KR20070054860A

KR20070054860A - 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀과이를 이용한 부식평가방법

Info

Publication number: KR20070054860A
Application number: KR1020050112922A
Authority: KR
Inventors: 안승호; 김정구
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2007-05-30

Abstract

본 발명은 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀과 이를 이용한 부식평가방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 개발차량 및 필드에서 관통부식으로 인해 문제가 되었던 부위에 고안된 전기화학 시험셀을 부착하여, 부식특성(부식속도)을 평가하고 방청보증년한이 보증되는지를 관통부식의 관점에서 평가함으로써, 기존 단품의 시편을 절취하고 셀을 구성했던 불편함을 없애고 평가시간을 단축할 수 있으며, 실차상태에서 지속적으로 평가가 가능하므로 부식특성 평가에 대한 평가 기술력의 우위를 달성할 수 있도록 한 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀과 이를 이용한 부식평가방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 부식이 심한 차체 및 샤시부품의 방청취약부에 부착되는 하우징과; 상기 하우징에 장착되는 부식시험조와; 상기 부식시험조의 내부에 충진된 부식용액과; 상기 방청취약부의 부식정도를 측정하는 작업전극과; 상기 방청취약부의 전위변화를 측정하도록 상기 부식시험조에 형성된 기준전극과; 상기 작업전극에서 생성된 전자들을 환원시키도록 상기 부식시험조에 형성된 보조전극; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀과 이를 이용한 부식평가방법을 제공한다.

부식열화, 시험셀, 부식시험조, 방청취약부, 전극

Description

차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀과 이를 이용한 부식평가방법{Electrochemistry test cell for estimation of corrosion and blazing fire of body and chassis and estimation method using the same}

도 1은 본 발명에 따른 전기화학 시험셀이 실제 차체에 부착된 모습을 나타내는 장치구성도.

도 2는 본 발명에 따른 등가회로를 나타내는 회로도.

도 3은 본 발명에 따른 전기화학 시험셀을 이용한 차체 및 샤시부품의 부식평가방법을 나타내는 흐름도.

도 4는 본 발명에 따른 관통부식에 대한 예측을 나타내는 평가도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 방청취약부 11 : 부식시험조

11a : 기준전극 11b : 보조전극

11c : 작업전극 12a : 제1하우징

12b : 제2하우징 13 : 부식용액

14 : 마개 15 : 실리콘

16 : 체결수단 17 : 코팅저항

18 : 전하이동저항

전세계적으로 차체/샤시부품의 부식열화정도를 평가할 수 있으며, 정량적이고 신뢰성있는 전기화학적 부식평가방법이 부재된 실정이다.

더욱이 실차상태에서 전기화학적 시험셀을 부착하고 일정시간 간격으로 모니터링할 수 있는 방법은 제시된 적이 없다.

개발차량에 대해 전반적인 방청품질은 향상되고 있으나, 북미지역을 중심으로 한 필드에서 문제가 되었던 차체/샤시부품을 위주로 부식특성평가(수명예측)가 정량적으로 이루어진다면 방청보증에 대해 확신을 가져올수 있다.

현재까지 단품에 대해 전기화학적 가속화시험법이라든지 염수분무시험, 순환부식시험 등을 행하는게 일반적이다.

그러나, 실차부식내구시험인 경우 주행환경상태에서 방청취약부의 부식특성을 모니터링 하는게 중요하며, 부식메카니즘 규명이 부식제어방식(Corrosion control)을 위한 설계가이드라인을 제공하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기존의 개발차량 및 필드에서 관통부식으로 인해 문제가 되었던 부위에 고안된 전기화학 시험셀을 부착하여, 부식특성(부식속도)을 평가하고 방청보증년한이 보증되는지를 관통부식의 관점에서 평가함으로써, 기존 단품의 시편을 절취하고 셀을 구성했던 불편함을 없애고 평가시간을 단축할 수 있으며, 실차상태에서 지속적으로 평가가 가능하므로 부식특성 평가에 대한 평가 기술력의 우위를 달성할 수 있도록 한 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀과 이를 이용한 부식평가방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀에 있어서,

부식이 심한 차체 및 샤시부품의 방청취약부에 부착되는 하우징과; 상기 하 우징에 장착되는 부식시험조와; 상기 부식시험조의 내부에 충진된 부식용액과; 상기 방청취약부의 부식정도를 측정하는 작업전극과; 상기 방청취약부의 전위변화를 측정하도록 상기 부식시험조에 형성된 기준전극과; 상기 작업전극에서 생성된 전자들을 환원시키도록 상기 부식시험조에 형성된 보조전극; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀을 이용한 부식평가방법에 있어서,

