1. 수소가스 형성기구
1) H+ 이온이 음극상에 흡착된 수소(H)로의 환원(H+ ＋ e- → H)
2) 흡착된 수소(H)가 분자상의 수소(H2)로의 결합(H ＋ H → H2)
3) H+ 이온이 음극상에 흡착된 수소(H)와 결합하는 동시에 환원(H ＋ H+ ＋ e- → H2)
4) 산에 금속이 용해될 때 수소가스 발생 M ＋ 2H+ → M2 ＋ H2
2. 수소취성(Hydrogen Embrittlement)
1) 수소원자(H)에 기인. 수소원자는 다른 원자들에 비해 원자 반경이 1Å 이하로 무척 작음
2) 대기압 하에서는 수소원자는 한곳에 오래 머물지 못하고, 1 msec이하 의 매우 짧은 시간내에 움직이며
금속과의 친화력이 높아 쉽게 금속쪽 으로 이동해 감.
3) 이동된 수소원자는 강내부에 용해되어 존재 하거나, Grain Boundary, Crystal Imperfections,
Microscopic Voids등에 침투하여 존재.
4) 이러한 상태에서 외부적으로 응력을 받게되면 취약한 부분에 존재하고 있는 수소량의 압력이
커지게 된다. 따라서 Crack의 근원이 되어 Micro-Crack을 유발하고, 더욱더 Crack이 전파되어 결국에
가서는 재료의 파괴가 일어남.
3. 수소취성 유입공정
CLEANING (DEGREASING STEP) : 탈지(부식성의 약품을 사용)
ACIDIC PICKLING STEP : 산처리
ELECTROLYTIC DEGREASING STEP : 전해탈지
ELECTROLYTIC PLATING STEP : 전기도금
PEELING STEP : 박리
STAMPING & FORMING 후 수분 및 습기의 영향
WELDING 시 건조상태가 아닌 WELDING ROD로 부터 혼입
4. 인장강도에 따른 수소취성 방지처리
1) 100kg/mm2미만 : 특별히 수소취성 방지대책을 고려할 필요가 없음
2) 100-200kg/mm2: 수소취성의 기회를 적게하고, 응력분포를 균일화하며, 이상한 응력집중을 피함.
3) 120-150kg/mm2: 수소취성의 기회를 계획적으로 제한하고, 베이킹처리를 행함, 특별한 작업관리하에
조립작업을 행함.
4) 150-200kg/mm2: 산처리에 따른 산화물 제거를 피하고, 표면사양은 기계적 방법에 따른다.
수소흡착이 적은 도금욕을 사용하여 도금한다. 사용전 LOT별로 품질확인, 조립후
방식처리를 실시함.
5) 200kg/mm2이상 : 전기도금시 수용액을 사용하지 않는 도금법을 추천
5. 산세공정에서의 수소방지대책
1) 수소가스는 녹이나 스케일을 제거시키는 기계적 작용을 촉진시키는 역 할도 하지만 산화물을 금속으로
환원시키는 역할도 함.
2) 질산은 거의 수소취성 유발이 없으나, 황산이나 염산은 수소취성을 유 발 시킨다. 황산은 농도보다
온도를 높이는 것이 효과적이며, 염산은 온도보다는 농도를 높이는 것이 효과적이다. 염산은 휘발성이
있어서 20-30℃의 상온에서 10% 정도로 처리함.
3) 염산의 경우 농도를 높이면 소지의 부식이 생기기 쉽다. 황산은 휘발성 이 없으므로 50-60℃의 높은
온도에서 사용되나 너무 농도가 높으면 산화성의 산이기 때문에 산화제로 작용하여 스케일 제거능력이
약화 됨.
4) Inhibitor는 산식 방지 및 수소취성 방지효과가 있다. 티오뇨소는 옛부 터 산식 방지제로 알여져 있지만,
수소취성의 억제는 없고 오히려 높 게되는 경향이 있다. 산 용액중에 As,Se,Te, S, P등이 존재하면
수소 과전압이 높게되어 강의 수소 흡장량이 증가된다.
5) 인히비터 사용상 주의점으로 수소취성의 억제효과가 큰 Inhibitor를 사 용할 때 다음과 같은 경우에
억제효과가 없게 된다. Rack나Barrel 전 극이 아연도금된 상태에서 산처리를 할 경우 연과 철사이에
전지를 형 성하고, 철에 전자가 공급되어진다. 그 결과 인히비터가 흡착되지 않고, 철 표면에
수소이온의 방전이 촉진되어 수소원자가 강 내부로 침투되기 때문에 인히비터의 효과가 없게된다.
6) 인히비터가 강표면에 흡착되어 도금의 밀착불량이 일어나는 경우가 있으므로 주의를 요한다. 따라서
산세시에 수소취성을 억제라고 동시에 다음의 수세공정에서 용이하게 제거되는 인히비터 사용이
유리함.
6. 수소취성 방지대책
1) 산세공정을 생략 하든가 가능한한 묽은 산에서 단시간 처리한다.
2) 산세후 가온된 알칼리용액(탈지액)에 넣어 탈수소처리를 한다.
3) 인히비터를 사용한다.
4) 가급적 소재가 녹슬지 않도록 관리한다.
5) 박리한 물품은 일단 베이킹처리를 하든가, 가온한 알칼리 용액중에 탈 수소처리를 하고 나서
재도금한다.
6) 고탄소강의 경우 산처리 대신 Shot Blast로 처리함.
7) 베이킹 처리로 수소를 제거한다.
8) 소재별 베이킹 온도를 달리한다.
