KR20220107694A - 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템 - Google Patents

침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파이프 내부와 같은 실제 유동 환경을 모사하는 유동 조건 하에서의 소재의 침식, 부식, 캐비테이션 저항성 등의 표면열화 특성 평가를 무게감량 및 전기화학적 측면으로 수행할 수 있는 것에 관한 것이다.
본 발명에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템은, 고상입자를 포함하는 유체를 수용하는 용기와, 상기 용기의 일측에 배치되는 축과, 상기 축을 회전 구동시키는 구동모터와, 상기 축의 일단에 연결되는 시편 홀더와, 상기 시편 홀더와 이격되어 상기 용기 내에 배치되는 상대전극과, 상기 시편 홀더 및 상대전극과 소정 거리 이격되어 배치되는 기준전극과, 상기 시편 홀더에 고정된 시편(작업전극)의 전위를 측정하기 위한 전기화학측정장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템 {MONITORING SYSTEM FOR EROSION CORROSION AND FLOW ACCELERATION SURFACE DETERIORATION}
본 발명은 침식·부식과 유동가속에 의한 표면열화를 모니터링할 수 있는 시스템에 관한 것으로, 특히 파이프 내부와 같은 실제 유동 환경을 모사하는 유동 조건 하에서의 소재의 침식, 부식, 캐비테이션 저항성 등의 표면열화 특성평가를 정확하게 수행할 수 있는 것에 관한 것이다.
일반적으로 석유화학산업 등에 활용되는 파이프 내부는 심한 침식, 부식 또는 캐비테이션 등의 환경에 노출되기 때문에, 적정한 파이프 소재의 선정을 위해서는 필연적으로 침식, 부식, 캐비테이션 특성 등의 유동가속 환경 내에서의 표면열화 저항성에 대한 평가가 요구된다.
침식·부식의 표면열화에 대한 평가 방법으로는, 유동가속 조건 하에서 소재의 무게 감량과 표면의 양극 용해반응(M → Mn++ne-)에 기초한 전자 이동이 수반되는 전기화학적 거동 측정 방법이 있다. 그런데 종래의 전기화학적 거동 측정 방법의 경우 소재의 표면상태에 민감하게 반응하기 때문에, 높은 속도의 유동 환경 내에서 전기화학적 실험을 수행하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 고압의 제트 노즐에서 마모 입자와 액체를 시편 표면에 분사하여 마모를 발생시키는 종래의 침식·부식 실험법의 경우, 초고속의 유체/입자 충돌 상황에 대한 모사에 적합하여 주로 제트 터빈 엔진에 적용되는 소재의 평가에 활용이 많이 되고 있으나, 실제 파이프 내부에서 슬러리를 포함하는 유동 환경에서 발생하는 침식·부식 손상에 대한 평가에는 적합하지 않은 문제점이 있다.
또한, 주로 촉매 등 연구분야에서 전기화학 실험 시 농도분극 영향 배제를 위해 활용되는 RDE 실험장치를 유동환경 내 금속소재의 침식·부식 실험에 적용할 수도 있으나, RDE 장치 특성상 용액에 노출되는 시편 면적은 극히 작기 때문에, 벌크(bulk) 시편의 침식·부식에 의한 감량 측정 및 실험 후 표단면 관찰 등에는 적합하지 않은 문제점 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0041893호
본 발명의 과제는 종래에 비해 정확하며 특히 실제 파이프 내부에서 슬러리를 포함하는 유동 환경에서 발생하는 침식·부식 손상에 대한 평가를 효율적이고 정확하게 수행할 수 있는 소재의 표면열화 모니터링 시스템을 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 고상입자를 포함하는 유체를 수용하는 용기와, 상기 용기의 일측에 배치되는 축과, 상기 축을 회전 구동시키는 구동모터와, 상기 축의 일단에 연결되는 시편 홀더와, 상기 시편 홀더와 이격되어 상기 용기 내에 배치되는 상대전극과, 상기 시편 홀더 및 상대전극과 소정 거리 이격되어 배치되는 기준전극과, 상기 시편 홀더에 고정된 시편의 전위를 측정하기 위한 전기화학측정장치를 포함하는, 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 모니터링 시스템에 있어서, 상기 모니터링 시스템은 상기 구동모터에 의해 상기 시편 홀더가 상기 고상입자를 포함하는 유체 중에서 회전하면서 발생하는 침식, 부식을 상기 전기화학측정장치를 통해 모니터링하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 모니터링 시스템에 있어서, 상기 축 전체 또는 적어도 상기 축의 표면은 전도성 물질로 이루어지고, 상기 축의 일측에는 삽입 체결되며 전도성 물질로 이루어진 링(ring)을 더 포함하고, 상기 링(ring)의 내면에는 2 이상의 접촉 돌기가 형성되어 있어, 상기 축의 회전 시에 상기 링과 축 간의 전기적 연결이 유지되도록 되어 있고, 상기 링(ring)의 일단은 상기 전기화학측정장치와 전기적으로 연결되어, 상기 시편 홀더에 고정된 시편의 전위가 