부동태 처리는 무언가를 입히는 것이 아니라 철을 빼내는 것입니다

이 페이지는 전문을 읽은 두 문서를 근거로 합니다. 첫째는 ISO/TC 2가 만든 ISO 16048:2003, Passivation of corrosion-resistant stainless-steel fasteners입니다. 둘째는 CNRS와 Chimie ParisTech 연구진이 Journal of the Electrochemical Society에 발표한 2019년 논문으로, 316L의 산화 피막을 질량 분석, 광전자 분광, 전기화학으로 측정했습니다. 규격은 무엇을 할지 말하고, 논문은 무슨 일이 일어나는지 말합니다.

두 방향에서 나온 2 nm

규격은 2003년에 약 0.002 µm라고 적었습니다. 논문은 16년 뒤 전혀 다른 경로로, 준비된 상태의 표면이 크롬과 철이 섞인 ~2 nm 두께의 이중층 수산화 산화물로 덮여 있다고 보고합니다. 같은 수치를 독립적으로 얻은 것입니다.

논문은 그 안에 무엇이 있는지도 말해 줍니다. 안쪽 층은 크롬(III)이 크게 농축되어 있고 바깥쪽 층은 덜합니다. 몰리브덴은 바깥쪽 층에 모이며 대부분 Mo(VI) 상태입니다. 니켈은 미량으로만 존재합니다. 합금에서 니켈이 차지하는 비중을 생각하면 눈여겨볼 대목입니다. 두 층의 밴드 갭은 3.0과 2.6~2.7 전자볼트이며, 저자들은 이 피막이 절연체처럼 거동할 것이라고 적습니다.

즉 스테인리스 나사를 보호하는 것은 두께 2 nm의 이중층 산화물이며, 크롬은 그 아래쪽에 모여 있고 니켈은 사실상 없습니다. 이하의 내용은 모두 화학 욕조가 이 피막에 무엇을 하는지에 관한 것입니다.

메커니즘은 석출이 아니라 용해입니다

논문의 서론은 산 욕조가 애초에 왜 효과가 있는지 설명하며, 이 문장이 주제 전체를 다시 보게 합니다. 내식성의 핵심 요인인 부동태 피막의 크롬 농축은 철 산화물종과 크롬 산화물종이 경쟁적으로 용해되고 크롬(III) 산화물의 용해 속도가 상대적으로 작기 때문에 산성 수용액 환경에서 강하게 나타난다는 것입니다. 산은 둘 다 공격하지만 철을 더 빨리 가져갑니다. 남은 것은 철이 빠져나갔기 때문에 크롬이 더 풍부해집니다.

저자들은 이어서 이를 측정했습니다. 황산 속 전기화학적 부동태 처리는 철(III)의 우선 용해를 일으켰고, 그 결과 바깥쪽 층의 두께가 줄어드는 동시에 크롬과 몰리브덴 농축은 강해졌습니다. 안쪽 층의 크롬 농축이 더 진행되면서 부식 방지 성능이 좋아졌고, 부식 전위는 양극 방향으로 이동했으며 분극 저항은 약 4배 증가했습니다.

이것을 모순으로 읽지 말고 주의 깊게 읽어야 합니다. 실험은 황산 속 전기화학적 부동태 처리였고, 규격은 질산 욕조 침지를 설명합니다. 서로 관련은 있지만 같은 공정은 아니며, 이 페이지는 논문이 규격을 반박한다고 주장하지 않습니다. 두 설명이 일치하는 것은 화학의 방향입니다. 부동태 처리는 철을 빼냄으로써 일어나는 조성 변화입니다. 전체 피막이 결국 두꺼워지는지 얇아지는지는 어떤 공정을 했느냐의 문제이며, 핵심에서 파생되는 문제입니다.

규격이 실제로 요구하는 것

절차는 짧고, 조동사를 눈여겨볼 만합니다. 산세 전에 체결 부품은 탈지하고 헹구어야 한다. 부동태 처리 전에 산세 처리를 하는 것이 권장된다. 그다음 표에서 고른 욕조에서 부동태 처리를 합니다.

중크롬산염 첨가에는 부식과 전혀 무관한 목적이 명시되어 있습니다. 고탄소 스테인리스강과 쾌삭 스테인리스강의 변색이나 에칭을 최소화하는 데 쓸 수 있다는 것입니다. 그리고 표에 붙은 각주는 필요하면 농도, 온도, 침지 시간을 조정할 때 규정 범위 밖의 값도 허용된다고 말합니다. 수치는 지침이지 한계가 아닙니다.

이 표의 온도는 욕조에 따라 약 15~80 °C, 침지 시간은 5~30분입니다. 우리가 가진 사본에서는 온도와 시간 열이 행과 깔끔하게 맞지 않았으므로, 여기서는 어떤 욕조에도 특정 온도와 시간을 짝짓지 않습니다. 어차피 이 페이지는 공정 지시서가 아니며, 화학은 처리 업체의 몫입니다.

