3.3 실험결과 및 고찰
3.3.2 천연해수 중 전위변화에 따라 형성한 화합물의 조성원소 분석
Table 3.4는 천연해수 중에서 각각의 전위에 따라서 10시간동안 석출한 석회질 피막의 EDS 성분분석 결과를 보여주고 있으며, Fig. 3.4는 EDS 성분분석 결과에서 산출된 Ca, Mg 및 Fe성분의 전위 변화에 따른 함유량의 전체적인 경향을 모식적으 로 표시한 그래프이다. 여기서 알 수 있는 바와 같이 주성분으로 나타난 것은 O, Mg, Ca원소이고, 기타 미량 원소로는 Cl, Fe, Rb이 석출되었다[7]. 특히, 여기서 -800 mV보다 비(卑)한 전위에서 Ca보다는 Mg성분이 많이 석출되는 경향이 있음 을 알 수 있다. 이것은 결국 전류밀도의 증가에 따라서 Mg성분은 증가하고 Ca성분 은 감소하는 경향을 나타내는 것으로 생각할 수 있다[36]. 즉, -800 mV조건에서 Ca 이 주로 석출된 것은 CaCO3와 Mg(OH)2의 석출조건의 차이로 생각된다. 일반적으 로 음극전류를 공급하면, 금속과 용액 계면사이의 확산층에서는 OH-의 발생으로 인 하여 pH가 증가한다. 이때 금속과 용액계면사이의 확산층 pH가 9.5 이상이 되면 CaCO3보다는 Mg(OH)2를 우선적으로 석출하게 된다[14]. 그러나 -800 mV의 경우는 철강기판에 공급한 전류가 다른 전위에 비하여 상대적으로 적어서 pH가 9.5미만일 가능성이 높기 때문에 주로 Ca2+의 화합물이 석출되는 것으로 사료된다.
또한, 사용기판인 연강판에서 용출될 수 있는 Fe성분은 비전위일수록 감소하였다.
이것은 비전위가 되면서 음극 전류밀도가 비례적으로 증가하는 패러데이 법칙에 따 라서 단위시간당 전착물의 석출이 증가하는 것과 관계가 있다. 따라서 비전위일수 록 Fe 성분이 나타날 가능성은 적어지게 된다고 생각한다.
한편, 산소는 전위 값에 상관없이 거의 일정하였다. 이것은 천연해수 중의 용존산 소량을 일정하게 유지시킬 목적으로 산소를 공기 펌프로 일정하게 공급한 결과라고 생각된다.
Table 3.4 Result of EDS analysis of calcareous deposit films formed at different potentials in natural seawater for 10 hours
-800 mV -900 mV -1,000 mV -1,200 mV
O 47.91 45.44 48.48 48.59
Mg 0.94 34.39 39.05 34.79
Cl 1.29 0.93 0.79 0.32
Ca 32.60 2.76 2.77 5.50
Fe 4.87 0.74 0.23 -
Nb 12.38 12.83 8.69 10.80
Rb - 2.90 - -
- 800 - 900 - 1000 - 1200 Potential (mV)
Ca
Mg
In gre d ie n t Fe
Fig. 3.4 Result of EDS analysis Ca, Mg and Fe of calcareous deposit films formed at different potentials in natural seawater
이상에서 기술한 해수 중 전위변화에 따라 형성된 전착피막의 원소조성분석 결과 를 기준으로 형성 메카니즘을 정리하여 보면 Fig. 3.5와 같다[31]. 즉, 음분극전위를 인가하여 전위차가 커지면 전류밀도가 높아진다는 것을 의미하므로, 전류밀도가 높 으면 금속표면에서 전자의 활동이 활발하게 되어 물분자 등과 결합하여 음극표면에 서는 OH-이온이 많이 발생하여 pH가 높아진다. 이때 발생한 OH-이온은 용액 중에 존재하는 Ca2+이온에 비해 Mg2+이온과 상대적으로 많이 결합하여 CaCO3보다는 Mg(OH)2의 화합물이 많이 형성하게 되는 것으로 정리할 수 있다.
Cathodically polarized Potential ↑
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Differential Potential ↑
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Current Density ↑
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OH-evolution ↑ (Interfacial pH of Metal/S.W ↑)
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Mg2+ >> Ca2+ … (Precipitation ↑)
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Mg(OH)2 >> CaCO3 ↑ (Growth Rate ↑)
Fig. 3.5 Brief summary of formation tendency for electrodeposit films formed at various potentials in seawater