

인산염피막
인산염피막이란
인산염피막(phosphate coating)은 금속표면에 인산염화합물로 형성된 보호층을 말합니다.
이 피막은 철과 같은 금속재료의 표면처리에 사용되며 피막의 주요목적은 피도체의 내식성을 향상시키고, 부식방지, 부착력 향상의 기능을 제공합니다.
인산염 화성 피막제의 반응입니다.
철강 제품이 침지되기 이전 피막제의 반응은
3 Zn(H2PO4)2 ⇔ 3 H3PO4 + 3 ZnHPO4 ---------- (1)
+ 3 ZnHPO4 ⇔ H3PO4 + 3 Zn3(PO4)2 ---------- (2)
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3 Zn(H2PO4)2 ⇔ 4 H3PO4 + Zn3(PO4)2 ---------- (3)
철강 제품을 인산염 수용액 속에 침지하여 가열하면
Fe + 2 H2PO4 ⇔ Fe(H2PO4)2 + H2 ↑ 와 같아진다.
(철) (인산) (제1인산철) (수소)
철강 제품이 식(1)과 (2)의 인산과 작용하여 철은 부식되고 그 일부가 녹아 철 이온이 되며 동시에 생기는 수소 이온은 방전되어 수소 가스로 날아 갑니다.
2 H+ + 2 e- ⇔ H2 ↑
이로 인해 유리인산을 상실하므로 철강면 부근의 수소이온 농도가 감소되어, 식(3) 은 우측으로 이동되고 따라서 제 2 및 제 3 인산염의 결정이 액 속에서 철강면에 침전됩니다. 이 침전이 철강면 여기 저기서 결정핵으로 되고 더욱 성장하여 면 전체를 피복하는 피막이 생깁니다.
* 인산아연 피막의 결정조성
제1층 : Zn3(PO4)2․4H2O -- Hopeit 층 : 5%
제2층 : Zn2Fe(PO4)2․4H2O -- Phosphophyllitet 층: 95%
제3층 : Fe3(PO4)2․4H2O -- Vivanite 층
제4층 : Fe3H2(PO4)2․4H2O -- Iron-Hreaulite 층
화성피막처리에 영향을 미치는 요인으로는 다음과 같습니다.
1) 전 산 도
처리액 속에 함유되는 산성성분의 전량을 나타내는 것이며, 처리액 10cc를 채취하여 페놀프탈레인(P.P)를 지시약으로 하여 0.1N-NaOH로 적정할 때 중화에 요하는 NaOH의 cc의 수
2) 유리산도
처리액 속에 함유되는 유리산도의 농도를 나타내며, 처리액 10cc를 채취하여 브롬페놀블루(B.P.B)를 지시약으로 하여 0.1N-NaOH로 적정할 때 중화에 요하는 NaOH의 cc의 수
유리산도가 높거나 낮을 경우
참고로 유리산도가 높을 경우
Etching 시간이 길어져 이로 인해 화성시간이 높아지고 또한 피막속의 제3인산염의 함유량이 감소되므로 내식성이 감소되는 경향이 있습니다.
유리산도가 낮을 경우
Etching 시간의 불충분으로 역시 내식성이 감소되고 유리산도가 더욱 낮아지면 침전 생성이 철강면 부근 뿐만 아니라 처리액 전체에 걸치므로 다량의 이상물로서 소실 될 염려가 있죠.
또 참고로 POINT의 영향에 대해서도 말씀드리겠습니다.
낮을 경우
처리액을 희석하면 산비는 변화되지 않지만 POINT는 저하됩니다. 이 때는 평행 이동이 급속히 일어나므로 철강면 부근 뿐만 아니라 처리액 전액에 걸쳐 침전이 일어나기 쉽게 되므로 손실이 많게 됩니다.
높을 경우
Etching이 심해져 반면 평행의 이동이 늦어지게 되는데 이러면 처리시간이 길어지고 내식성도 좋지 않게 됩니다.
또또 참고로 POINT와 피막과의 관계를 말씀드리면
1) 낮을 경우 : 얇고 불균일한 회색의 결정
2) 적정 POINT : 치밀하고 평활한 결정
3) 높을 경우 : 흑색이고 거친 결정이 나죠
촉진제를 쓰는 경우
Fe + 2 H3PO4 → Fe(H2PO4)2 + H2 ↑
의 반응에서 발생하는 수소가스는 처리코져 하는 철강면에 남아 처리액 작용을 지연 시키며 결정액을 생기기 힘들게 하거나 결정이 성장 발달되기 힘들게 합니다. 촉진제는 이 수소 가스를 제거하며 피막화성이 완전하고 신속하게 합니다.
인산염 피막의 부착량은 일반적으로 2-3 g/㎡ 정도가 가장 좋습니다.
막 두께는 3-5μ
피막액의 주성분은 이렇습니다.
1) 제1인산아연 : Zn(H2PO4)2
2) 초산아연 : Zn(NO3)2
3) 인산아연 : H3PO4
4) 산화제 : 아초산소다 (NaNO2)
염소산소다 (NaClO3) → 수소제거
5) 중금속 : Ni, Fe (유기산 )