4.3 실험결과 및 고찰
4.3.2 전착 코팅막의 조성 원소 분석
0 100 200 300 400 0
50 100 150 200 250 300
3 A/m2 Mesh specimen 4 A/m2 Mesh specimen 5 A/m2 Mesh specimen
Weight gain (mg/c m
2)
Time (hour)
Fig. 4.4 Variation of weight gain with time for electrodeposit films formed at various current densities in 48 °C natural seawater (Mesh specimen)
48 °C 천연 해수 중 전류밀도 3 A/m2, 4 A/m2, 5 A/m2에서 전착시간에 따라 형 성된 전착물의 EDS 분석결과 주성분으로 나타난 것은 O, Mg, Ca 원소이고, 기타 원소로는 Si, S, Cl, Fe 이었다[7]. Table 4.4는 조성원소 분석 결과 중 석회질 피막 의 주성분으로 석출 되고 있는 Mg과 Ca의 함량을 보여주고 있다. 또한 Fig. 4.5는 Table 4.4에서 메쉬를 설치하지 않은 경우의 Ca과 Mg에 대한 조성원소 분석 결과 를 그래프로 나타낸 것이다.
전착시간의 경과에 따라서 전류밀도에 관계없이 전체적으로 Mg의 성분은 감소하 는 경향이 있는 반면, Ca성분은 증가하는 경향을 보였다[36]. 이것은 전착기판 표면 에서의 금속과 용액의 계면 확산 층에서 pH변화로 인해 CaCO3과 Mg(OH)2의 석출 조건이 달라지기 때문으로 생각된다. 즉, 전착초기에는 음극전류를 공급하면 금속과 용액 계면 사이의 확산 층에서 OH-이온이 많이 발생하므로 pH가 증가하게 된다.
이때 금속과 용액 계면 확산 층의 pH가 높아지게 되면 CaCO3 보다는 Mg(OH)2를 상대적으로 많이 석출하게 된다[14]. 그러나 전착시간이 경과함에 따라 기판 표면은 Mg(OH)2등의 전착물이 형성되면서 막두께가 증가하고 기판표면의 피막 저항이 커 지게 됨으로서 상대적으로 음극전류밀도가 감소하여 결과적으로 OH-의 방출이 감 소하게 된다. 따라서 전착시간이 증가함에 따라 Mg(OH)2 화합물 보다는 CaCO3의 화합물이 더 많이 석출되는 것으로 사료 된다.
또한, Fig. 4.6에서 보이는 것처럼 시험편 표면에 전착물의 부착성 향상을 위해 강 메쉬를 설치한 경우도 전착시간이 경과함에 따라 Mg양이 감소하고 Ca양이 상 대적으로 증가하는 경향은 Fig. 4.5의 경향과 유사하다. 다만 메쉬를 부착하지 않은 시험편보다 상대적으로 Mg에 대한 Ca의 함량 비는 감소하는 경향을 보여주고 있 다. 이것은 전착초기에 Mg(OH)2성분이 표면에 전체적으로 석출되고 그 위에 CaCO3 전착물이 형성하는 전술한 피막 석출 과정과 밀접한 관계가 있는 것으로 생 각된다.
즉, 메쉬를 부착한 시험편은 메쉬로 인하여 구조적으로 많은 굴곡의 표면상태를 갖고 있으므로 메쉬가 없는 시험편과 같은 전착시간이라 할지라도 노출된 표면적이 상대적으로 크게 된다. 그리고 이것이 피복되었다고 하더라도 굴곡된 부분을 중심 으로 피복두께가 얇은 부분이 많이 있게 되므로 전착초기에 생성하는 Mg(OH)2화
합물이 석출하는데 비교적 긴 시간을 필요로 한다. 따라서 메쉬를 설치한 시험편의 경우 전착시간이 같은 경우라도 Mg에 대한 Ca의 성분비는 적게 되는 것으로 생각 된다.
Fig. 4.7은 메쉬를 설치한 시험편과 설치하지 않은 시험편의 경우 전착시간에 따 라 Mg에 대한 Ca의 성분비를 그래프로 나타낸 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 메 쉬를 설치한 시험편의 경우 설치하지 않은 시험편에 비해 표면의 굴곡으로 인해 전 착표면적이 넓어지므로 상대적으로 전류밀도가 낮아지게 되기 때문에 동일한 전착 기간 동안이라도 Ca의 양은 적게 형성된다고 생각된다. 메쉬를 설치한 시험편의 경 우 Mg에 대한 Ca의 성분비는 전착기간 전반에 걸쳐 낮은 경향을 나타내고 있다.
Table 4.4 EDS analysis of electrodeposit films formed in 48 °C natural seawater at various current densities
Current density
Deposition time
Composition
24 Hours
48 Hours
72 Hours
168 Hours
336 Hours
No-mesh specimens
3 A/m2
Mg (wt.%) 11.71 7.88 7.61 1.29 2.59 Ca (wt.%) 4.69 4.80 12.29 16.76 21.05
4 A/m2
Mg (wt.%) 11.79 21.04 18.90 1.68 1.61 Ca (wt.%) 7.44 5.04 6.42 17.60 17.85
5 A/m2
Mg (wt.%) 19.68 13.98 13.23 2.95 1.33 Ca (wt.%) 4.21 5.85 8.33 22.74 17.28 Ca/Mg ratio 0.3787 0.3657 1.1177 9.6599 10.1794
Mesh specimens
3 A/m2
Mg (wt.%) 10.89 11.37 8.55 6.51 5.10 Ca (wt.%) 2.59 3.89 5.03 9.91 4.10
4 A/m2
Mg (wt.%) 13.28 13.22 11.08 6.81 3.88 Ca (wt.%) 1.76 3.53 4.35 8.81 9.32
5 A/m2
Mg (wt.%) 13.46 12.37 10.37 5.81 4.25 Ca (wt.%) 2.60 4.99 5.69 10.60 12.87 Ca/Mg ratio 0.1850 0.3360 0.5020 1.5314 2.4308
0 100 200 300 400 0
5 10 15 20 25
Mg Ca
Weight (%)
Time (hours)
3 A/m2 No-mesh specimen(Ca) 4 A/m2 No-mesh specimen(Ca) 5 A/m2 No-mesh specimen(Ca) 3 A/m2 No-mesh specimen(Mg) 4 A/m2 No-mesh specimen(Mg) 5 A/m2 No-mesh specimen(Mg)
Fig. 4.5 EDS analysis results for Ca and Mg of electrodeposit films formed at various current densities in 48 °C natural seawater (No-mesh specimen)
0 100 200 300 400 0
5 10 15 20 25
Weight (%)
Time (hours)
3 A/m2 Mesh specimen(Ca) 4 A/m2 Mesh specimen(Ca) 5 A/m2 Mesh specimen(Ca) 3 A/m2 Mesh specimen(Mg) 4 A/m2 Mesh specimen(Mg) 5 A/m2 Mesh specimen(Mg)
Fig. 4.6 EDS analysis results for Ca and Mg of electrodeposit films formed at various current densities in 48 °C natural seawater (Mesh specimen)
0 100 200 300 400 0
3 6 9 12
Weight ratio (Ca / Mg )
Time (hours)
No-mesh specimen(Ca/Mg) Mesh specimen(Ca/Mg)
Fig. 4.7 The variation of Ca/Mg ratio of electrodeposit films formed with deposit time in 48 °C natural seawater (Mesh & No-mesh specimens)