차체 및 샤시부품의 방청취약부의 위치를 선정하는 단계와, 전기화학 셀을 구성하는 단계와, 실차 부식내구 각 패이스(phase; 주행년수)별로 전기화학적 평가를 하는 단계와, 부식속도, 물함수율, 박리면적을 산출을 통하여 방청보증성을 검증하는 단계로 이루어지되, 상기 전기화학 셀의 구성은:

상기 방청취약부에 하우징을 실리콘으로 부착하는 단계와; 상기 실리콘으로 실링처리 후 일정시간이상 건조시키는 단계와; 부식시험조에 부식용액을 충진시킨 후 상기 부식시험조를 상기 하우징에 체결수단을 이용하여 장착하는 단계와; 상기 방청취약부에 작업전극을 부착하는 단계와; 상기 부식시험조에 형성된 기준전극으로 측정부위의 전위변화를 측정하는 단계와; 상기 부식시험조에 형성된 보조전극으로 상기 작업전극에서 생성된 전자들을 환원시키는 단계와; 상기 측정부위의 전위변화를 데이터 수집장치에 의해 임피던스 분광시험법을 이용하여 측정하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 임피던스 분광시험법은 100kHz ~ 1MHz의 저 주파영역에서 측정하고, 코팅저항 및 전하이동저항를 포함하는 등가회로를 구성하여 부식속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부식시험조의 하단부에는 부식용액이 밑으로 쏟아지지 않도록 마개가 형성되고, 상기 마개를 돌려 상기 부식용액의 높이를 조절할 수 있도록 상기 마개에 나사부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준전극은 측정부위의 전위변화를 측정하기 위해 사용되는 포화칼로멜 전극(saturated KCl)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조전극은 상기 작업전극에서 생성된 전자들을 환원시키기 위해 사용되는 비활성의 탄소봉전극 또는 백금전극인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부식시험조는 방청취약부에 탈부착이 용이한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 전기화학 시험셀이 실제 차체에 부착된 모습을 나타내는 장치구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 등가회로를 나타내는 회로도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전기화학 시험셀을 이용한 차체 및 샤시부품의 부식평가방법을 나타내는 흐름도이며, 본 발명에 따른 관통부식에 대한 예측을 나타내는 평가도이다.

본 발명은 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀과 이를 이용한 부식평가방법에 관한 것이다.

본 발명은 자동차용 차체 및 샤시부품의 방청취약부(10)를 전기화학적인 시 험셀을 부착해서 부식특성을 평가하고, 방청보증년한이 보증되는지를 관통부식의 관점에서 평가하도록 한 점에 주안점이 있다.

본 발명에 따른 전기화학 시험셀을 이용한 부식평가방법은 자동차용 차체 및 패널의 외측 부식을 중심으로 위치에 상관없이 평가가 가능하며, 전기화학적 평가방법 즉, DC법(직선분극저항)과 AC법(임피던스분광시험범)으로 평가된다.

본 발명은 방청보증년한이 증가하고 개발기간이 단축되는 현실을 감안할 때 실차 부식내구상태에서 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀이다.

본 발명에 따른 전기화학 시험셀의 구성은 3개의 전극을 갖는 부식시험조(11)와, 이 부식시험조(11)의 상하단에 부착되는 하우징과, 부식시험조(11)의 내부에 충진된 부식용액(13)으로 구성되어 있다.

상기 하우징은 부식에 영향을 받지 않는 테프론 재질이고, 차체 및 샤시부품의 방청취약부(10)에 부착되는 제1하우징(12a)과, 이 제1하우징(12a)과 마주보게 부식시험조(11)의 하단에 부착되는 제2하우징(12b)으로 분리형성된다.

상기 부식시험조(11)는 유리재질로서, 중간에 기준전극(11a)과 보조전극(11b)이 나란하게 형성되어 있고, 방청취약부(10)에 부착되는 부식시험조(11)의 상단에는 개구부가 형성되며, 부식시험조(11)의 내부에는 부식용액(13)이 충진되게 된다.

상기 부식용액(13)은 자동차 부식환경에서 주로 취급하며 가혹한 5% 농도의 염화나트륨(NaCl)용액으로 제조된다.

또한, 상기 부식시험조(11)의 하단에는 나사부가 형성된 마개(14)가 부착되 는데, 이 마개(14)는 부식시험조(11)의 내부에 충진된 부식용액(13)이 쏟아지는 것을 방지하기도 하지만, 부식용액(13)이 방청취약부(10)의 표면에 잘 접촉하도록 부식용액(13)의 높이를 조절하는 역할도 한다.

