[공학나라] 기계 공학 기술정보

녹의 제거 

녹의 제거는 금속 표면에 존재하는 산화물, 수산화물 및 기타 부식 환경에서 형성된 화합물들을 제거하여 깨끗한 금속 표면을 얻는 것을 말한다. 산처리에 의한 방법이 가장 일반적이며 그 밖에 알칼리 탈청, 용융염에 의한 탈청 및 기계적 탈청등이 포함된다. 산처리는 소재의 종류 녹의 발생 원인 및 정도에 따라서 처리 방법을 결정하게 되며 최종 목표에 따라서도 달라질 수 있다. 

산처리는 처리 정도에 따라 산세(pickling), 산 담금(acid dipping) 및 에칭(etching)으로 분류된다.

산세는 열처리에 의해서 발생한 스케일(scale)이나 장시간 대기나 수분에 방치하여생긴 대량의 녹을 제거하는 과정이다.

산 담금은 눈에 보이지 않는 얇은 산화 피막과 알칼리 탈지 후 수세로 완전히 닦이지 않은 알칼리 피막 및 양극 전해 탈지 때 생긴 산화 피막 등을 제거하여 표면을 활성화하는 과정이다.

에칭은 냉간 압연 등 상온에서 가공할 때 생긴 표면의 변질층을 제거하는 과정이다.

알칼리 탈청은 알칼리 전해액을 이용하여 녹을 제거하는 방법으로 탈지 및 스머트 제거도 함께 할 수 있으며 산세에 앞서 고급강이나 비철금속의 녹제거에 사용된다.

용융염에 의한 탈청은 두꺼운 녹이나 내산성이나 내알칼리성이 좋은 스테인리스강, 티탄합금 및 초합금 등을 산세하기 전에 예비 과정으로 이용된다. 기계적인 탈청법은 각종 연마과정을 이용하여 녹을 제거하는 방법이다.

초음파 탈지 (Ultrasonic cleaning)

일반적으로 탈지액에 교반이나 진동을 주어 탈지하는 방법으로 인건비의 절감, 시간단축, 품질의 향상 및 균일화, 대량제품의 처리 등을 하기 위한 목적으로서 솔질만으로는 탈지하기 어려운 형상의 물건, 요철 부분이 많은 제품의 내부탈지, 미소한 부품, 정밀 측정 부품, 목걸이 등의 탈지에 주로 이용되고 있으며 반도체, 전자기기 및 각종 금속의 녹제거, 스머트제거, 기계가공을 한 후에 생기는 버 (burr : 주조나 기계가공한 후 모서리 등에 꺼끌꺼끌하게 붙은 유기 및 무기물질)의 제거에도 이용되고 있다. 

안경점에서 본 것 같지 않으신가?

원리

초음파란 보통 16 KHz 이상의 주파수로서 인간의 청각으로서 느낄 수 없는 높은 주파수의 음파를 말하며, 금속표면의 탈지에 이용되는 것은 16~20 KHz 이상의 주파수이어야 한다. 초음파에 의한 탈지작용은 전기 에너지를 진동자에 의하여 음향에너지로 변환시켜, 이때 발생한 음파는 액체 중에서 장벽 및 압축력(수천기압)을 받아 팽창 및 진동을 되풀이하면서 공동현상 (cavitation)과 계면교란현상을 일으켜 금속제품의 표면으로부터 기름 및 기타 오염물질을 제거하는 방법이다. 

즉, 초음파는 공기 중에서는 금방 없어지지만 액체 중에서는 큰 충격파로 되어 전파된다. 액체 중에서는 직진성이 있으며 물체의 표면에 닿으면 음파의 전달이 급히 정지되고 심한 반사현상이 일어나서 물체의 표면 부근의 액체가 격심하게 흔들려 진공현상이 일어

난다. 이러한 충격파와 교란현상에 의한 액체의 격심한 진동을 이용하여 탈지하는 방법이 초음파 탈지 (ultrasonic cleaning) 방법이다.

구성

초음파 탈지에 사용되는 액체는 트리클로로에틸렌, 알칼리수용액, 에멀션액, 계면활성제 수용액 등이다. 초음파 탈지장치는 고주파 전류를 공급하는 발진기, 고주파의 전기 에너지를 기계 에너지와 음향 에너지로 변환시키는 진동자, 물건과 용제를 넣는 탈지탱크, 액의 청정장치 등의 부속품들로 구성되어 있다. 초음파 탈지에 있어서 음파의 조사법은 그 용도에 따라서 여러 가지가 있다. 

단점

초음파에 의한 탈지효과는 용제의 종류, 탈지 온도, 탈지액의 양, 진동자의 면적, 진동자에 대한 동력의 압력 등에 의하여 크게 좌우된다. 이들 조건 중 어느 하나라도 부적당하면 탈지효과가 극도로 저하되는 것이 다른 탈지방법과 달리 초음파 탈지법의 결점 이다.

