의하여 Mg합금용해시 빈번히 초래되는 발화를 억제할 수 있다. 특히, 1.2%이하의 소량의 Ca를 첨가함으로서 희생양극으로 규격화된 기존의 고 Mn 마그네슘 합금(Mg-Mn합금)이나 AZ63합금 수준 혹은 그 이상의 고전위, 고효율특성을 동시에 얻을 수 있다. 또한 Ca의 뛰어난 용탕표면 보호효과에 의하여 기존의 보호가스로 사용되고 있는 SF₆나 Ar가스등의 사용량을 줄일수 있어서 공해억제 및 원가절감등의 부가적인 효과도 있다.

상기와 같은 본 발명을 실시예를 들어 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예

마그네슘 20Kg을 670℃로 유지된 전기가열식 용해도가니에서 용해한 후 0.05% SF₆+CO₂혼합가스를 용탕표면에 불어주면서 Ca를 첨가하였다. 합금원소(Ca)의 균일혼합을 위하여 스터러를 이용하여 10초 동안 저어준 후, 10분동안 정치하여 도 4에서의 사진과 같은 Mg-Ca 희생양극들을 제조하였다. 제조된 Mg-Ca 희생양극들의 화학조성 및 전기화학적특성을 기존의 Mg희생양극용으로 사용하고 있는 고순도 및 Mg-Mn합금, 그리고 AZ63합금과 비교한 결과를 도 1의 표에 나타내었다.

도 1의 표에서와 같이 Mg-Ca합금은 고순도 마그네슘합금이나 고Mn 마그네슘합금 수준 혹은 그 이상의 고전위 특성을 나타냄과 동시에 AZ63합금수준 혹은 그 이상의 고효율 특성이 있음을 확인할 수 있다.

도 2는 Ca의 함량에 따른 Mg-Ca희생양극들의 자연부식전위특성 변화를 14일간 측정한 것으로, 보는 바와 같이 3개의 샘플이 모두 전위가 -1.7V 이상으로서, -1.5V로 되어 있는 규격에 만족함을 알 수 있었다.

도 3은 Ca의 함량에 따른 Mg-Ca희생양극들의 효율특성을 비교한 그래프로서, 보는 바와 같이, 3개의 샘플이 모두 규격인 50%를 넘는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명 Mg-Ca 희생양극은 고전위,고효율특성을 동시에 가져서 토질의 다양한 전기화학적 환경여건의 범위에서 사용이 가능하고, 저융점 개질처리 원소인 Ca의 용탕표면 보호효과에 의하여 Mg 희생양극의 제조시 용탕의 안정성의 확보로 원소재의 절감효과와 주조작업의 한계를 개선시켜서 희생양극의 제조공정을 단순화시킬 수 있으며, 공해억제 및 원가절감효과를 기대할 수 있다.

Claims (1)

1. Ca 0.2∼1.3%, 나머지 Mg 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 Mg-Ca 희생양극