KR20020004633A - 일체형 반복부식실험장치 - Google Patents

일체형 반복부식실험장치 Download PDF

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KR20020004633A
KR20020004633A KR1020000038699A KR20000038699A KR20020004633A KR 20020004633 A KR20020004633 A KR 20020004633A KR 1020000038699 A KR1020000038699 A KR 1020000038699A KR 20000038699 A KR20000038699 A KR 20000038699A KR 20020004633 A KR20020004633 A KR 20020004633A
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전재호
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신현준
재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

본 발명은 자동차 배기계 재료의 시편에 대한 침적부식, 습기부식, 건기부식 및 산화부식을 단일 챔버내에서 연속적이면서 복합적으로 간편하고 정밀하게 반복적으로 실시할수 있는 일체형 반복 부식실험장치에 관한 것이다.
본 발명은 자동차 배기계 재료의 시편에 대하여 응축수 부식실험을 수행하는 장치에 있어서, 상기 시편이 내부공간에 배치되고, 열원을 제공하는 제 1가열히터(35a)가 외부면에 설치되고, 가스주입구(36a), 배출구(36b)를 갖는 덮개(36)가 상단에 실링부재(36c)를 매개로 착탈가능하게 조립되는 메인챔버(30)와, 일정량의 부식용액이 채워지고, 제 2가열히터(35b)가 외부면에 설치되는 보충탱크(31)와, 상기 메인챔버(30)와 보충탱크(31)사이에서 부식용액을 공급, 회수할 수 있도록 공급, 회수펌프(32a)(33a)를 갖는 공급, 회수라인(32)(33) 및 상기 메인챔버(30)내의 수위, 온도 및 습도를 측정하는 측정부(34)를 포함하는 일체형 반복부식 실험장치를 제공한다.

Description

일체형 반복부식실험장치{integrated compact cyclic corrosion test equipment}
본 발명은 자동차 배기계 재료의 시편에 대한 침적부식, 습기부식, 건기부식및 산화부식을 단일 챔버내에서 연속적이면서 복합적으로 간편하고 정밀하게 반복적으로 실시할수 있는 일체형 반복 부식실험장치에 관한 것이다.
자동차 배기계의 재료는 응축수부식, 습기 및 건기부식, 산화부식등의 복합적인 부식분위기에서 부식이 발생한다. 여기서, 응축수부식은 배기가스가 냉각되어 머플러 내부에 응축되어 재료의 내부를 부식시키는 현상으로, 응축수는 주로 SO4 2-, CO3 2-,NH4 + a,NO3 -,CL-및 CH3COO-등으로 구성되어 있다. 이러한 각 이온성분은 차종 및 엔진의 디자인에 따라 다소 다르며, 응축수부식 실험방법 및 실험장치도 국가와 회사마다 다소 차이가 있다.
가장 간단한 부식실험장치는 상온이나 80℃의 모사된 응축수 용액안에 시편을 일정시간 침지하여 무게감량을 측정하는 것이 알려져 있는데, 이러한 종래의 방법은 실험결과에 대한 정확도 및 신뢰성이 떨어지기 때문에 재료의 내식성을 정확하게 평가하는데 한계가 있었다.
최근에는 이러한 문제점을 해결하고, 좀더 자동차 배기계의 부식환경을 보다 정밀하게 모사하기 위한 장치가 개발되어 사용되고 있다. 이 경우 실험방법은 통상 침적부식(응축수부식)→습기부식→건기부식→산화부식→건기부식을 1주기로 하며, 시편은 이러한 서로 다른 분위기를 이송하면서 반복적인 부식을 격게 되며, 이러한 종래의 부식실험장치는 각 부식단계마다 별도의 독립적인 실험이 가능하도록 챔버로 구성되어 있었다.