트리클로로에틸렌 용제는 60~80℃에서 진공효과가 활발하기 때문에 이 온도에서 사용하는 것이 좋다. 또 충분한 탈지력을 얻기 위해서는 물건과 진동자의 면적을 동일한 정도로 하는 것이 좋다. 탈지 탱크의 액량은 체적비로서 물건의 2배 정도가 적당하며 너무많아도 탈지작용이 나빠진다. 

진공현상은 주파수가 적을수록 적은 압력으로 탈지효과가 커지나 주파수가 저하하면 가향음으로 되어 소음이 심하여 사용할 수가 없다. 또 주파수가 100 KHz 이상으로 되면 필요한 압력이 급격히 증가하여 유지비가 높아진다.

출처

영문위키 

공공누리 http://www.kogl.or.kr/

에멀션 탈지(Emulsion degreasing)

유화탈지라고도 하며 유화력이 우수한 비이온 표면활성제와 트리클로로에틸렌, 케로신 등의 용제와 물을 에멀션시킨 용액에 침적 또는 그 용액을 분사하여 탈지하든가 또는 표면활성제를 첨가한 용제로서 우선 유질의 대부분을 제거하고 수세할 때에 용제 및 기름을 에멀션 상태로 하여 세정 제거하는 방법이다. 에멀션탈지는 예비탈지에 많이 이용되며, 크게 분류하여 유화성 용제, 유제, 2상성 탈지제 등이 있다.

유화성 용제(emulsitiable silvent cleaner)

연마제제, 그리스 등 비교적 유지성이 많은 것에 적합하며, 케로신과 트리클로로에틸렌 등의 용제에 알킬아릴설폰산계 또는 폴리옥시에틸렌, 리콘계를 주체로 하는 비이온활성제를 첨가한 것, 또는 알코올 및 올레인산염 등을 첨가한 것을 사용한다. 제품표면에 낀 유지는 용제에 담그든가 용제를 분사하여 탈지를 한 후 수세하면 용제 및 유지가 유화제거되고 표면활성제의 첨가한다.

유제 (emulsion cleaner)

케로신이나 경유와 같은 석유계 용제에 유화성이 강한 활성제를 유화성 용제에서 사용되는 표면활성제의 경우보다 (3~ 10%) 많이 첨가하여 에멀션을 안정화한 것이다. 비교적 오염상태가 가벼운 기계의 기름, 식물성유지 지분, 먼지, 기타 부착량이 적은 버프가스, 프레스기름 등을 제거할 경우에 이용하는 탈지제이다. 이 에멀션의 탈지효과를 높이기 위하여 인산염, 규산염 등의 경수 연화성이 있는 알칼리 및 탄산나트륨은 20~ 30 g/ℓ 정도 첨가하는 것도 좋다. 유화성 용제의 경우와 마찬가지로 침지 또는 분사에 의하여 탈지하며, 온도는 50~70℃가 바람직하다.

2상성 탈지제 (diphase cleaner)

케로신(등유)과 같은 석유계 용제에 제4급 암모늄 또는 그염, 모노에타놀아민, 트리에타놀아민, 올레인산, 올레인산칼륨을 첨가하고 그 기에 다시 비이온형의 계면활성제를 2~ 10% 첨가하여 5~6배의 물에 분산시켜 불안전한 에멀션을 만든 것이다.

이 탈지액에 제품을 넣고 교반하여 탈지한다. 오염물질 중에서 기름, 그리스 등의 유지류는 용제층에, 수용성 연마제나 찌꺼기 기타 수용성 염류는 물층에 용해되어 제거된다. 즉, 오염물질을 선택적으로 제거할 수 있다. 유제법보다 효과가 크며 역시 침적 또는 분사법을 사용한다. 그 위에도 예비탈지법으로서 산성에멀션 탈지법이 있다. 이것은 석유계 용제(경유, 케로신 등)에 비이온형 표면활성제와 물을 첨가하여 유화시킨 것을 원액으로 하며 원액을 물로써 4~5배로 희석하고 다시 황산 또는 염산을 전량의 5~30%로 첨가하여 조정한 것이다. 탈지작용과 녹의 제거 효과까지 겸한 것으로 예비탈지로서는 가장 좋은 방법이다.

출처 : 

http://www.kogl.or.kr/

용제탈지 (solvent cleaning)

금속표면에 부착되어 있는 유지류를 등유, 가솔린과 같은 석유계 용제나 트리클로로에틸렌 등과 같은 용제를 사용하여 제거하는 것을 용제탈지(solvent cleaning)라고 하며, 유지가 다량으로 부착되어 있을 때 더욱 효과적이며 도금재료가 아연합금처럼 알칼리 수용액에서 부식되기 쉬운 경우에 적합하다. 