수소에 관한 각주

산세 표의 한 줄은 공정 메모가 아니라 안전 요구 사항입니다. C1, C3, C4 강종의 열간 단조 체결 부품은 수소 취성 위험을 줄이기 위해 산세 전에 가장 연한 상태로 연화 풀림하고 쇼트 피닝해야 한다는 것입니다. 원소재가 이미 연화 풀림되고 연삭된 경우에는 쇼트 피닝만으로 충분할 수 있다고 규격은 말합니다.

나사를 부러뜨리는 방청 처리를 다룬 이 사이트의 페이지는 전기 도금과 함께 산세를 수소 공급원으로 꼽습니다. 이 조항이 그에 짝이 되는 내용입니다. 지정된 강종군, 지정된 전처리, 그리고 명시된 이유입니다. 마르텐사이트계 스테인리스 체결 부품이 산 욕조에 들어간다면, 주문서에 관여한 누군가가 읽었든 읽지 않았든 이 요구 사항은 존재합니다.

그리고 규격은 잘 언급되지 않는 사실을 말합니다

5절은 두 문장입니다. 부동태 처리는 제조사의 품질 보증 체계로 검증해야 한다. 부동태 처리에 대한 심판 시험 방법은 알려져 있지 않다.

심판 시험은 두 당사자의 의견이 갈릴 때 기댈 수 있는 수단입니다. 그것이 없다는 것은 ISO 16048에 따라 부동태 처리함이라는 문구가 누군가 실행한 공정에 대한 진술일 뿐, 나중에 누구든 확인할 수 있는 결과에 대한 진술이 아니라는 뜻입니다. 공급자는 측정으로 적합성을 입증할 수 없고 구매자도 위반을 입증할 수 없습니다. 이는 합의된 견본 없이 다투는 표면 마감과 구조적으로 같은 상황입니다. 사실에 대한 다툼이 아니라, 사실을 확인할 곳이 없는 다툼입니다.

규격의 참고 부속서가 그 이유를 짐작하게 합니다. 부속서는 활성-부동태-과부동태 금속의 양극 용해 거동을 개략적으로 보여 줍니다. 활성 영역에서는 용해가 전위에 따라 지수적으로 증가하고, 이어서 매우 작은 값으로 떨어져 부동태 영역 전체에서 전위와 거의 무관하게 유지되다가, 과부동태 영역에서 다시 증가합니다. 규격 자신의 정의에 따르면 부동태는 화학적으로 비활성인 표면 상태이며, 전위 범위에 걸친 상태는 두께가 있는 층보다 납품서에서 인증하기가 더 어렵습니다.

주문할 때 이것을 어떻게 다룰까

• 두께를 기대하지 마십시오. 피막은 처리 전에 약 2 nm이고, 규격은 처리 후 수치를 제시하지 않으며, 이 페이지도 마찬가지입니다
• 결과를 심판할 수 없으므로 무엇을 실행했는지 물으십시오. 탈지와 헹굼이 유일한 필수 단계이고, 산세는 권장 사항이며, 부동태 처리 욕조는 짧은 목록에서 고릅니다
• 강종을 명시하십시오. 표는 강종별로 나뉘며, 마르텐사이트계에는 수소 취성과 관련된 전처리 요구 사항이 붙어 있습니다
• 처리의 목적을 기억하십시오. 처리는 철을 제거해 조성을 바꿉니다. 논문에서 측정된 효과는 316L에서 분극 저항이 4배로 늘어난 것이며, 이는 실제 개선이지 코팅이 아닙니다

더 넓은 요점은 이 사이트가 여러 방향에서 거듭 마주치는 것입니다. 층처럼 들리는 단어가 실은 상태를 가리키고, 사양이 치수가 아니라 상태를 지정하는 순간 흥미로운 질문은 무엇을 요구할지가 아니라 누가 어떻게 그것을 판별할지로 바뀝니다.

이 글은 5단계: 표면 처리를 다룹니다. 전체 순서는 모재, 나사산, 머리, 구동부, 표면 처리, 문서이며, 순서를 바꾸면 재작업이 되는 이유는 영어 글 Specifying a screw에 설명되어 있습니다.

자주 묻는 질문

부동태 처리는 코팅입니까?

아닙니다. ISO 16048은 이를 모든 종류의 스테인리스강 표면에 자연적으로 존재하는 크롬이 풍부한 산화 피막의 두께를 늘리는 화학 처리로 정의합니다. 서문은 이 피막이 강을 생산하는 즉시 생긴다고 적고 있으므로, 처리는 새로운 무언가를 입히는 것이 아니라 이미 있는 것에 작용합니다.

스테인리스강의 부동태 피막은 얼마나 두껍습니까?