측정되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 모니터링 시스템에 있어서, 상기 시편 홀더는, 상부 고정부와 하부 고정부와, 상기 상부 고정부와 하부 고정부의 사이에 상기 시편을 개재하여 체결하는 고정수단을 포함하고, 상기 상부 고정부의 일측에는 상기 축의 일단이 체결되는 체결부가 형성되어 있고, 상기 상부 고정부의 내부에는 상기 체결부와 상기 시편과 접하는 부분 사이를 전기적으로 연결하기 위한 연결 로드가 삽입되어 있는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 모니터링 시스템에 있어서, 상기 시편 홀더는, 시편을 삽입할 수 있는 삽입공간과 개구부를 구비하는 시편 지지부와, 상기 삽입공간에 삽입된 시편을 고정하는 고정수단을 포함하고, 상기 시편 지지부의 일측에는 상기 축의 일단이 체결되는 체결부가 형성되어 있고, 상기 시편 지지부의 내부에는 상기 체결부와 상기 시편과 접하는 부분 사이를 전기적으로 연결하기 위한 연결 로드가 삽입되어 있는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 모니터링 시스템은 상기 전기화학측정장치의 측정 결과를 기록하고 연산하는 컴퓨터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 모니터링 시스템에 있어서, 상기 링(ring)은 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 모니터링 시스템에 있어서, 상기 연결 로드는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 모니터링 시스템에 있어서, 상기 연결 로드는 오링(O-ring)을 개재하여 상기 시편 표면과 전기적으로 접촉하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 모니터링 시스템에 있어서, 상기 기준전극은 상기 용기의 내부 또는 외부에 설치되는 것일 수 있다. 그런데 고속 rpm의 유동조건 하에서는 용기 외부에 설치되는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 염다리 등을 통해 이온의 교환이 가능하도록 하여야 한다.
본 발명에 따른 모니터링 시스템은 시편을 장착한 시편 홀더가 회전하며 용액을 교반시키기 때문에 농도 분극을 완전히 제어한 상태에서 다양한 전기화학적 실험이 가능하다. 이에 따라 종래의 방법에 비해 다양한 침식, 부식, 캐비테이션 등에 의한 소재의 표면열화 상태를 평가하기 위한 정확한 전기화학적 데이터의 확보는 물론, 침식부식 감량의 측정과 시편의 표단면 관찰도 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 모니터링 시스템은 1회의 실험으로도 유동 환경 내에서 변화하는 금속성 소재의 전기화학적 내식성의 평가가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 모니터링 시스템은 특히 실제 파이프 내부에서 슬러리를 포함하는 유동 환경에서 발생하는 침식·부식 손상에 대한 평가를 효율적이고 정확하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템을 구성하는 구리 링의 사시도 및 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템을 구성하는 시편 홀더의 결합 전,후의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템을 사용한 부식 및 침식·부식 조건 하에서의 무게 감량 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 침식·부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템을 사용한 침식·부식 실험에서 전기화학적 선형 분극 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템을 구성하는 다른 형태의 시편 홀더의 결합 시의 전면부와 평면에서 보는 형상을 나타낸 것이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템을 구성하는 구리 링의 사시도 및 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템을 구성하는 시편 홀더의 결합 전,후의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템(100)은, 고상입자를 포함하는 유체를 수용하는 용기(110)와, 상기 용기(110)의 일측에 배치되는 축(120)과, 상기 축(120)을 회전 구동시키는 구동모터(130)와, 상기 축(120)의 일단에 연결되는 시편 홀더(140)와, 상기 시편 홀더(140)와 이격되어 상기 용기(110) 내에 배치되는 상대전극(150)과, 기준전극(160)과, 상기 시편 홀더(140)에 고정된 시편(S)의 전위를 측정하기 위한 전기화학측정장치(170)와, 전기화학측정장치(170)의 데이터를 기록하는 컴퓨터(180)를 포함한다.
