동적 스펙클 패턴 분석을 통한 공식 부식 평가

Jan 30, 2024

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8549(2023) 이 기사 인용

354 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

금속 부식 연구를 위한 비파괴 실시간 고해상도 접근 방식에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 본 논문에서는 공식 부식의 정량적 평가를 위한 저렴하고 구현하기 쉬운 준 현장 광학 기술인 동적 스펙클 패턴 방법을 제안합니다. 이러한 유형의 부식은 금속 구조의 특정 영역에서 발생하며 구멍이 형성되어 구조적 결함을 초래합니다. 3.5wt% NaCl 용액에 넣고 \(350\,\hbox {mV}_{SCE}\) 전위에 적용하여 부식을 시작하는 맞춤형 450 스테인리스강 샘플을 샘플로 사용합니다. He-Ne 레이저 광의 산란에 의해 형성된 스펙클 패턴은 샘플의 부식으로 인해 시간이 지남에 따라 변화합니다. 시간 적분 반점 패턴의 분석은 피팅의 성장 속도가 시간에 따라 감소함을 시사합니다.

염화물 이온(\(\hbox {Cl}^-\)) 흡착 과정은 패시브 필름의 이온 전도도를 변경할 수 있습니다. 결과적으로 일부 금속은 피트가 형성되기 쉽습니다. Pit 내부의 가수분해로 인해 전기적 중성을 달성하기 위해 Pit 내부로 이동한 염화물 이온이 Pit 표면에 흡착되어 Pitting 전파1로 이어집니다. 부식성 환경이 응력 집중 환경과 결합되면 응력 부식 균열(SCC)이 발생할 수 있습니다. 손상 진행의 특성화는 안전성을 높이고 시스템의 경제적 비용을 최소화하는 데 필수적입니다2. 와전류, 전기화학적 측정3, 광학 현미경, 주사전자현미경(SEM), X선 회절4,5,6, AFM(원자력 현미경)7, 디지털 홀로그래피8 등의 실험 방법은 공식 부식에 대한 유용한 정보를 제공할 수 있습니다. 일관된 빛이 거친 샘플을 비추면 연구 중인 샘플의 외부 표면이나 내부 구조의 움직임이 시간이 지남에 따라 변경될 수 있도록 동적 반점 패턴이 형성됩니다. 이러한 얼룩 패턴의 통계 분석은 동적 샘플9,10에 대한 중요한 정보를 제공합니다.

생명과학 및 재료과학 분야에서 동적 반점 패턴 방법을 사용하는 것에 대한 관심이 증가하고 있습니다11,12,13. 여러 응용 분야에서 이 방법은 혈류 모니터링11, 폴리머 표면 특성화14,15, 종자16 및 과일 분석17, 기생충 활동 평가18, 뼈 비계 분석19, 페인트 건조 검사20, 다층 복합재에서 표면 아래의 불완전성 감지21에 사용되었습니다. 이 기술은 또한 부식, 구멍 및 틈새 부식을 감지하기 위해 전자 반점 패턴 간섭계(ESPI) 및 디지털 반점 상관 관계(DSC)를 적용하는 등 부식 연구에서 유망한 결과를 보여주었습니다22,23. Fricke-Begemann et al.24는 산란된 스펙클 필드의 역상관을 사용하여 부식 과정 중 금속 표면의 미세 지형 변화를 조사했습니다. 또한 Andrés et al.25는 디지털 스펙클 패턴 간섭계(DSPI)를 활용하여 황산에 침지된 철(Fe)의 표면 부식 과정을 연구했습니다.

본 논문에서는 금속 샘플의 공식 부식을 정량적으로 평가하기 위한 동적 스펙클 패턴 접근법의 활용을 소개합니다. 제안된 방법의 성능과 효율성을 입증하기 위해 Custom 450 스테인레스강 샘플의 공식 부식을 실시간 모니터링하기 위해 동적 반점 패턴 분석을 수행했습니다. 이 연구의 중요한 특징은 기존 현미경 시스템으로는 달성할 수 없는 부식의 정량적 평가를 위한 간단한 준 현장 접근 방식을 도입했다는 것입니다.

해변 발전소에 설치된 프레임형 가스 터빈, 특히 압축기 블레이드의 1단에 있던 고장난 블레이드의 허브 부분에서 Custom 450 스테인리스강 조각을 수확했습니다. 와이어 방전 기계를 사용하여 샘플을 원하는 치수(0.5\(\times 74\times \)5\(\hbox {mm}^3\))로 절단했습니다. 샘플 재료의 기계적 및 부식 특성은 다른 곳에서 설명되어 있습니다. 샘플은 #100, #220, #400, #600, #800, #1000, #2000 및 #3000의 입자 크기를 갖는 일련의 습식 탄화규소 사포에 의해 기계적으로 마모되었습니다. 그런 다음 2.5\(\mu\)m 알루미나 용액으로 연마하여 거울과 같은 매끄러움을 얻은 후 알코올로 세척하였다.