아크 용사법에 의한 STS316, Ni-Al-Bronze, Al 복층 및 복합코팅재의 내침식성 및 내식성 평가에 관한 연구

Abstract

90년대 중반 이후, 선박의 선복량이 증가하면서 선박의 고속화와 대형화가 실현되고 선박의 추진 구동 성능이 급격히 증가되고 있다. 이에 따른 고속 운항의 증가로 인하여, 선체에 가해지는 부식환경은 기존의 해양 구조물과 같은 단순 화학적인 해수부식 환경을 넘어 물리적인 침식이 전기화학적인 부식을 가속화시키는 가혹한 상황이 되고 있다.

종래에는 대체로 선박이 20노트 이하의 저속으로 운항되어 러더(rudder)의 공동(cavitation)현상에 의한 침식은 크게 문제되지 않아 선체외판 도장사양과 유사한 용융아연 도금(zinc galvanizing)이나 아연성분이 포함된 도료(zinc-rich primer)에 에폭시 수지 와 불소 수지 등을 조합한 중방식(Heavy duty coating) 도장 시스템이 적용되어 왔다[1].

그러나, 선체부품 중 선미부의 러더는 빠르게 회전하는 프로펠러의 영향으로 발생된 이상 와류의 공동침식과 더불어 가속되는 부식에 의해 기존의 러더 도장 손상은 물론 러더 모재의 심각한 국부 손상 문제가 빈번히 발생하고 있는 실정이다. 이에 대한 해결책으로 러더와 스크류의 설계 최적화, 스테인리스강재 보강(lining), 탄성세라믹 코팅재(elastic-ceramic reinforced epoxy) 적용 등이 시도되고 있으나 공정 용이성 및 경제성 측면에서 여러 문제점을 안고 있어서 어려움을 겪어왔다[2]. 기타 러더 부식문제의 다른 해결방법으로는 일반적인 선박 방식기술인 도장, 희생양극 및 ICCP(Impressed current cathodic protection) 등이 적용되며, 일부 중소형 선박의 경우 일반 도료를 사용한 도장만을 실시하고 있다. 따라서 이제는 새롭고 적절한 고성능 보호 코팅기술의 개발이 매우 필요한 상황에 있다.

강재의 방식방법 중, 용사코팅(thermal spray coating)은 지난 수 십년간 항공산업, 자동차 산업 뿐만 아니라 제조업을 포함하여 많은 부분에 응용되면서 마모와 부식 문제 개선을 위해 사용되어 왔다[3]. 그 중 아크용사코팅은 친환경적이며, 대량 생산이 가능하고 현장시공성 또한 용이하여 선박 러더의 내침식성 및 내식성 향상과 수명 증대 및 선박의 안전성 확보에 대한 효과적인 방법으로 인식되어 왔다. 용사코팅에 의한 러더(rudder)의 내침식성과 내식성 향상을 위한 노력의 일환으로 단층 용사코팅에 대한 연구[4]가 시도된 바 있으며, 그 결과 STS 316과 현재 프로펠러의 재료로 사용되고 있는 내침식성인 Ni-Al-Bronze(이하 NAB)의 내침식성이 우수하였으며, 또한 순수 Al 및 Si를 첨가한 Al-5%Si의 내식성이 향상됨을 확인하였다.

본 논문은 그 연장선에서, 내침식성이 뛰어난 STS 316과 NAB를 외장재로, 내식성이 확인된 Al과 Al-5%Si를 내장재로 하는 복층코팅재와 내침식성 재료인 STS 316, NAB 및 내식성 재료인 Al을 동시에 용사코팅한 복합코팅재에 대한 내침식성과 내식성 개선을 위한 연구를 하였다.