상기 용기(110)는 대략 원통형의 벽체(111)와, 상기 벽체의 상부에 배치되는 상부 커버(112)와, 상기 벽체의 하부에 배치되는 하부 커버(113)와, 상기 벽체(111)를 개재하여 상부 커버(112) 및 하부 커버(113)를 상호 체결하는 체결수단(114)을 포함하여 이루어진다.
상기 상부 커버(112)에는 상기 축(120)을 삽입하기 위한 축구멍(112a)과, 상기 상대전극(150)을 삽입하기 위한 전극구멍(112b)과, 상기 체결수단(114)을 구성하는 체결 바(114a)를 삽입하기 위한 3개의 체결구멍(112c)이 각각 형성되어 있다. 상기 하부 커버(113)에도 상기 체결수단(114)을 구성하는 체결 바(114a)를 삽입하기 위한 3개의 체결구멍(113a)이 형성되어 있다. 상기 체결 바(114a)는 체결너트(114b)를 통해 조립된다.
한편, 본 발명의 실시예 1에 따른 용기(110)는 부식/침식 실험 진행 시에 용기 내의 부식 및/또는 마모 환경에 의해 쉽게 변형되거나 변질되지 않고, 높은 rpm으로 사용하더라도 흔들리지 않도록 적정한 무게가 필요하다. 따라서 상기 벽체(111), 상부 커버(112) 및 하부 커버(113)는 적정한 두께의 유리와 같은 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 그러나 상기 용기(110)의 소재는 반드시 유리에 한정되지 않고 상술한 요건을 충족할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
또한, 상기 벽체(111)와 상부 커버(112)의 사이와, 상기 벽체(111)와 하부 커버(112)의 사이에는 유체의 누설을 방지하기 위하여 고무와 같은 유연 재질로 이루어진 O-링(미도시)을 배치하여 액밀성을 유지한다.
상기 축(120)은 봉상으로 이루어져 있으며, 상기 시편 홀더(140)에 체결되는 단부에는 나사선 가공이 이루어져 있다. 축(120)은 시편 표면의 전기화학적 반응에서 발생하는 전자의 이동 통로의 역할도 수행하기 위해 전기 전도성이 우수한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 고속으로 회전할 때 휘어지지 않는 강도 및 강성은 물론 용기(110) 내의 부식 환경에서 부식되지 않아야 하므로, 스텐인리스강과 같이 전기 전도성과 내부식성이 우수한 재료로 제조되는 것이 바람직하다.
상기 축(120)에는, 도 2에 도시된 것과 같이, 축(120)의 회전 시에 축(120)과 전기화학측정장치(170) 사이의 전기적 연결을 확보하기 위하여 구리 링(190)이 삽입되어 설치되어 있다.
상기 구리 링(190)은 고리 형상을 이루고, 내부에는 축(120)의 표면과 접하도록 3개의 돌기(191)가 등간격을 이루면서 돌출 형성되어 있다. 상기 구리 링(190)의 외주부에는 상기 전기화학측정장치(170)와 연결하기 위한 배선과 연결되는 접속단자(192)가 형성되어 있다. 상기 돌기(191)는 축(120)이 회전운동을 하더라도 상기 구리 링(190)이 회전하지 않으면서 전기적 접촉을 유지하도록 하는 기능을 한다. 상기 구리 링(190)은 전기 전도성이 우수한 구리 또는 구리 합금 중에서 적절한 특성을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 구리 링(190)은 작업 전극(즉, 시편(S))과의 물리적/전기적으로 접촉된 축(120)이 회전하는 동안 겉돌지 않고 접촉될 수 있도록 0.2 mm 이하로 이격되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 구리 링을 사용하였으나, 예를 들어, Pt, Au, Cu, Ag 등 전기 전도성이 우수한 물질의 벌크재나 상기 물질들이 코팅된 재료가 사용될 수도 있다.
