표면처리만으로 재료의 수명을 크게 늘릴 수 있는 이유가 궁금합니다

Question

도금, 코팅, 열처리 등의 표면처리를 하면 부식이나 마모에 대한 저항성이 좋아지는 경우가 있습니다. 재료 전체를 바꾸지 않고 표면의 아주 얇은 부분만 변화시켜도 성능이 크게 달라지는 이유가 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

재료의 파괴 부식 마모와 같은 대부분의 손상은 환경과 직접 접촉하는 가장 겉 부분인 표면에서부터 시작되므로 표면 상태가 전체 수명을 결정합니다 표면처리를 거치면 얇은 영역에 부식 방지용 보호막이 형성되거나 미세구조가 치밀해져 외부에 노출되는 최전선 자체의 경도와 화학적 안정성이 비약적으로 상승합니다 결과적으로 내부의 비싼 재료 전체를 교체하지 않고도 정밀하게 개질된 미세 표면층이 크랙 유발 및 마모 부식 작용을 효과적으로 차단해 재료 전체의 수명을 크게 연장시킵니다

Answer 2

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

부식이나 마모, 피로균열 같은 손상들은 대부분 재료의 내부보다는 외부 환경과 직접적으로 맞닿는 표면에서 주로 시작됩니다. 그래서 재료 전체의 성질을 바꾸지 않아도 표면만 잘 디자인 하면 손상이 시작되는 속도를 크게 늦출 수 있게 됩니다.

도금이나 코팅을 하면 물이나 산소, 염분 같은 것들이 모재에 직접적으로 닿는 것을 막아주기 때문에 부식을 억제하는 기능을 할 수 잇습니다. 또 침탄이나 질화 처리 같은 표면 처리는 표면 경도와 내마모성을 높여주면서 내부는 그 성질을 유지할 수 있도록 할 수 있습니다.

물론 표면이 벗겨지거나 표면처리한 층이 너무 얇을 경우, 효과가 빠르게 떨어질 수 있습니다. 결론적으로 실제 고장이 표면에서 시작되는 경우가 많기 때문에 얇은 표면층만 잘 제어해도 재료 전체의 수명이 크게 증가될 수 있습니다.

Answer 3

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

재료가 망가지는 일은 대부분 표면에서 시작되기 떄문이에요. 녹은 공기와 물이 닿는 표면에서 생기고, 마모는 다른 물체와 스치는 표면에서 일어나고, 금이 가는 것도 표면의 미세한 흠집에서 출발해요. 속살은 겉이 뚫리기 전까지는 사실상 아무 공격도 안받아요.

그러니까 재료의 수명을 결정하는 건 몸통 전체가 아니라 바깥 몇 마이크로미터인 셈이에요. 성벽이 튼튼하면 성 안이 안전한 것과 같아서, 표면만 단단하거나 잘 안 녹슬게 바꿔주면 안쪽은 원래 성질 그대로 오래 버틸 수 있어요. 오히려 속은 무르고 잘 휘어지는 성질을 남겨두는 게 충격을 흡수 하는 데 유리하고, 겉만 단단하게 하는 게 전체를 단단하게 만드는 것보다 부러질 위험도 적어요.

비용 면에서도 합리적이에요. 부품 전체를 값비싼 내식성 합금으로 만들면 무게와 가격이 감당이 안 되지만, 싼 철로 몸을 만들고 표면에만 크롬이나 세라믹을 얇게 입히면 같은 효과를 훨씬 싸게 얻어요. 제가 현장에서 보는 반도체 장비 부품들도 몸통은 알루미늄이지만 표면 처리 하나로 수명이 몇 배 차이 나는 경우가 흔해요.

공격이 겉에서 오니까 방어도 겉에서 하면 되는거죠 :)

Answer 4

안녕하세요. 한만전 전문가입니다.

금속이 외부의 환경에 변화되는 요인 크게 3가지 입니다. 온도,압력, 산소 입니다.

금속의 표면을 강화 시키면 내열성,내마모성,내산화성등이 향상됩니다.

물론 어떤 금속을 도금하는냐에 따라 그 정도는 다르게 됩니다.

도금이란는 것은 모재금속의 표면에 도금금속을 전기적 또는 화학적,물리적 방법으로 박리되지 않게 접착 시키는 것으로 도금재가 내부의 모재금속의 약한성질을 상쇠시키는 작업입니다.