코팅의 모든 것

만약 당신이 볼트나 너트를 손에 쥐고 있다면, 당신이 느끼는 그것은 실제 스틸이 아닐 수 있습니다. 당신의 손가락과 제품 사이에는 마이크로미터 단위의 얇은 코팅층이 형성되어 있어 여러 방식으로 제품의 성능을 향상시킵니다. 부식을 방지하고 재료의 마찰을 줄일 수 있으며, 크롬 휠 볼트처럼 미적 가치를 높일 수 있습니다.

"가장 저렴하고 간단한 유형의 부식 방지 코팅은 순수 아연도금입니다. 아연도금은 모든 경우에 적합한 부식 방지 기능을 제공합니다."라고 SYF(스웨덴의 코팅 협회)의 MD인 Lars Askengren은 말합니다.

순수한 아연도금으로 충분하지 않은 경우, 아연과 다른 금속의 혼합물인 아연 합금을 대신 사용할 수 있습니다. 혹은, 아연 분말(flake)를 사용하면 코팅의 기능을 극대화할 수 있습니다. 아연 플레이크는 훨씬 얇은 도막으로 더 나은 내부식성을 제품에 부여하고, 수소 취성의 위험을 제거하는 등 여러 가지 이점을 사용자에게 제공합니다.

코팅의 또 다른 목적은 재료를 윤활하는 것입니다. 토크로 볼트를 올바르게 조이기 위해서는 적절한 마찰량이 필요합니다. 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(Teflon 상표로 가장 일반적으로 알려져 있음)과 같은 마찰 저감 물질을 코팅과 혼합하여 마찰량을 조절할 수 있습니다. 왁스를 표면에 바르는 것도 동일한 목적을 위한 방법으로도 사용됩니다.

코팅과 관련하여 보다 친환경적인 기법으로의 전환은 분명한 추세입니다. "무엇보다 6가 크롬(Cr6+) 사용을 최소화하기 위한 대대적인 전환이 진행되고 있습니다. 2000년 이후 EU는 자동차 및 전자 제품과 같은 분야에서 Cr6+를 사용하는 방법에 대해 엄격한 제한을 도입했습니다."라고 부식 및 금속 연구소 Swera Kimab의 부서장인 Ingegerd Annergren은 말합니다.​

"6가 크롬은 실제 코팅 위에 있는 가장 바깥쪽 층으로 광범위하게 사용되어 왔습니다. 이는 나사뿐만이 아니라 서로 접촉하여 외부 코팅이 손상된 경우 대량으로 취급되는 부품에 적용되어 왔습니다. Cr6+는 서로 다른 표면 화합물을 형성하여 이러한 손상을 복구할 수 있지만 이러한 반응적 특성은 환경에 유해합니다. 대안으로 나노단위의 첨가제로 동일한 자가 복구 효과를 제공할 수 있는지 알아보기 위해 연구되고 있습니다."라고 Ingegerd Annergren은 말합니다.​

Cr6+의 경우 현재 사용 가능한 대체 제품이 있지만 현재로서는 가격이 더 비쌉니다. 다른 코팅도 마찬가지로 화학 물질과 에너지 소비 등을 통해 환경에 어느 정도 영향을 미칩니다. 그러나 대부분의 경우 아래의 방법을 통해 전반적인 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있다고 Nord-Lock의 애플리케이션 엔지니어인 Caba Madru가 말합니다.​

"부식 손상을 취급하는 것은 기업에 막대한 비용이 들 뿐만 아니라 교체 부품의 생산, 배송, 재고 보관 등을 해야 하기 때문에 환경에도 영향을 미칩니다. 따라서 금속의 수명을 연장하는 코팅을 적용하는 것이 환경에 미치는 전반적인 영향을 줄일 수 있습니다."라고 Csaba Madru는 말합니다.