상기 구동모터(130)는 시편 홀더(140)와 연결된 축(120)을 일정한 회전속도(rpm)로 회전시키는 역할을 하는 것으로, 축(120)을 회전시킬 수 있는 것이라면 어떠한 형태의 모터도 사용될 수 있다.
상기 시편 홀더(140)는, 도 3에 도시된 것과 같이, 'T'자 형상으로 이루어진 상부 고정부(141)와 하부 고정부(142)와, 상기 상부 고정부와 하부 고정부의 사이에 상기 시편을 개재하여 체결하는 시편홀더 체결구(143)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 상부 고정부(141)의 내부에는 구리 바(144)가 삽입되어 있다.
상기 상부 고정부(141)와 하부 고정부(142)의 'T'자형 돌출부의 양측에는 각각 상기 시편홀더 체결구(143)를 삽입하여 나사결합을 시키기 위해 내주면에 나사선 가공이 된 삽입구멍(141a, 142a)이 각각 형성되어 있다. 상기 상부 고정부(141)와 하부 고정부(142)는 시편(S)과 물리적, 전기화학적으로 접촉되어 있기 때문에, 테프론, 플라스틱과 같은 비전도성의 재질로 만들어지는 것이 바람직하다.
상기 시편홀더 체결구(143)는 외주면에 나사결합부가 가공되어 있는 체결봉(143a)와, 체결봉(143a)이 상기 삽입구멍(141a, 142a)와 삽입된 후, 고정되도록 하는 체결너트(143b)를 포함한다.
상기 구리 바(144)는 단면이 사각 형의 봉상으로 이루어지며, 상부는 봉상부에 비해 넓은 단면적을 갖는 체결부가 형성되어 있고, 하부는 시편(S)과 접촉한다. 상기 상부에는 상기 축(120)을 삽입 체결하기 위한 나사 구멍(144a)이 형성되어 있어, 축(120)이 나사결합될 수 있게 되어 있다. 이러한 형상을 통해, 장기간의 구동 시에도 시편 홀더(140)의 내부가 마모되지 않고 탈착이 방지될 수 있다. 한편 본 발명의 실시예에서 구리 바(144)는 사각 형의 봉상으로 이루어져 있으나 기타 다각형으로도 이루어질 수 있다.
상기 체결봉(143a)과 체결너트(143b)의 체결 시에, 시편 홀더(140)의 구리 바(144)의 일단은 오-링(O-ring)을 개재하여 시편(S)의 표면과 접촉하고, 타단은 축(120)과 나사결합된다. 이때 오-링이 너무 두꺼울 경우, 구리 바(144)와 시편(S)의 접촉이 이루어지지 않고, 너무 얇거나 표면이 불균일할 경우, 유체의 침투로 인한 틈 부식이 발생하여 시험 결과의 신뢰성을 확보하기 어려울 수 있으므로 적정한 두께와 함께 표면이 균일한 오-링을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 상대전극(150)은 3 전극셀 방식의 측정에 사용되는 전극으로 도 1에 도시된 것과 같이, 상기 체결 홀더(140)와 소정 간격을 두도록 상기 상부 커버(112)에 삽입되어 고정된다.
상기 기준전극(160)은 용액 내에서 작업 전극과의 전위차를 측정하기 위한 전극으로, 도 1에 도시된 것과 같이, 상기 벽체(111)의 일측에는 고정되어 배치된다. 기준전극(160)은 용기(110) 내에 설치될 수도 있으나, 용기(110) 내의 환경이 유동 가속환경인 점을 고려하여, 본 발명의 실시예 1에서는 용기(110)의 외부에 기준전극(160)을 설치하였다.
상기 전기화학측정장치(170)는 전해질의 저항이 높거나, 흐르는 전류가 큰 경우에는 저항에 의한 오차를 가능한 최소화하기 위하여 3 전극셀을 사용한다. 이때, 3 전극셀은 작업전극(시편 홀더), 기준 전극 및 상대전극으로 구성된다. 3 전극셀에서는 전류가 작업전극과 상대전극의 사이에서 흐르고, 작업전극의 전위는 기준전극을 기준으로 하여 전위조절기로 조절된다. 이 때 작업전극과 기준전극 사이의 전위차는 전극 반응에 의해 흐르는 전류값에 관계없이 정확하게 측정할 수 있다. 상기 전기화학 측정장치(170)은 전위 인가 또는 전류 인가 방식으로 금속의 부식 구동력을 변화시킬 수 있다.