- Alloy Steel : Temp. 275℃ Time 1∼4hr
- Aluminum : Temp. 198℃ Time 1∼4hr
- Carbon Steel : Temp. 400℃ Time 1∼4hr
1) H+ 이온이 음극상에 흡착된 수소(H)로의 환원(H+ ＋ e- → H)
2) 흡착된 수소(H)가 분자상의 수소(H2)로의 결합(H ＋ H → H2)
3) H+ 이온이 음극상에 흡착된 수소(H)와 결합하는 동시에 환원(H ＋ H+ ＋ e- → H2)
4) 산에 금속이 용해될 때 수소가스 발생 M ＋ 2H+ → M2 ＋ H2
2. 수소취성(Hydrogen Embrittlement)
1) 수소원자(H)에 기인. 수소원자는 다른 원자들에 비해 원자 반경이 1Å 이하로 무척 작음
2) 대기압 하에서는 수소원자는 한곳에 오래 머물지 못하고, 1 msec이하 의 매우 짧은 시간내에 움직이며
금속과의 친화력이 높아 쉽게 금속쪽 으로 이동해 감.
3) 이동된 수소원자는 강내부에 용해되어 존재 하거나, Grain Boundary, Crystal Imperfections,
Microscopic Voids등에 침투하여 존재.
4) 이러한 상태에서 외부적으로 응력을 받게되면 취약한 부분에 존재하고 있는 수소량의 압력이
커지게 된다. 따라서 Crack의 근원이 되어 Micro-Crack을 유발하고, 더욱더 Crack이 전파되어 결국에
가서는 재료의 파괴가 일어남.
3. 수소취성 유입공정
CLEANING (DEGREASING STEP) : 탈지(부식성의 약품을 사용)
ACIDIC PICKLING STEP : 산처리
ELECTROLYTIC DEGREASING STEP : 전해탈지
ELECTROLYTIC PLATING STEP : 전기도금
PEELING STEP : 박리
STAMPING & FORMING 후 수분 및 습기의 영향
WELDING 시 건조상태가 아닌 WELDING ROD로 부터 혼입
4. 인장강도에 따른 수소취성 방지처리
1) 100kg/mm2미만 : 특별히 수소취성 방지대책을 고려할 필요가 없음
2) 100-200kg/mm2: 수소취성의 기회를 적게하고, 응력분포를 균일화하며, 이상한 응력집중을 피함.
3) 120-150kg/mm2: 수소취성의 기회를 계획적으로 제한하고, 베이킹처리를 행함, 특별한 작업관리하에
조립작업을 행함.
4) 150-200kg/mm2: 산처리에 따른 산화물 제거를 피하고, 표면사양은 기계적 방법에 따른다.
수소흡착이 적은 도금욕을 사용하여 도금한다. 사용전 LOT별로 품질확인, 조립후
방식처리를 실시함.
5) 200kg/mm2이상 : 전기도금시 수용액을 사용하지 않는 도금법을 추천
5. 산세공정에서의 수소방지대책
1) 수소가스는 녹이나 스케일을 제거시키는 기계적 작용을 촉진시키는 역 할도 하지만 산화물을 금속으로
환원시키는 역할도 함.
2) 질산은 거의 수소취성 유발이 없으나, 황산이나 염산은 수소취성을 유 발 시킨다. 황산은 농도보다
온도를 높이는 것이 효과적이며, 염산은 온도보다는 농도를 높이는 것이 효과적이다. 염산은 휘발성이
있어서 20-30℃의 상온에서 10% 정도로 처리함.
3) 염산의 경우 농도를 높이면 소지의 부식이 생기기 쉽다. 황산은 휘발성 이 없으므로 50-60℃의 높은
온도에서 사용되나 너무 농도가 높으면 산화성의 산이기 때문에 산화제로 작용하여 스케일 제거능력이
약화 됨.
4) Inhibitor는 산식 방지 및 수소취성 방지효과가 있다. 티오뇨소는 옛부 터 산식 방지제로 알여져 있지만,
수소취성의 억제는 없고 오히려 높 게되는 경향이 있다. 산 용액중에 As,Se,Te, S, P등이 존재하면
수소 과전압이 높게되어 강의 수소 흡장량이 증가된다.
5) 인히비터 사용상 주의점으로 수소취성의 억제효과가 큰 Inhibitor를 사 용할 때 다음과 같은 경우에
억제효과가 없게 된다. Rack나Barrel 전 극이 아연도금된 상태에서 산처리를 할 경우 연과 철사이에
전지를 형 성하고, 철에 전자가 공급되어진다. 그 결과 인히비터가 흡착되지 않고, 철 표면에
수소이온의 방전이 촉진되어 수소원자가 강 내부로 침투되기 때문에 인히비터의 효과가 없게된다.
6) 인히비터가 강표면에 흡착되어 도금의 밀착불량이 일어나는 경우가 있으므로 주의를 요한다. 따라서
산세시에 수소취성을 억제라고 동시에 다음의 수세공정에서 용이하게 제거되는 인히비터 사용이
유리함.
6. 수소취성 방지대책
1) 산세공정을 생략 하든가 가능한한 묽은 산에서 단시간 처리한다.
2) 산세후 가온된 알칼리용액(탈지액)에 넣어 탈수소처리를 한다.
3) 인히비터를 사용한다.
4) 가급적 소재가 녹슬지 않도록 관리한다.
5) 박리한 물품은 일단 베이킹처리를 하든가, 가온한 알칼리 용액중에 탈 수소처리를 하고 나서
재도금한다.
6) 고탄소강의 경우 산처리 대신 Shot Blast로 처리함.
7) 베이킹 처리로 수소를 제거한다.
8) 소재별 베이킹 온도를 달리한다.
- Alloy Steel : Temp. 275℃ Time 1∼4hr
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- Carbon Steel : Temp. 400℃ Time 1∼4hr
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