이 분야의 또 다른 동향은 점점 더 많은 고객들이 더 많은 기능을 가진 코팅을 원한다는 것입니다. 예를 들면, 자체 윤활식 나사와 같이 약간의 비용이 발생하더라도 작업 단계 하나를 없애고 보다 효율적인 조립을 하는 것이 점점 더 일반화되는 것처럼 공정의 비용절감에 기업들의 관심이 증가하고 있습니다.​

"기업들은 총 비용에 점점 더 초점을 맞추고 있습니다. 구매 비용이 조금만 증가하면 '라이프 사이클 비용'을 상당히 줄일 수 있다고 생각합니다."라고 Csaba Madru는 말합니다.​

또한 코팅을 할 때 고정 장치에 색을 입히는 것이 점점 더 보편화되고 있습니다. 이는 때로는 미적인 이유이기도 하지만, 색상 코드를 사용하여 서로 다른 구성 요소를 구별하기 위하여 채택되기도 합니다.​

부식 방지는 모두 주변 조건에 따라 달라지기 때문에 복잡한 프로세스입니다. 특정 환경에서 부식에 강한 재료는 어떠한 다른 환경에서는 완전히 부적합하고 빠르게 부식될 수 있습니다. 탄소강 및 저합금강은 습한 환경에서 부식이 잘되는 반면, 고농도의 황산에는 내부식성이 아주 뛰어납니다. 그리고 알루미늄은 다른 강한 산과 알칼리에 노출될 경우 쉽게 부식된다는 사실에도 불구하고 질산에 대한 내구성이 뛰어납니다. 따라서 어떤 산성, 알칼리, 소금, 유기 화합물 등이 주변 환경에 존재하는지 등 재료가 노출되는 정확한 조건에 따라 부식 방지 기능이 선택됩니다. 따라서 코팅 선택 시 항상 전문가와 상의해야 합니다.

염수 분무 시험 (Neutral Salt Spray Test, NSST)

표준화된 염수 분무 시험은 다양한 유형의 부식 방지 효과를 측정하는 데 사용됩니다. 결과로서 백색 녹(산화아연)과 적색 녹(산화철)이 눈으로 식별될 만큼 형성되기 전까지 분무된 염수를 견딜 수 있는 시간이 표시됩니다.​

다양한 유형의 부식 방지에 대한 대략적인 결과 (빨간 녹이 발생할 때까지의 시간 측정)

사업성 논의 (Business Argument)

• 고품질의 코팅은 무엇보다도 교체 부품, 수리 및 부식 손상으로 인한 수익 손실을 줄여줍니다.
• 고품질의 코팅은 예를 들어 자체 윤활 및 색상 코딩을 가능하게 하여 작업을 보다 효율적으로 만듭니다.
• 고품질의 코팅은 신중하게 선택한다면 환경에 미치는 영향이 줄어들 수 있습니다. (서비스 수명 연장, 부품 교체 필요성 감소, 운송 수요 감소, 부품 재활용 가능성 증가)
• ​고품질의 코팅은 안전 요구 사항이 높은 구조물에서 부식 손상 검사의 필요성을 줄여줍니다.

Facts: Methods

패시베이션 (Passivation)

코팅 위에 금속 산화물과 같은 부식 생성물의 얇은 최외층을 생성함으로써 부식 발생 속도를 줄일 수 있습니다. 이것은 패시베이션이라고 불리며 종종 아연 또는 아연 합금의 후속 코팅으로 사용됩니다.

용융아연도금 (Hot Dip Galvanization)

재료를 용해된 금속에 담가 코팅합니다. (순수 아연의 경우 섭씨 420도 이상) 대부분의 적용처에서, 전기 아연 도금보다 더 나은 내부식성을 제공합니다.

크로마이제이션 (Chromisation)

6가 크롬(Cr6+)을 사용하는 후속 코팅인 크로마이제이션은 Cr6+가 환경에 매우 위험하기 때문에 최근에 사용 빈도가 상당히 감소하였습니다. 대신 패시베이션이 사용됩니다.