ISO 16048은 약 0.002마이크로미터, 즉 2 nm라고 적습니다. Journal of the Electrochemical Society에 실린 2019년 316L 연구는 질량 분석과 광전자 분광으로, 준비된 상태의 표면이 약 2 nm 두께의 이중층 산화물로 덮여 있으며 크롬은 안쪽 층, 몰리브덴은 바깥쪽 층에 모이고 니켈은 미량뿐이라고 보고합니다. 독립된 두 경로에서 같은 수치가 나왔습니다.

산 욕조는 어떻게 스테인리스강의 내식성을 높입니까?

크롬보다 철을 더 빨리 빼내기 때문입니다. 논문은 철 산화물종과 크롬 산화물종의 경쟁적 용해와 크롬(III) 산화물의 상대적으로 작은 용해 속도 때문에 산 속에서 부동태 피막의 크롬 농축이 강하게 나타난다고 말합니다. 저자들의 측정에서 황산 속 전기화학적 부동태 처리는 철(III)을 우선 용해했고, 바깥쪽 층을 얇게 하면서 크롬과 몰리브덴을 농축시켰으며, 분극 저항을 약 4배 높였습니다.

부동태 처리는 피막을 두껍게 합니까, 얇게 합니까?

어떤 공정을 말하는지에 따라 다르며, 이 페이지는 두 출처를 서로 모순된다고 보지 않습니다. ISO 16048은 질산 욕조 침지를 설명하고 부동태 처리로 피막이 두꺼워질 수 있다고 말합니다. 2019년 논문은 황산 속 전기화학적 부동태 처리를 측정해 바깥쪽 층이 더 얇고 크롬이 더 풍부해졌음을 확인했습니다. 서로 관련은 있지만 다른 공정입니다. 두 출처가 일치하는 것은 화학의 방향으로, 철이 빠져나가기 때문에 조성이 바뀐다는 점입니다.

부동태 처리는 어떻게 검증합니까?

제조사가, 오직 제조사만이 검증합니다. ISO 16048의 5절은 부동태 처리를 제조사의 품질 보증 체계로 검증해야 한다고 한 뒤, 부동태 처리에 대한 심판 시험 방법은 알려져 있지 않다고 분명히 말합니다. 따라서 주문서의 부동태 처리 요구는 실행된 공정을 기술할 뿐, 분쟁 시 어느 쪽으로든 확인할 수 있는 결과를 기술하지 않습니다.

부동태 처리에 수소 취성 위험이 있습니까?

규격은 마르텐사이트계 강종의 산세 단계에 그 위험을 연결합니다. C1, C3, C4 강종의 열간 단조 체결 부품은 수소 취성 위험을 줄이기 위해 산세 전에 가장 연한 상태로 연화 풀림하고 쇼트 피닝해야 하며, 원소재가 이미 연화 풀림되고 연삭되었다면 쇼트 피닝만으로 충분할 수 있습니다. 수소 공급원으로서의 산세는 이 사이트의 수소 취성 페이지에서 더 일반적으로 다룹니다.

참고 자료

• ISO 16048:2003 — Passivation of corrosion-resistant stainless-steel fasteners. 서문, 1절, 3절 정의, 표 1과 표 2가 있는 4절, 5절, 부속서 A
• Wang, Di-Franco, Seyeux, Zanna, Maurice, Marcus, “Passivation-induced physicochemical alterations of the native surface oxide film on 316L austenitic stainless steel”, Journal of the Electrochemical Society, DOI 10.1149/2.0321911jes. arXiv의 오픈 액세스 전문

ISO 16048:2003은 공개 미리보기로 읽었으며, 이 규격의 미리보기에는 4쪽 분량의 내용 전체가 들어 있습니다. 위의 모든 인용과 범위는 그 텍스트에서 가져왔습니다. 우리가 가진 사본에서는 욕조 표의 온도와 침지 시간 열이 행과 깔끔하게 맞지 않았으므로, 여기서는 어떤 욕조에도 특정 온도와 시간을 짝짓지 않았습니다. 강종군에 분명히 연결된 농도만 제시했습니다. 논문은 Journal of the Electrochemical Society에 게재 승인된 논문의 arXiv 오픈 액세스 판으로 읽었습니다. 논문은 316L에 대한 황산 속 전기화학적 부동태 처리를 연구했고 규격은 질산 욕조 침지를 설명합니다. 둘은 관련은 있지만 다른 공정이며, 이 페이지는 논문이 규격을 반박한다고 주장하지 않고, 논문의 두께 결과를 질산 욕조 속 체결 부품에 옮겨 적용하지도 않습니다. 처리 후 피막 두께는 제시하지 않았습니다. 규격이 설명하는 공정에 대해 두 출처 모두 그 값을 제공하지 않기 때문입니다. 이 페이지는 어떤 욕조, 농도, 온도, 절차도 권장하지 않습니다. 화학은 처리 업체의 몫입니다. ISO 3506은 이 페이지를 위해 읽지 않았으므로 아무것도 인용하지 않았습니다.