도 1은 종래의 부식실험장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 시편(16)은 일정길이의 와이어(17)에 의해 고정되어 이송하게 되고, 상,하부에 배치되는 휠(18)(19)에 감김구성되는 와이어(17)가 모터부재(22)에 연결구성됨에 따라 상기 모터부재(22)의 구동력에 의해서 상기 시편(16)은 이송된다. 그리고, 상기 시편(16)가 통과하는 침적탱크(1), 습기/건기챔버(7) 및 산화가스분위기챔버(13)는 수직하게 배열되고, 수직한 상기 센서바(20d)에는 위치감지센서(20a)(20b)(20c)를 갖추며, 상기 와이어(17)에는 이와 더불어 이동되는 시편(16)을 각 탱크(1)(7)(13)내에 일시 정지시킬수 있도록 상기 센서부재(20a)(20b)(20c)에 간섭되는 위치감지용 추(21)를 갖추어 구성한다.
또한, 상기 탱크(1), 각 챔버(7)(13)의 상부는 시편(16)이 이송될때마다 미도시된 실린더의 구동력에 의해서 작동되는 덮개(2a)(2b)(2c)에 의해서 개폐된다.
이에 따라, 첫번째로 상기 탱크(1)내에 있는 시편(16)은 응축수모사용액에 의하여 부식이 진행되도록 되어 있고, 상기 침적탱크(1)내의 용액수위는 용액보충탱크(4)에 의하여 일정수위를 갖도록 보충되어진다.
두 번째는 시편(16)이 습기/건기챔버(7)를 이송되며, 여기서는 먼저 증류수(9)가 담겨진 수분공급탱크(8)에서 일정습도를 가지는 가스가 습기가스주입구(10)를 통하여 공급되어 상기 챔버(7)내를 습기분위기로 만들고, 일정시간이 지나면 건기가스주입구(11)를 통하여 건기가스를 공급하여 상기 챔버(7)내를 건기분위기로 만들며, 가스전환시 발생되는 가스들은 배출구(12)를 통하여 배출된다.
연속하여 상기 침적탱크(1) 및 습기/건기챔버(7)를 거친 시편(16)은 최종적으로 산화가스분위기 챔버(13)로 이송되며, 여기서는 분위기조절을 위하여 산화가스주입구(14)를 통하여 가스가 주입되며, 주입된 가스는 실험후 배출구(12)를 통하여 배출된다.
그리고, 상기 침적탱크(1) 및 각 챔버(7)(13)의 온도는 그 외부면에 설치되는 가열히터(5a)(5b)(5c)에 의해서 일정온도를 유지하도록 설정된다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래 복합 부식실험장치의 문제점은 다음과 같다.
첫 번째로 시편(16)의 위치를 감지하는데 문제점이 발생한다. 종래의 장치는 도 1에 도시한 바와같이, 시편(16)을 이송하고 시편(16)의 위치를 감지하기 위하여 와이어(17)를 시편에 걸어서 수직으로 이동하면서, 각 위치감지센서(20a)(20b)(20c) 및 시편위치감지용 추(21)를 이용하여 시편(16)의 위치를 탱크(1) 및 각 챔버(7)(13)내에 고정시키게 되는데, 모터부재(22)가 위치하는 지면에서부터 상부의 휠(18)까지의 거리가 길기 때문에, 와이어(17)가 흔들리게 되고, 상기 와이어(17)가 흔들리게 되면, 상기 위치감지센서(20a)(20b)(20c)가 위치감지용 추(21)를 제대로 감지하지 못하게 되는 경우가 발생하게 되었다.
두 번째로는 침적탱크(1)의 밀봉문제이다. 종래의 장치는 탱크(1) 및 챔버(7)(13)의 설치구조상 시편(16)을 위아래로 이송하여만 하기 때문에, 매번 덮개(2a)(2b)(2c)를 개폐작동시켜야만 한다. 이에 따라 구동특성상 내부를 완벽하게 밀봉할수 없고, 이동부재인 상기 와이어(17)의 굵기 만큼은 틈이 존재하기 때문에 완벽한 밀봉은 불가능하였다. 이와 같이 탱크(1)의 밀봉이 제대로 이루어지지 않으면, 침적탱크(1)의 경우 용액이 증발하여 용액농도의 변화가 발생하는 문제점이 유발됨에 따라 침적탱크(1)의 용액보충이 주기적으로 이루어져야 한다. 그리고, 습기/건기챔버(7)의 경우 내부의 습도 및 온도조절이 제대로 이루어지 않으며, 산화가스 분위기챔버(13)의 경우에도 온도조절 및 분위기 조절을 원하는 대로 만드는 것이 불가능하였다.