즉, 상기 마개(14)를 나사체결하듯이 돌리면 마개(14)의 상단부가 회전하면서 올라감으로써, 부식용액(13)을 위로 밀어 올릴 수 있다.

상기 작업전극(11c)(Working electrode)은 필드에서 가장 문제가 된다든지 부식내구차량에서 부식이 심한곳을 선정한 측정 부위이다. 도 1은 실제 차체 및 샤시부품에 부착된 한 예로서, 샤시부품 10PHASE(북미 방청기준 10년) 실차내구후 부식가혹도를 평가하기 위해 부착한 형상이다.

차체 및 샤시부품의 형상, 위치에 상관없이 최소 부착되는 면만 확보되면 본 발명에 따른 전기화학 시험셀의 부착이 가능하다.

상기 기준전극(11a)(Reference electrode)으로 측정부위에 전위변화를 측정하기 위해 포화칼로멜 전극(Saturated KCl)이 사용되고, 상기 보조전극(11b)(Counter electrode)으로 작업전극(11c)에서 생성된 전자들을 환원시키기 위해 비활성의 탄소봉전극이나 백금전극이 사용된다.

이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 전기화학 시험셀을 이용한 부식평가방법을 설명하면 다음과 같다.

1) 부식이 심한 차체 및 샤시부품의 방청취약부(10)의 위치를 선정한다.

2) 전기화학 시험셀의 구성 : 먼저, 상기 선정된 방청취약부(10)에 테프론으로 제작된 제1하우징(12a)을 실리콘(15)으로 부착하여 실링처리 한 후 최소 3시간 이상 공기중에서 건조시킨다.

다음, 부식시험조(11)에 부식용액을 충진시킨 후 제1하우징(12a)에 부식시험조(11)의 상단부를 끼우고, 스크류와 같은 체결수단(16)에 의해 부식시험조(11)를 제1하우징(12a)에 부착한다.

이때, 상기 부식시험조(12a)의 하단에 체결된 마개(14)를 적절한 높이로 돌려 부식용액(13)이 방청취약부(10)에 완전히 밀착되도록 한다.

또한, 상기 부식시험조(11)의 하단에 제2하우징(12b)을 부착시킨 후 부식용액(14)이 새지 않도록 제1 및 제2하우징(12a,12b)과 부식시험조(11)의 둘레면을 실링처리한다.

그리고, 필드에서 가장 문제가 된다든지 부식내구차량에서 부식이 심한 곳을 작업전극(11c)과 연결하고, 측정부위의 전위변화를 측정하기 위해 포화칼로멜 전극을 기준전극(11a)으로 하고, 작업전극(11c)에서 생성된 전자들을 환원시키기 위해 비활성의 탄소봉전극이나 백금전극을 보조전극(11b)으로 하여 전기화학 시험셀을 구성한다.

3) 실차 부식내구 각 패이스(PHASE ; 주행연수)별로 전기화학적 평가(저항 산출) : 상기 단계에서 전기화학 시험셀이 형성되면 측정하고자 하는 부위의 전위가 안정화되도록 최소 2시간이내에서 안정화시킨다.

데이터에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 측정부위에서 최소 3회이상 측정하고 데이터를 평균화한다.

데이터 수집장치는 상용화된 전기화학시험장치(POTENTIOSTAT/GALVANOSTAT)를 이용하고 포터블 상태에서 측정한다.

전착도장된 판넬/샤시부품인 경우, 부식이 되었다 할지라도 저항이 크기 때문에 다음과 같은 조건으로 임피던스분광시험법에 의해 측정하도록 하되 저주파영역(최소 1MHz)에 관심을 둔다.

① 측정 주파수대역 : 100kHz ~ 1MHz

② 진폭 : ±10 mV

③ 데이터에 대한 핏팅(FITTING) : 등가회로(Equivalent circuit)에 대한 구성은 도 2에 도시한 바와 같이 코팅저항(17)(Pore resistance, R_pore)과 전하이동저항(18)(Charge transfer resistance, R_ct)으로 구성된다. 여기서, 코팅저항과 전하이동저항의 값을 더했을 때 부식속도로 산출가능하다.

이때, 미설명 부호 19는 부식용액 저항(solution resistance)이고, 20은 코팅 캐패시턴스(coating capacitance)이고, 21은 이중층 캐패시턴스(double layer capacitance)이며, 22는 구멍(pore)이다.

4) 상기 단계에 의해 부식속도를 구한 후, 물함수율 및 박리면적을 산출한다.

5) 마지막으로 방청보증년한(10년 또는 12년)을 검증 한다.