상기 전기화학 측정장치(170)의 측정결과는 데이터 기록용 컴퓨터(180)를 통해 기록된다.
본 발명의 실시예 1에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템(100)은 다음과 같이 작동된다.
먼저, 도 3에 도시된 것과 같이, 평가하고자 하는 판상의 시편(S)을 세워서 시편 홀더(140)의 상부 고정구(141)과 하부 고정구(142)의 사이에 끼운 후, 시편홀더 체결구(143)를 사용하여 상부 고정구(141)와 하부 고정구(142)를 조여서 시편(S)이 완전히 고정되도록 한다. 이때 시편(S)과 상부 고정구(141)의 내에 설치된 구리 바(144)는 오-링을 개재하여 액밀이 이루어진 상태로 접촉되도록 한다.
이와 같이 시편(S)이 장착된 시편 홀더(140)를 용기(110)의 상부 커버(112)에 삽입된 축(120)의 단부에 나사 결합하여 체결한다. 그리고 유체와 고상입자의 혼합액이 주입된 용기(110)에 상부 커버(112)를 덮은 후, 상기 체결 바(114a)와 체결너트(114b)를 통해 하부 커버(113)와 조립한다.
구동 모터(130)를 작동하여 고속으로 시편(S)을 회전시켜 유체와 고상입자와 충돌되도록 하여 시편(S)에 부식·침식을 발생시킨다.
이러한 과정에 발생하는 부식·침식은, 상대전극(150) 및 기준전극(160)과 시편(S)에서 구리 바(144), 축(120), 구리 링(190)을 통해 전기화학 측정장치(170)에 연결된 작업전극(즉, 시편(S))의 3 전극셀에 의해 측정된다.
실시예 1에 따른 모니터링 장치(100)는 시편(S) 전면에 걸쳐 용액에 노출되고, 시편 홀더(140)가 회전하면서 용액을 교반시키기 때문에 농도 분극을 제어한 상태에서 유동가속 부식에 의한 전기화학적 거동 평가가 가능하게 된다.
또한, 1회의 실험으로 유동 환경 내에서 변화하는 금속 소재의 전기화학적 내식성을 평가할 수 있고, 평가 종료 후에는 침식, 부식, 캐비테이션 등의 손상으로 인한 무게 감량 측정이 용이하다. 특히, 실시예 1에 따른 모니터링 장치(100)는 침식, 부식, 캐비테이션 및 유동가속화 환경에서 표면열화에 대한 척도로 무게 감량 측정 실험에 적합한 구조이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템을 사용한 부식 및 침식-부식 조건 하에서의 무게 감량 실험 결과를 나타낸 것이다.
무게 감량 실험은 다음과 같은 조건으로 수행되었다.
- 시편 : 탄소강
- 연마 : #800 이하
- 용액 : 3.5% NaCl
- 침지기간 : 1일
- 회전속도 : 1055rpm
- 고상입자 : 평균 입도 250㎛의 SiO2 입자 용액 내에 5중량% 첨가
도 4의 그래프는 하기 [식 1]로 구해진 값이다.
[식 1]
무게 감량(g/ ) = (실험전 무게(g) - 실험후 무게(g))/시편 표면적( )
도 4의 결과로부터, 순수한 침지형의 부식 실험의 무게 감량에 비해, 유동 조건 하에서 침식, 부식이 일어나는 환경의 무게 감량이 월등히 높음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템을 사용한 침식-부식 실험에서 전기화학적 선형 분극 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 5의 유동가속 조건은 상기 무게 감량 실험과 동일하고, 인가 전위는 ±20mV vs. 개방회로전위 이고, 전위 상승 속도는 0.5mV/s로 하였다.
도 5에서 확인되는 것과 같이, 실시예 1에 따른 모니터링 시스템을 통해, 1055rpm의 고속 회전 중에서도 전기화학적 분극 실험 데이터의 안정적 획득이 가능하였다.
