실리콘 카바이드 분말은 부식 방지 코팅에 어떤 역할을 합니까?
탄화규소(SiC) 분말은 기존 코팅의 주요 문제점(예: 낮은 내마모성, 낮은 경도, 제한된 온도 저항성)을 해결하고 핵심적인 부식 방지 기능을 강화함으로써 부식 방지 코팅의 성능, 내구성 및 기능성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. SiC 분말의 기능은 높은 경도, 화학적 불활성, 열 안정성, 전기 절연성 등 고유한 물리적 및 화학적 특성에 기인하며, 다음과 같은 핵심 측면으로 분류할 수 있습니다.
1. 표면 경도 및 내마모성 향상(코팅 수명 연장)
부식 방지 코팅에서 SiC 분말의 가장 두드러진 기능 중 하나는 코팅의 기계적 강도를 향상시켜 외부 마모, 충격 또는 마찰로 인한 조기 파손을 방지하는 것입니다.
- 메커니즘 : SiC는 모스 경도가 9.5(다이아몬드에 이어 두 번째)로 매우 높고, 비커스 경도(HV)는 약 2800~3200으로, 기존 코팅 필러(예: 활석, 탄산칼슘)나 다른 세라믹 분말(예: 알루미나)보다 훨씬 높습니다. 코팅 매트릭스(예: 에폭시, 폴리우레탄, 아크릴 수지)에 균일하게 분산되면 SiC 입자는 “미세 강화재” 역할을 하여 긁힘, 먼지/모래에 의한 마모, 또는 코팅의 연속적인 막을 손상시킬 수 있는 기계적 충격에 강합니다.
- 적용 가치 : 혹독한 환경(예: 해양 데크, 송유관, 산업 기계)에 사용되는 부식 방지 코팅의 경우, 마모와 충격은 코팅 박리의 주요 원인입니다. SiC 분말(용도에 따라 일반적으로 중량 기준 10~30%)을 첨가하면 “경화된 표면층”이 형성되어 코팅의 수명이 비충전 코팅에 비해 2~3배 연장됩니다. 예를 들어, SiC 개질 부식 방지 페인트로 코팅된 해상 풍력 터빈 타워는 염분 분무 침식 및 강풍에 의한 샌드블라스팅에도 표면 손상 없이 견딜 수 있습니다.
2. 화학적 불활성 강화(부식 방지 성능 향상)
SiC 분말 자체는 뛰어난 화학적 안정성을 나타내어 코팅의 부식성 매체(예: 산, 알칼리, 염 및 유기 용매)에 대한 저항성을 직접 향상시키고 필름 아래 부식을 방지합니다.
- 메커니즘 :
- SiC는 대부분의 부식성 물질에 화학적으로 불활성입니다. 즉, 실온이나 중간 온도에서 비산화성 산(예: 염산, 황산), 알칼리(예: 수산화나트륨) 또는 염 용액(예: 해수)과 반응하지 않습니다(고온에서 농축 질산과 같은 강한 산화제와만 반응).
- 코팅에 SiC 입자를 첨가하면 수지 매트릭스의 미세 공극이나 결함(부식성 매체 침투의 일반적인 약점)을 메웁니다. 이러한 “장벽 효과”는 물, 산소, 이온(예: 해수 중의 Cl⁻)이 금속 기판으로 확산되는 것을 차단하여 전기화학적 부식(예: 강철의 녹)을 방지합니다.
- 적용 가치 : 코팅이 산성 폐수나 용매 증기에 노출되는 화학 공장에서 SiC 개질 코팅은 기존 방식 코팅보다 우수한 성능을 발휘합니다. 예를 들어, 20% SiC 분말을 함유한 에폭시 코팅은 5% 황산에 1,000시간 이상 침지해도 기포, 박리 또는 피착재 부식 없이 견딜 수 있습니다. 이는 개질되지 않은 에폭시 코팅의 300~500시간과 비교됩니다.
3. 열 안정성 향상(고온 부식 방지 가능)
유기 수지나 전통적인 필러(고온에서 분해되거나 부드러워짐)와 달리 SiC는 내열성이 뛰어나 고온 환경에서 사용되는 부식 방지 코팅에 필수적입니다.
- 메커니즘 : SiC는 매우 높은 녹는점(~2700°C)과 낮은 열팽창 계수를 가지고 있습니다. 고온 내성 코팅(예: 실리콘 기반 또는 세라믹 기반 코팅)에 통합될 경우 다음과 같은 효과가 있습니다.