상기 방청보증 자체는 샤시/차체 판넬의 관통부식(구멍부식;pore corrosion)과 밀접한 관계가 있으므로 이에 대한 평가 개념도를 도 4에 나타내었다.

상기 방청보증년한과 관련되어 내구성을 검증하기 위한 시험셀의 제작은 방 청취약부를 중심으로 평가하고, 기존의 북미지역을 중심으로 수집된 고품(차체 및 샤시부품)의 데이터와 상관관계를 규명하게 된다.

따라서, 북미지역에서 고품년수별로 수집된 데이터가 방청가이드라인을 제공하게 되며 실차부식내구시험의 평가기준이 되고, 본 발명에 따른 자동차 판넬/샤시부품용 전기화학 시험셀은 실차 부식내구시험차량의 부식특성 평가와 방청보증년한 검증에 필요한 시스템을 구축하게 된다.

또한, 전기화학 시험셀을 통해 실차부식내구시험간 포터블 상태로 부식열화도를 정량화 가능하고, 이를 통해 품질보증에 대응하여 신속히 대처할 수 있으며, 기존 필드에서 부식이 발생되었던 부위의 부식수명예측을 통해 품질에 대한 평가와 품질개선에 이바지할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀과 이를 이용한 부식평가방법에 의하면, 방청취약부인 차체/샤시부품의 부식에 대한 열화도를 정량적으로 평가가 가능하고, 위치에 상관없이 이동식으로 측정이 가능함으로써, 부식특성 평가에 대한 평가기술력을 확보할수 있고, 궁극적 목표인 기존 필드에서 부식이 발생되었던 부위의 부식수명예측을 통해 품질에 대한 평가와 품질개선에 이바지할 수 있다.

Claims

차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀에 있어서,

부식이 심한 차체 및 샤시부품의 방청취약부에 부착되는 하우징과;

상기 하우징에 장착되는 부식시험조와;

상기 부식시험조의 내부에 충진된 부식용액과;

상기 방청취약부의 부식정도를 측정하는 작업전극과;

상기 방청취약부의 전위변화를 측정하도록 상기 부식시험조에 형성된 기준전극과;

상기 작업전극에서 생성된 전자들을 환원시키도록 상기 부식시험조에 형성된 보조전극;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀.
차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀을 이용한 부식평가방법에 있어서,

차체 및 샤시부품의 방청취약부의 위치를 선정하는 단계와, 전기화학 셀을 구성하는 단계와, 실차 부식내구 각 패이스(phase; 주행년수)별로 전기화학적 평가를 하는 단계와, 부식속도, 물함수율, 박리면적을 산출을 통하여 방청보증성을 검 증하는 단계로 이루어지되, 상기 전기화학 셀의 구성은:

상기 방청취약부에 하우징을 실리콘으로 부착하는 단계와;

상기 실리콘으로 실링처리 후 일정시간이상 건조시키는 단계와;

부식시험조에 부식용액을 충진시킨 후 상기 부식시험조를 상기 하우징에 체결수단을 이용하여 장착하는 단계와;

상기 방청취약부에 작업전극을 부착하는 단계와;

상기 부식시험조에 형성된 기준전극으로 측정부위의 전위변화를 측정하는 단계와;

상기 부식시험조에 형성된 보조전극으로 상기 작업전극에서 생성된 전자들을 환원시키는 단계와;

상기 측정부위의 전위변화를 데이터 수집장치에 의해 임피던스 분광시험법을 이용하여 측정하는 단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀을 이용한 부식평가방법.
청구항 2에 있어서, 상기 임피던스 분광시험법은 100kHz ~ 1MHz의 저주파영역에서 측정하고, 코팅저항 및 전하이동저항를 포함하는 등가회로를 구성하여 부식속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀을 이용한 부식평가방법.
청구항 1에 있어서, 상기 부식시험조의 하단부에는 부식용액이 밑으로 쏟아지지 않도록 마개가 형성되고, 상기 마개를 돌려 상기 부식용액의 높이를 조절할 수 있도록 상기 마개에 나사부가 형성된 것을 특징으로 하는 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 기준전극은 측정부위의 전위변화를 측정하기 위해 사용되는 포화칼로멜 전극(saturated KCl)인 것을 특징으로 하는 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 보조전극은 상기 작업전극에서 생성된 전자들을 환원시키기 위해 사용되는 비활성의 탄소봉전극 또는 백금전극인 것을 특징으로 하는 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀.
청구항 1에 있어서, 상기 부식시험조는 방청취약부에 탈부착이 용이한 것을 특징으로 하는 차체 및 샤시부품의 부식열화 평가용 전기화학 시험셀.