전기아연도금 (Electrogalvanisation)

전기아연도금 공정에서, 금속 이온이 포함된 용액에 재료를 담그고 전류 소스에 연결하면 재료 표면에 얇은 코팅이 형성됩니다. 단, 한 가지 부작용은, 예를 들어, 고강도 스틸에서 구조 강도에 치명적 요소인 수소 취성 현상이 발생할 수 있다는 것입니다. 그러나 별도의 후속 공정을 통해 이를 제거할 수 있습니다.

인산염 피막 처리 (Phosphatising)

인산염 처리 과정에서 철 또는 인산아연의 얇은 코팅이 재료에 부착됩니다. 인산염 코팅은 일정량의 부식 방지 기능을 제공하는 동시에 도장 또는 윤활을 위한 좋은 표면 조건을 제공합니다. 표면처리가 되지 않은 금속 제품이나 아연 코팅된 제품 모두 인산화가 가능합니다.

아연 분말 (Zinc flakes)

재료를 금속 분말/스케일이 포함된 용액에 담급니다. 그런 다음 분말들이 함께 녹도록 가열하여 재료와 강하게 결합하는 내구성이 있는 막을 형성합니다. 분말로 코팅하는 것은 여러 가지 이유로 점점 더 보편화되고 있습니다. 즉, 매우 효과적인 부식 방지 기능을 제공하고, 윤활제 등의 혼합물과 결합할 수 있으며, 비교적 환경 친화적인 프로세스입니다.

폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)

Teflon이라는 브랜드명으로 알려진 플라스틱 PTFE는 파스너에 원하는 양의 마찰을 주기 위해 금속 부식 방지제와 함께 사용되는 경우가 많습니다. PTFE는 극도의 마찰 특성뿐만 아니라 노화되지 않고 자외선에 의해 분해되지 않으며 열과 화학 물질에 강한 내구 플라스틱입니다.

자일란 (Xylan)

Xylan은 종종 PTFE를 함유하는 불소 고분자 코팅의 브랜드 이름이자 제품군입니다. Xylan®은 윤활은 물론 마모, 열 및 내식성을 제공합니다. 코팅은 다양한 용도에 맞게 색상을 입힐 수 있습니다.

Facts: Compounds

아연

아연은 철보다 전자를 잘 내주며, 이것은 간단히 말하면, 아연과 철이 물속에 함께 있을 때 아연이 먼저 부식된다는 것을 의미합니다. 철이 부식에 직접 노출되어도 아연과 붙어있으면 일정 수준의 보호를 받습니다. 상대적으로, 아연은 대량으로 구할 수 있고 상당히 저렴한 환경 친화적인 금속입니다. 그리고 철을 위해 스스로 희생시킴에도 불구하고, 아연은 대부분의 부식 조건에서 매우 천천히 부식됩니다. 이러한 모든 특성이 결합되어 아연은 부식 방지와 관련하여 독보적인 위치를 차지합니다. 아연은 금속 그 자체로도 사용할 수 있고, 합금의 형태로도 사용되며, 전기 아연도금, 용융 아연도금 또는 분말을 입히는 공정을 통해 도포됩니다.

아연 합금

다른 금속을 결합하면 아연 코팅의 특성이 다양한 방식으로 향상됩니다.

아연-철(Zinc-Iron)은 매우 적은 양의 철분을 함유하고 있습니다. (약 1~1.5%에 불과함). 그러나 이 정도면 패시베이션에 더욱 적합한 재료를 만들 수 있습니다.

아연-니켈 (Zinc-Nickel)은 보통 니켈 함량이 약 12%로 순수한 아연에 비해 이 합금에 몇 가지 이점을 제공합니다. 무엇보다도 높은 온도에도 견딜 수 있고 알루미늄 및 압력 처리된 목재와 같은 다른 이종의 재료와 더 잘 접촉할 수 있습니다.

아연-알루미늄 (Zinc-Aluminium)은 분말 형태로 도포되며 오프쇼어 및 자동차 산업과 같이 매우 까다로운 조건에서 사용되는 고강도 금속에 흔히 사용되는 코팅입니다.