세 번째로는 부식실험장치의 수직한 기하학적인 구조에서 발생하는 문제점으로서, 구체적으로 설명하면 습기/건기챔버(7)의 바로위에 고온의 산화가스 분위기챔버(13)가 위치하기 때문에, 상기 챔버(7)(13)의 온도를 독립적으로 조절하기가 어려워진다.
일반적으로 습기/건기 챔버는 80℃의 비교적 저온으로 유지되는 반면에, 산화가스분위기 챔버(13)는 300 내지 500℃의 고온에서 유지되기 때문에 상기 챔버(7)(13)가 수직으로 가깝게 위치하면, 서로 간에 온도간섭이 존재하게 된다. 즉, 상기 습기/건기챔버(7)의 상단부분은 설정된 80℃보다 높게 되고, 상기 산화가스분위기 챔버(13)는 설정된 온도보다 낮게 형성되며, 특히 상기 덮개(2b)가 열리는 경우에는 온도 불균일이 더욱 심하게 발생하였다.
네 번째로 종래의 부식실험장치는 3개이상의 별도의 챔버를 사용해야만 하기 때문에 장치의 전체구성이 매우 복잡하고, 장치를 제작하는데 있어서 비용이 많이 들게 되고, 장치가 차지하는 공간도 커질 수밖에 없는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 그 목적은 부식단계마다 시편을 번거롭게 이송할 필요없고, 시편이 수용되는 공간을 완벽하게밀봉할수 있고, 구조가 간단한 단일 챔버구조로 이루어져 부식,습기/건기 및 산화가스부식실험을 연속적이고, 복합적으로 수행할수 있는 일체형 반복 부식실험장치를 제공하고자 한다.
도 1은 종래기술에 따른 부식실험장치를 도시한 개략구성도,
도 2는 본 발명에 따른 일체형 반복부식 실험장치를 도시한 구성도,
도 3(a)(b)(c)(d)(e)는 본 발명에 따른 일체형 반복부식 실험장치의 실험단계를 도시한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
30 .... 메인챔버 31 .... 보충탱크
32 .... 공급라인 32a .... 공급펌프
33 .... 회수라인 33a .... 회수펌프
32b,33b .... 자동차단밸브 34a .... 수위조절계
34b .... 온도계 34c .... 습도계
35a .... 제 1가열히터 35b .... 제 2가열히터
36a .... 가스주입구 36b .... 배출구
상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로써, 본 발명은
자동차 배기계 재료의 시편에 대하여 응축수 부식실험을 수행하는 장치에 있어서,
상기 시편이 내부공간에 배치되고, 열원을 제공하는 제 1가열히터가 외부면에 설치되고, 가스주입구, 배출구를 갖는 덮개가 상단에 실링부재를 매개로 착탈가능하게 조립되는 메인챔버와, 일정량의 부식용액이 채워지고, 제 2가열히터가 외부면에 설치되는 보충탱크와, 상기 메인챔버와 보충탱크사이에서 부식용액을 공급, 회수할 수 있도록 공급, 회수펌프를 갖는 공급, 회수라인 및 상기 메인챔버내의 수위, 온도 및 습도를 측정하는 측정부를 포함함을 특징으로 하는 일체형 반복 부식실험장치를 마련함에 의한다.