[실시예 2]
본 발명의 실시예 2에 따른 모니터링 시스템(200)은 실시예 1에 따른 모니터링 시스템(100)에서 시편 홀더의 구조만 상이한 것이므로 다른 구성에 대한 설명은 생략한다. 또한, 실시예 1과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 사용하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 모니터링 시스템(200)을 구성하는 시편 홀더(240)의 결합 시의 전면부와 평면에서 보는 형상을 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 실시예 2에 따른 시편 홀더(240)는 'T'자형 시편 거치대(241)와, 시편 거치대의 내부에 삽입되는 대략 사각형의 링(242)과, 시편 거치대(241)에 거치된 시편(S)이 시편 홀더(240)의 회전 과정에 분리되지 않도록 하는 시편 고정구(243)를 포함한다. 상기 'T'자형 시편 거치대(241)의 기둥 부분에는 실시예 1과 동일한 형상의 구리 바(244)가 삽입되어 있다.
상기 'T'자형 시편 거치대(241)는 양쪽으로 돌출된 부분이 아래에 위치하도록 배치되며, 돌출된 부분에는 시편(S)을 삽입할 수 있도록 시편(S)의 크기에 대응하는 개구부(241a)가 형성되어 있다. 또한, 상기 개구부(241a)의 내측에는 삽입되는 시편(S)을 지지할 수 있도록 단차부(241b)가 형성되어 있다. 또한, 시편 거치대(241)의 양쪽 돌출부의 가장 자리에는 상기 시편 고정구(243)와 체결하기 위한 체결구멍(241c)이 다수개 형성되어 있다.
상기 시편 고정구(243)는 대략 직사각형 형상으로 이루어지면서 시편(S)의 크기에 비해 작은 개구부(243a)를 가지며, 외주부에는 상기 시편 거치대(241)에 결합시키기 위한 체결구멍(243b)가 다수개 형성되어 있다. 시편 고정구(243)는 볼트(243c)에 의해 나사결합을 통해 시편 거치대(241)와 결합된다.
상기 구리 바(244)는, 도 6b 및 도 6c에 도시된 것과 같이, 실시예 1과 동일하게, 단면이 사각 형의 봉상으로 이루어지며 하부의 봉상부(244b)에 비해 넓은 단면적을 갖는 체결부(244a)가 형성되어 있고, 하부는 시편(S)과 접촉한다. 상기 체결부(244a)에는 상기 축(120)을 삽입 체결하기 위한 나사 구멍(244c)이 형성되어 있어, 축(120)이 나사결합될 수 있게 되어 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 모니터링 시스템(200)은 다음과 같은 과정을 통해 동작이 이루어진다.
본 발명의 실시예 2에 따른 시편 홀더(240)는 먼저 개구부(241a)에 링(242)을 삽입하여 단차부(241b)에 의해 지지되도록 한다. 다음으로, 상기 개구부(241a)에 시편(S)을 삽입한 후, 시편 고정구(243)를 사용하여 고정한다. 이후의 과정은 실시예 1과 동일하게 이루어진다.
100, 200: 모니터링 장치
110: 용기
120: 축
130: 구동 모터
140, 240: 시편 홀더
150: 상대전극
160: 기준전극
170: 전기화학 측정장치
180: 기준전극 용기
190: 구리 링

Claims (10)

  1. 고상입자를 포함하는 유체를 수용하는 용기와,
    상기 용기의 일측에 배치되는 축과,
    상기 축을 회전 구동시키는 구동모터와,
    상기 축의 일단에 연결되는 시편 홀더와,
    상기 시편 홀더와 이격되어 상기 용기 내에 배치되는 상대전극과,
    상기 시편 홀더 및 상대전극과 소정 거리 이격되어 배치되는 기준전극과,
    상기 시편 홀더에 고정된 시편(작업전극)의 전위를 측정하기 위한 전기화학측정장치를 포함하는, 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템은, 상기 구동모터에 의해 상기 시편 홀더가 상기 고상입자를 포함하는 유체 중에서 회전하면서 발생하는 침식, 부식을 상기 전기화학 측정 장치를 통해 모니터링하는 것을 특징으로하는, 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 축 전체 또는 적어도 상기 축의 표면은 전도성 물질로 이루어지고,
    상기 축의 일측에는 삽입 체결되며 전도성 물질로 이루어진 링(ring)을 더 포함하고,
    상기 링(ring)의 내면에는 2 이상의 접촉 돌기가 형성되어 있어, 상기 축의 회전 시에 상기 링과 축 간의 전기적 연결이 유지되도록 되어 있고,
    상기 링(ring)의 일단은 상기 전기화학측정장치와 전기적으로 연결되어, 상기 시편 홀더에 고정된 시편의 전위가 측정되는 것을 특징으로 하는, 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시편 홀더는, 상부 고정부와 하부 고정부와, 상기 상부 고정부와 하부 고정부의 사이에 상기 시편을 개재하여 체결하는 고정수단을 포함하고,
    상기 상부 고정부의 일측에는 상기 축의 일단이 체결되는 체결부가 형성되어 있고,
    상기 상부 고정부의 내부에는 상기 체결부와 상기 시편과 접하는 부분 사이를 전기적으로 연결하기 위한 연결 로드가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는, 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시편 홀더는, 시편을 삽입할 수 있는 삽입공간과 개구부를 구비하는 시편 지지부와,
