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금속의 전처리 방법
 

 
작성자 기술개발부 글번호 8
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작성일 2005-10-26 13:46:34 조 회 5485

전처리 방법
전처리 원리
녹 제거의 원리
금속은 그 환경에 따라서 표면에 접하는 물질과 반응하여 안정한 화합물이 되려고 합니다. 이와 같이 하여 금속면에 생성된 산화물이나 수산화물을 녹이라고 하며 녹으로 인하여 금속은 표면에서 소모되어 갑니다.
철강의 적색 녹에서는
2Fe+O2=2FeO, 2Fe2O+2H2O=2Fe(OH)2,
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
와 같이 산소와 수분의 존재로 수산화물이 됩니다. 이 녹은 다공질이기 때문에 흡습성이 있으며 금속을 부식하는 염류나 가스를 흡착하기 쉬우므로 따라서 녹이 확산되어 갑니다. 철강의 경우에는 산화물은 흑피, 수산화물은 적색 녹이라고 부릅니다.
적색 녹은 산 등에 용해되기 쉬우며 유산이나 염산 등에 용해되고 또한 흑피는 밀 스케일이라고 하여 열처리의 온도가 575℃ 이상이 되면 철의 바탕은 FeO, Fe3O4, Fe2O3의 순서로 산화물층이 생깁니다. 이러한 것을 고온 스케일이라고 하며 저온 스케일에서는 대부분이 Fe3O4층이 된다.
이 흑피는 균열이 있으므로 산액은 이 균열을 통하여 흑피 안으로 들어가서 산화물층과 철바탕의 양쪽을 용해하여 흑피를 벗기게 됩니다. 이 용해는 극부 전지의 작용에 의한 것으로 용해할 때에 발생하는 수소도 기계적 박리작용이 있습니다.
탈지의 원리
금속면 등에 부착하고 있는 유지에는 기름이나 경유 등으로 만든 동식물유와 그리스, 파라핀 등과 같은 광물유가 있습니다.
동식물유는 가성 소다 등의 알카리와 가열하면 기름은 비누와 글리세린으로 분해되고 물에 용해하여 분산되어 용이하게 금속면에서 제거됩니다. 광물유로는 규산 소다계의 알카리를 사용하고 이것에 계면 활성제를 주입하여 기름을 유화시켜서 오손을 제거합니다. 이 때의 수세하는 수질이 경수라면 물에 용해하지 않는 금속 비누가 생겨서 금속면에 부착하는 일이 있습니다. 또한 수세가 불충분할 때에는 산세척할 때에 비누가 기름으로 되돌아가서 금속면에 부착되는 일이 있으므로 주의하여야 합니다.
용제 탈지는 유지종류를 용해하는 용제를 사용하여 금속면의 유지를 용해시켜 제거하는 것으로 항상 새로운 용제를 사용하지 않으면 완전하게 유지를 제거할 수 없습니다. 이 때문에 트리클로도 에틸렌 등의 증기 세정법을 사용합니다.
이 용제에 계면활성제를 조합한 것이 에멀젼 탈지로, 케로신, 나프타 등의 유화하기 쉬운 용제를 사용합니다. 유지는 이러한 유화성 용제 중에 분산되고 수세로써 유화되어 오손된 것이 세척됩니다. 유지로서 알카리나 경수의 연화제를 가할 수도 있습니다.
인산염 피막의 생성
철 등의 금속을 인산염의 수용액에 침수하면 다음과 같은 반응이 발생합니다.
Me(H2PO4)2↔Me(HPO4)+H3PO4 --- 1)
3Me(HPO4)↔Me3(PO4)2↓+H3PO4 --- 2)
Fe+2H3PO4↔Fe(H2PO4)2+H2↑ --- 3)
Me는 망간, 철, 아연 등의 금속으로 철 바탕의 표면에서는 3)식과 같은 반응으로 인하여 인산(H3PO4)이 소비되므로 이 인산을 보급하기 위해서 1) 및 2)식의 반응이 우측으로 진행하여 물에 용해하지 않는 MeHPO4와 Me3(PO4)의 인산염이 철 바탕 위에 부착됩니다. 이것이 인산염 피막이며 실제로 처리제에는 저온에서 단시간에 처리할 수 있게 초산염이나 아초산염을 첨가하거나 알카리나 완충제를 가합니다.
계면 활성제의 작용
철사 주변에 실의 윤을 연결하여 이것을 비누액 중에 침수하여 올리면 비누의 막이 생깁니다. 이때 실 안의 막을 파손하면 윤은 둥글게 됩니다. 이것은 비누의 막이 수축하려고 윤의 어느 부분에서도 동일한 힘으로 당기게 되는 현상 때문입니다. 이와 같이 액체의 표면은 고무막과 같이 가급적 수축하려고 하는 힘이 작용하고 있습니다. 이 힘을 표면장력이라고 하는데 액체의 종류에 따라서 다릅니다. 일반적으로 표면장력이 클수록 둥글게 되어 수축하며 작은 것일수록 확산되는 성질이 있습니다. 탈지액이나 녹제거액 등은 표면장력이 작은 것이 물품이나 녹에 액체가 침투하기 쉬우므로 표면장력을 작게하는 약품을 주입합니다. 이것이 계면 활성제이다. 이 활성제는 물과 기름을 분산시키거나 또는 혼합시키는 작용도 있으며 음이온형, 양이온형, 비이온형 등이 있고 이것은 각각 세제나 화장품 등에 사용됩니다.
산, 알카리 중화
유산이나 염산 등의 산은 물에 용해하고 수소 이온을 방출하여 산성을 나타내는 성질을 가지고 있습니다. 이때 수소이온을 많이 방출하는 것을 강산이라고 하며 염산, 유산, 초산 등이 있습니다. 작은 것은 약산이라고 하여 인산, 질산 등이 있습니다. 이러한 수소 이온이 많고 적은 것은 보통 전리도가 큰 것이 강산입니다.
산은 신맛(산의 맛)이 있고 청색 리트머스를 적색으로 변하게 하는 성질이 있습니다. 알카리는 염기중에서 물에 용해되기 쉬운 것을 말하며 물에 용해하여 수산 이온을 방출합니다. 또한 적색 리트머스를 청색으로 변하게 하는 성질이 있으며 전리도의 크기에 따라서 강알카리 또는 약알카리로 구분합니다. 가성 소다 등은 강알카리이며 암모니아수는 약알카리입니다.이 알카리액에 염산 등의 산을 첨가해 가게 되면 어떠한 점에서 알카리 성질도 아니고 산성도 아닌 곳이 생기는데 이 상태를 중화라고 말하며, 중성의 물질(염이라고 함)과 물이 됩니다.
NaOH + HCI = NaCI + H2O
  가성소다 염산 식염
이 작용을 이용하여 탈지액과 같은 알카리성의 것은 산성으로서, 녹제거액이나 또는 인산화성 처리액과 같은 산성의 것은 알카리액을 한 방울 한 방울 혼합하여 이 액이 아직까지 작용하는 힘이 있는가의 여부를 점검합니다
 

 
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