이하, 본 발명에 대해서 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 일체형 반복부식 실험장치를 도시한 구성도이고, 도 3(a)(b)(c)(d)(e)는 본 발명에 따른 일체형 반복부식 실험장치의 실험단계를 도시한 개략도로서, 본 발명의 장치(100)는 도 2와 3에 도시한 바와같이, 자동차배기계의 재료인 시편에 대한 침적, 습기/건기 및 산화부식을 시편의 움직임없이 연속적이고, 복합적으로 간편하게 수행할 수 있는 것으로서, 이러한 장치(100)는 메인챔버(30), 보충탱크(31), 공급, 회수라인(32)(33) 및 측정부(34)로 이루어진다.
즉, 실험하고자 하는 대상물인 시편이 내부공간에 배치되는 메인챔버(30)는 외부면에 열원을 제공하는 제 1가열히터(35a)를 장착하고, 시편의 인입 및 인출이 이루어지는 상부에는 가스주입구(36a), 배출구(36b)를 갖는 덮개(36)가 가스누출이 없도록 실링부재(36c)를 매개로 하여 조립된다. 이때, 상기 메인챔버(30)와 덮개(36)는 실험전에 상기 메인챔버(30)내로 시편을 용이하게 인입하고, 실험후 시편의 인출이 용이하도록 서로 플랜지연결되는 것이 좋다.
그리고, 상기 메인챔버(30)로부터 인접한 곳에 설치되는 보충탱크(31)는 침적부식실험에 사용될 부식용액이 일정량 항상 채워져 있고, 열원을 제공하는 제 2가열히터(35b)가 외부면에 장착되는 한편, 외부로부터 부식용액을 보충할수 있는 보충구(31a)를 상부면에 형성한다.
또한, 상기 공급, 회수라인(32)(33)은 상기 메인챔버(30)와 보충탱크(31)사이를 연통연결하여 상기 메인챔버(30)내에서 사용될 부식용액을 길이중간에 설치된 공급펌프(32a)로서 공급하고, 사용된 부식용액을 길이중간에 설치된 회수펌프(33a)로서 회수하는 배관부재로 구성되며, 이러한 공급라인(32)은 침적부식실험시 개방되는 자동차단밸브(32b)가 설치된 일단을 상기 보충탱크(31)의 하부면에 연결구성하고, 타단을 상기 메인챔버(30)의 상부에 연결구성하며, 상기 회수라인(33)은 부식용액회수시 개방되는 자동차단밸브(33b)가 설치된 일단을 상기 메인챔버(30)의 하부면에 연결구성하고, 타단을 상기 보충탱크(31)의 상부에 연결구성한다.
그리고, 상기 회수라인(33)에는 회수되는 용액에 함유된 이물질을 제거하여깨끗한 용액만을 상기 보충탱크(31)측으로 회수할수 있도록 필터부재(37)를 교체가능하게 설치한다.
한편, 침적, 습기/건기 및 산화부식실험시 상기 메인챔버(30)내의 용액수위, 내부온도 및 습도를 측정하는 측정부(34)를 갖추어 구성하는 바, 상기 측정부(34)는 상기 공급라인(32)을 통하여 메인챔버(30)내로 공급되는 부식용액의 수위를 검지하는 수위조절계(34a)와, 내부온도를 검지하는 온도계(34b) 및 내부습도를 검지하는 습도계(34c)로 구성된다.
상술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명의 작용 및 효과에 대해서 설명한다.
자동차 배기계의 재료에 대한 부식실험은 침적, 습기/건기, 산화 및 침적부식단계를 1주기로 하여 연속적으로 수행되는데, 먼저, 이러한 부식실험을 위해서 별도로 제작된 시편은 메인챔버(30)의 내부공간에 위치고정된다.
이때, 상기 시편을 메인챔버(30)의 내부공간에 고정하는 방법으로서는 본 발명의 실시예에서와 같이 덮개(36)의 하부면에 장착된 일정길이의 와이어(39)에 매달거나 별도의 지그(jig)를 갖추어 상기 시편을 고정배치하며, 고정배치되는 시편을 항상 일정높이에 위치되도록 한다.