    상기 삽입공간에 삽입된 시편을 고정하는 고정수단을 포함하고,
    상기 시편 지지부의 일측에는 상기 축의 일단이 체결되는 체결부가 형성되어 있고,
    상기 시편 지지부의 내부에는 상기 체결부와 상기 시편과 접하는 부분 사이를 전기적으로 연결하기 위한 연결 로드가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는, 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템은 상기 전기화학측정장치의 측정 결과를 기록하고 연산하는 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 링(ring)은 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템.
  8. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 연결 로드는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 연결 로드는 오링(O-ring)을 개재하여 상기 시편 표면과 전기적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는, 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준전극은 상기 용기의 내부 또는 외부에 이온교환이 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는, 침식부식 및 유동가속 표면열화 모니터링 시스템.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117214073A (zh) * 2023-11-08 2023-12-12 国网辽宁省电力有限公司 一种基于土壤环境分析的接地网腐蚀状态试验监测装置
WO2024036426A1 (en) * 2022-08-15 2024-02-22 Ecolab Usa Inc. Coupon holder

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58167948A (ja) * 1982-03-29 1983-10-04 Toshiba Corp 腐食速度測定装置
KR950020386U (ko) * 1993-12-07 1995-07-26 포항종합제철 주식회사 대류전위 측정조의 구조
KR100783967B1 (ko) * 2006-10-10 2007-12-10 현대자동차주식회사 엔진 부품의 마모부식 시험용 전기화학적 시험셀
KR20080018426A (ko) * 2006-08-24 2008-02-28 현대자동차주식회사 차체 및 샤시 부품의 방청 관련 정전류 인가를 통한 가속화시험 방법
KR101439751B1 (ko) * 2013-03-08 2014-09-11 주식회사 포스코 슬러리 부식마모 시험장치
KR20170064895A (ko) * 2015-12-02 2017-06-12 주식회사 포스코 시편 부식 장치
KR20200041893A (ko) 2017-08-18 2020-04-22 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 고압/고온 동적 다상 부식-침식 시뮬레이터

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58167948A (ja) * 1982-03-29 1983-10-04 Toshiba Corp 腐食速度測定装置
KR950020386U (ko) * 1993-12-07 1995-07-26 포항종합제철 주식회사 대류전위 측정조의 구조
KR20080018426A (ko) * 2006-08-24 2008-02-28 현대자동차주식회사 차체 및 샤시 부품의 방청 관련 정전류 인가를 통한 가속화시험 방법
KR100783967B1 (ko) * 2006-10-10 2007-12-10 현대자동차주식회사 엔진 부품의 마모부식 시험용 전기화학적 시험셀
KR101439751B1 (ko) * 2013-03-08 2014-09-11 주식회사 포스코 슬러리 부식마모 시험장치
KR20170064895A (ko) * 2015-12-02 2017-06-12 주식회사 포스코 시편 부식 장치
KR20200041893A (ko) 2017-08-18 2020-04-22 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 고압/고온 동적 다상 부식-침식 시뮬레이터

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024036426A1 (en) * 2022-08-15 2024-02-22 Ecolab Usa Inc. Coupon holder
CN117214073A (zh) * 2023-11-08 2023-12-12 国网辽宁省电力有限公司 一种基于土壤环境分析的接地网腐蚀状态试验监测装置
CN117214073B (zh) * 2023-11-08 2024-01-26 国网辽宁省电力有限公司 一种基于土壤环境分析的接地网腐蚀状态试验监测装置

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