- 고온(예: 300~800°C)에서 코팅이 연화, 균열 또는 분해되는 것을 방지합니다.
- 코팅과 기질(예: 강철, 알루미늄) 사이의 열응력을 줄여 온도 변화로 인한 벗겨짐을 방지합니다.
- 적용 가치 : 이 기능은 보일러 튜브, 배기 매니폴드, 산업용 용광로와 같은 고온 장비의 코팅에 매우 중요합니다. 예를 들어, 세라믹-SiC 복합 코팅은 600~700°C에서 고온 산화(부식의 한 형태) 및 연도 가스 침식으로부터 강철 보일러 튜브를 보호할 수 있습니다. 반면, 기존의 유기 코팅은 이러한 온도에서 몇 시간 내에 분해됩니다.
4. 전기적 특성 최적화(정전기 방지, 부식 방지)
특정 산업(예: 석유 및 가스, 전자)에서 부식 방지 코팅은 정전기 스파크(가연성 증기를 발화시키거나 전자 부품을 손상시킬 수 있음)를 방지하기 위해 정전기 방지 성능 도 요구됩니다 . 반도체 특성을 지닌 SiC 분말은 이러한 두 가지 요건을 모두 충족합니다.
- 원리 : 순수 SiC는 와이드 밴드갭 반도체이지만, 미량 원소(예: 질소, 알루미늄)를 도핑하거나 미세 입자 크기(예: 1~10μm)로 사용하면 제어된 전기 전도도를 나타냅니다. 절연 수지 코팅에 첨가하면 SiC 입자가 코팅 내에 “전도성 네트워크”를 형성하여 정전기가 표면에 축적되는 대신 안전하게 지면으로 방출됩니다.
- 적용 가치 : 석유 저장 탱크, 주유소 파이프라인 또는 전자 장치 하우징의 부식 방지 코팅에 사용되는 SiC 변성 코팅은 정전기 축적을 방지하는 동시에 부식을 방지합니다 . 예를 들어, 석유 탱크의 에폭시-SiC 코팅은 10⁶–10⁹Ω의 표면 저항을 유지하며(정전기 방지 기준 충족) 5년 이상 해수/염수 분무 부식을 견딜 수 있습니다.
5. 코팅 접착력 및 내후성 향상
SiC 분말은 기판과의 결합을 강화하고 환경적 노화에 대한 저항성을 높여 코팅의 장기적 신뢰성을 간접적으로 향상시킵니다.
- 접착력 : SiC 입자의 불규칙하고 각진 모양(특히 50~200메시와 같이 거칠거나 중간 정도인 입자)은 코팅과 기판 사이의 “기계적 결합”을 증가시킵니다. 즉, 코팅이 금속 표면에 더욱 밀착되어 습하거나 부식성 환경에서도 박리 위험을 줄여줍니다.
- 내후성 : SiC는 자외선(UV)에 강합니다(자외선에 의해 변색되거나 분해되는 유기 안료나 필러와는 다릅니다). SiC를 옥외 부식 방지 코팅(예: 교량, 건물 외벽)에 첨가하면 자외선으로 인한 백화, 균열 또는 변색을 방지하여 코팅의 부식 방지 성능을 수년간 유지합니다.
사용을 위한 주요 고려 사항
이러한 기능을 극대화하기 위해, 부식 방지 코팅에 SiC 분말을 적용할 때 다음 사항에 주의해야 합니다.
- 입자 크기 : 미세한 SiC 분말(예: 1~5μm)은 얇은 코팅이나 고광택 마감에 적합한 반면, 거친 입자(예: 50~100μm)는 고강도 내마모성에 더 적합합니다.
- 분산 : SiC 입자의 균일한 분산은 매우 중요합니다. 응집은 코팅에 미세 결함을 발생시켜 부식 방지 효과를 저하시킬 수 있습니다. 분산제(예: 실란 커플링제)는 수지 매트릭스와의 상용성을 향상시키기 위해 자주 사용됩니다.
- 로딩 양 : 과도한 SiC(예: 중량 기준 40% 이상)는 코팅을 취성으로 만들 수 있습니다. 최적의 로딩 양은 코팅 유형과 적용 분야에 따라 달라집니다(일반적으로 5~30%).
요약하자면, 탄화규소 분말은 일반적인 부식 방지 코팅을 “다기능 보호층”으로 변환합니다. 핵심적인 부식 방지 기능을 강화할 뿐만 아니라 내마모성, 고온 내구성, 정전기 방지 성능도 추가하여 부식되기 쉬운 까다로운 환경에 필수적인 첨가제가 됩니다.