그리고, 이러한 상태에서 침적부식단계를 수행하기 위해서는 먼저, 공급라인(32)의 자동차단밸브(32b)를 개방하고, 공급펌프(32a)를 작동시키면, 보충탱크(31)내의 부식용액은 상기 공급라인(32)을 통하여 상기 메인챔버(30)내로 채워지기 시작하고, 상기 메인챔버(30)내로 채워지는 부식용액은 수위조절계(34a)에 의해서 수시로 검지된다. 이때, 상기 수위조절계(34a)는 상기 메인챔버(30)내에 채워지는 부식용액의 수위가 위치고정된 시편의 길이중간까지 채워지는 최상위레벨검지시 상기 공급라인(32)의 공급펌프(32a)의 작동을 중단하는 전기신호를 발생한다.
상기와 같이 메인챔버(30)의 시편의 길이중간까지 채워진 부식용액과 시편의 경계면에서 시편의 부식이 일정시간동안 이루어지게 되며, 상기 부식용액의 온도는 온도계(34b)에 의해서 검지되며, 사전에 설정된 온도와 온도계(34b)에서 검지된 온도를 서로 비교하여 설정온도보다 낮을 경우에는 메인챔버(30)와 보충탱크(31)에 설치된 제 1,2가열히터(35a)(35b)에 의해서 용액 및 내부온도를 조절한다.
상기와 같이 일정시간동안에 침적부식단계를 마친 후에 연속하여 습기/건기부식를 수행하기 위해서는 공급라인(32)의 자동차단밸브(32b)를 차단한 반면에 회수라인(33)의 자동차단밸브(33b)를 개방한 상태에서 회수라인(33)의 회수펌프(33)를 가동함으로서 침적부식단계에서 사용되었던 메인챔버(30)내의 부식용액을 보충탱크(31)내로 회수라인(33)을 통하여 전량 회수한다. 이때, 상기 회수라인(33)을 통하여 회수되는 부식용액은 회수라인(33)에 설치된 필터부재(37)를 통과하면서 이물질은 모두 제거된다.
그리고, 상기 메인챔버(30)로부터 보충탱크(31)로 부식용액이 전량회수될 때 수위조절계(34b)가 메인챔버(30)의 바닥면을 검지하는 최하위레벨을 검지하게 되면, 이 검지신호에 의해서 개방되었던 회수라인(33)의 자동차단밸브(33b)는 폐쇄되고, 덮개(36)의 가스주입구(36a) 및 배출구(36b)에 설치된 각 밸브부재(미도시)는 개방된다.
연속하여 상기 가스주입구(36a)을 통하여 습기가스를 일정분사압으로 주입하면 상기 시편이 배치된 메인챔버(30)내부는 습기가스로 채워지고, 이때 상기 가스주입구(36a)와 배출구(36b)를 차단하여 시편에 대한 습기부식단계를 수행한다.
그리고, 일정시간동안 시편의 습기부식단계를 수행한 후에는 상기 가스주입구(36a)와 배출구(36b)를 개방한 상태에서 상기 가스주입구(36a)를 통하여 건기가스를 일정분사압으로 주입하면, 상기 메인챔버(30)내에 있던 습기가스는 상기 배출구(36b)를 통하여 배출되고, 상기 메인챔버(30)내부는 건기가스로 채워지고, 이때 가스주입구(36a)와 배출구(36b)를 차단하여 침적, 습기부식단계를 거친 시편에 대하여 건기가스를 이용한 부식단계를 수행한다.
연속하여, 일정시간동안 건기부식단게를 수행한 후에는 가스주입구(36a)와 배출(36b)를 개방한 상태에서 상기 가스주입구(36a)를 통하여 산화가스를 일정분사압으로 주입하면, 상기 메인챔버(30)내에 있던 건기가스는 상기 배출구(36b)를 통하여 전량 배출되고, 상기 메인챔버(30)내부는 산화가스로 채워지고, 이때 가스주입구(36a)와 배출구(36b)를 차단하여 침적, 습기/건기부식단계를 거친 시편에 대하여 산화가스를 이용한 부식단계를 수행한다.
