Cu-Ti 합금의 부식 거동에 미치는 미량 합금 원소(Ni, Co)와 시효 열처리의 영향 = Effect of Minor Alloying Elements and Ageing Heat Treatment on the Corrosion Behavior of Cu-Ti-(Ni, Co) Alloys

국문 초록 (Abstract)

구리-티타늄(Cu-Ti) 합금은 기존의 독성이 있는 Cu-Be 합금을 대체할 수 있는 차세대 고강도 전도성 소재로 주요 연구 대상이 되고 있다. 특히 시효 열처리과정을 통해 금속간 화합물인(Cu3Ti) 석출상을 정밀하게 제어함으로써 기계적 성질을 획기적으로 향상시킬 수 있는 잠재력이 매우 크다. 그러나 구리 합금은 염화물 이온(Cl-)이 매우 풍부한 해수 와 같은 환경에서 사용될 경우, 형성되는 부동태피막(passive film)이 불안정 해져 국부 부식(공식)(pitting corrosion)에 취약하다는 근본적인 약점을 지닌다. 따라서 Cu-Ti 합금을 해양 산업에 실질적으로 적용하기 위해서는, 미세 조직의 변화와 부식 특성 간의 체계적인 연관성을 규명하고 내식성을 향상시키는 방안을 모색하는 것이 필수적이다. 본 연구의 목적은 Cu-Ti 합금에 대한 시효 열처리 조건변화와 미량 합금 원소(Ni, Co) 첨가가 합금의 부식 거동에 미치는 영향을 종합적으로 분석하는 것이다. 구체적으로, 합금 조성별 경도 측정을 통해 최대 강도에 이르는 최적 시효 조건을 설정했다. 이후 시효 전후의 미세 구조를 주사 전자 현미경(SEM), 에너지 분산형 분광분석법(EDS)을 활용하여 Cu3Ti 과와 같은 이차상의 크기, 분포 및 조성 변화를 정량적으로 분석하였다. 또한, 해수 환경을 모사한 3.5 wt.% NaCl수용액에서 개방 회로 전위(Eocp) 측정과 및 동전위 분극 시험(Potentiodynamic polarization test)을 수행하여 합금의 부식 동역학적 특성(Ecorr, icorr)을 정밀하게 평가하였다. 궁극적으로 미세 조직 변화와 전기화학적 부식 특성 간의 심층적인 상호관계를 규명함으로써, Cu-Ti 합금의 내식성을 극대화하고 해양 플랜트 및 조선 분야에 적합한 고신뢰성 소재 설계 기반을 마련하는 데 핵심적인 학문적, 산업적 기여를 할 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구목적 2
• 2. 이론적 배경 3
• 2.1 구리 합금 3
• 2.1.1 구리 합금의 특징 3
• 2.1.2 산업계에서의 구리 합금의 활용 7
• 2.1.3 구리 합금의 강화기구 9
• 2.1.4 미량 합금 첨가에 따른 상관관계 11
• 2.2 시효열처리 15
• 2.2.1 시효열처리의 원리 및 특징 15
• 3. 실험 방법 17
• 3.1 시편준비 17
• 3.2 시효 열처리방법 및 조건 18
• 3.3 미세조직 분석 19
• 3.4 부식거동 분석 21
• 3.4.1 경도 시험 21
• 3.4.2 개방 회로 전위 측정 및 동전위 분극 시험 21
• 3.4.3 침지 시험 24
• 4. 실험 결과 26
• 4.1 경도 26
• 4.2 미세조직 관찰 29
• 4.2.1 미세조직 정량화 29
• 4.3 부식 거동 관찰 32
• 4.3.1 개방 회로 전위 측정 및 동전위 분극 시험 32
• 4.3.2 침지 시험 36
• 4.3.3 부식생성물 조성 분석 39
• 4.3.4 침지 시험 후 공식크기(Pitting size) 결과 43
• 4.3.5 표면형태 45
• 5. 고찰 48
• 5.1 Cu-Ti 합금의 부식과정 48
• 5.2 시효 처리가 부식거동에 미치는 영향 49
• 5.2.1 Cu-Ti 합금 49
• 5.2.2 Cu-Ti-Ni 합금 50
• 5.2.3 Cu-Ti-Ni-Co 합금 51
• 5.3 첨가 원소가 부식거동에 미치는 영향 54
• 5.3.1 Ni 첨가 54
• 5.3.2 Ni, Co 첨가 54
• 5.4 시효 처리에 따른 합금별 미세조직 변화와 부식 거동의 상관관계 55
• 5.4.1 Cu-Ti 이원계 합금 55
• 5.4.2 Cu-Ti-Ni 및 Cu-Ti-Ni-Co 합금 55
• 6. 결론 56
• 7. 참고문헌 58
• 영문 요약 63