상기 습기/건기부식 및 산화부식단계동안에 메인챔버(30)내의 습도는 습도계(34c)에 의해서 검지되고, 상기 덮개(36)와 메인챔버(30)상단사이에는 실링부재(36c)가 설치되어 있기 때문에 상기 메인챔버(30)내에 주입된 가스의 외부유출은 발생하지 않는다.
이어서, 반복적으로 시험편에 대하여 침적, 건기/습기 및 산화부식실험을 반복적으로 수행하기 위해서는 가스주입구를 통하여 외기를 강제주입하여 배출구를통해서 산화가스를 전량 배출하고, 이러한 상태에서 공급라인(32)을 통하여 보충탱크(31)로부터 부식용액을 공급받아 상기 시편을 재침적시켜 상기와 같은 침적부식단계를 재수행한다.
이때, 실험자는 상기에서 설명한 부식시험의 순서뿐만 아니라 다양한 부식시험을 프로그램하여 순서적으로 실시할수 있으며, 부식분위기도 다양하게 변경이 가능하다.
상술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 부식시험이 이루어지는 한 개의 챔버만을 가지고 복합적인 부식시험이 가능하기 때문에, 여러개의 부식챔버를 갖는 종래에 비하여 전체구성이 간단하고, 시편의 이동이 전혀 없기 때문에 종래와 같이 시편의 이동에 따른 문제점이 발생하지 않으며, 부식시험이 종래에 비하여 간편해지는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 전체구성이 간결하고, 소형이기 때문에 장치가 차지하는 공간이 매우 작고, 장치를 제작하는데 비용이 저렴하게 소요되는 한편, 자동차 배기계 재료의 응축수 부식실험 및 각종 부식실험을 실시하는데 있어서 편리하고, 정밀하게 재료의 내식성을 평가할수 있는 효과가 얻어진다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (4)

  1. 자동차 배기계 재료의 시편에 대하여 응축수 부식실험을 수행하는 장치에 있어서,
    상기 시편이 내부공간에 배치되고, 열원을 제공하는 제 1가열히터(35a)가 외부면에 설치되고, 가스주입구(36a), 배출구(36b)를 갖는 덮개(36)가 상단에 실링부재(36c)를 매개로 착탈가능하게 조립되는 메인챔버(30)와, 일정량의 부식용액이 채워지고, 제 2가열히터(35b)가 외부면에 설치되는 보충탱크(31)와, 상기 메인챔버(30)와 보충탱크(31)사이에서 부식용액을 공급, 회수할 수 있도록 공급, 회수펌프(32a)(33a)를 갖는 공급, 회수라인(32)(33) 및 상기 메인챔버(30)내의 수위, 온도 및 습도를 측정하는 측정부(34)를 포함함을 특징으로 하는 일체형 반복부식 실험장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공급라인(32)은 침적부식실험시 개방되는 자동차단밸브(32b)가 설치된 일단을 상기 보충탱크(31)의 하부면에 연결구성하고, 타단을 상기 메인챔버(30)의 상부에 연결구성하며, 상기 회수라인(33)은 부식용액회수시 개방되는 자동차단밸브(33b)가 설치된 일단을 상기 메인챔버(30)의 하부면에 연결구성하고, 타단을 상기 보충탱크(31)의 상부에 연결구성함을 특징으로 하는 일체형 반복부식 실험장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회수라인(33)에는 회수되는 용액에 함유된 이물질을 제거하여 깨끗한 용액만을 상기 보충탱크(31)측으로 회수할수 있도록 필터부재(37)를 교체가능하게 설치함을 특징으로 하는 일체형 반복부식 실험장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 측정부(34)는 상기 공급라인(32)을 통하여 메인챔버(30)내로 공급되는 부식용액의 수위를 검지하는 수위조절계(34a)와, 내부온도를 검지하는 온도계(34b) 및 내부습도를 검지하는 습도계(34c)로 구성됨을 특징으로 하는 일체형 반복부식 실험장치.
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