이와 같은 탈지방법은 완전하다고 할 수 없으며 일종의 예비탈지로 볼 수 있다.

이와 같은 용제탈지제는 다음과 같은 요건을 갖추어야 한다.

유성에 대한 용해능력이 커야 한다.

불연성이며 인화성이 없어야 한다.

도금재료를 침식, 부식시키지 않을 것

독성이 적고 냄새가 없어야 한다.

안전하며 비점이 낮을 것 (100℃ 이하가 적당하다)

점도가 낮으며 표면장력이 작을 것

회수가 쉬울것

액상비중이 클 것

유지비가 적고 값이 저렴해야 한다.

사용되는 용제로는 트리클로로에틸렌(CHCl`=`CCl2), 퍼클로로에틸렌(CCl2`=`CCl2), 메틸렌클로라이드(CH2Cl2), 사염화탄소(CCl4), 클로로포름(CHCl3), 솔벤트나프타, 노르말핵산, 케로신 또는 가솔린, 벤젠 등이 있으나 위의 조건을 모두 만족할 수 있는 것은 거의 없다.

용제 탈지 방법은 여러 가지가 있으나 용제중에 침지하는 방법보다 증기 중에서 탈지하는 것이 더욱 효과적이다. 이것은 용제중에 용해되었던 유지가 물건을 꺼낼 때 다시 표면에 부착되는 것을 방지하게 되는데 이와 같이 증기 중에 침지하는 방법을 증기탈지(vapor cleaning)라 한다.

용제 중에 많이 사용되는 것은 트리클로로에틸렌(트리클렌), 퍼클로로에틸렌(퍼클렌)이며, 인체의 해독 감소와 값의 저하를 목적으로 트리클로에탄도 사용한다. 이들은 인화성이 없으면서도 용해력이 강하므로 안전하게사용할 수 있다. 

트리클렌의 탈지에서 주의해야 할 점은 트리클렌의 독성이다. 이 증기를 사람이 마시면 인체에 해로운 작용을 한다. 

또한 분사식은 샤워식으로 분사하여 탈지하는 방법으로 증기탈지와 같이하는 경우가 많으며 탈지시간이 단축되는 특색이 있으나 용제가 다량으로 필요할 뿐만 아니라 탈지장치의 설계를 잘하지 않으면 증기가 탱크 밖으로 나올 염려가 있다.

출처  

공공누리 http://www.kogl.or.kr/

탈지(degreasing)의 작용

금속표면에 붙어있는 그리스, 방청유, 압연유, 윤활유, 절삭유, 담금질유, 기계유 등과 그 분해물 또는 연마재 등의 유지성 물질을 제거하는 것을 탈지(degreasing)라 한다.

비누화 작용

유지류를 비누화 작용으로 제거시키는 것으로서 수산화나트륨, 탄산나트륨 등의 알칼리성이 강한 약품은 비누화 작용이 크다. 이것에 의해서 제거되는 것은 동식물 기름, 지방, 수지류이다. 비누화 작용을 하지 않는 유지류는 광물성 기름, 그리스가 해당된다. 이것들은 알칼리 수용액과 반응하지 않으므로 유기용제로 용해하든가 유화제를 첨가하여 유화시켜 탈지액 중에서 미립자로 분산시킨다.

유화작용

유지를 미립화하여 분산시키는 작용을 말한다. 각종 비누 및 표면활성제는 우수한 유화작용을 나타낸다. 비누화 작용에 의해서 제거되지 않는 기름(광물성 기름, 그리스, 기계유) 종류는 대부분 유화작용에 의해서 제거된다.

침투작용

일명 습윤작용이라 하며 비누화, 유화작용은 금속표면으로부터 유지를 제거시키지만 유지 속에 침투해서 기름의 분자를 파괴하는 작용을 한다.

분산작용

금속표면의 탈지 및 제거된 유지를 수용액 중에서 분산시키는 작용으로써 표면활성제이외에 각종 나트륨 계통의 화합물도 분산능력을 갖고 있다.

탈지 방법의 종류

알칼리 침지 

탈지 알칼리액에 담근다. 주로 동식물성 유지의 제거에 유효하다.

초음파 이용 알칼리 침지 탈지 

초음파를 알칼리액 중에 방사해서 탈지 효력을 향상시킨다.

알칼리 전해 탈지(양극 전해) 

양극에 발생하는 산소 가스에 의한 기계적 제거효과를 이용한다.

알칼리 전해 탈지(음극 전해)

음극에 발생하는 수소 가스에 의한 기계적 제거효과를 이용한다.

알칼리 전해 탈지(PR 전해) 

예를 들어 양극 10초, 음극 10초로 교대하여 전해한다.

에멀션 침지 탈지 

용제를 에멀션으로 만든다. 광물유 제거에 좋다.

배럴 알칼리 탈지

알칼리의 작용과 배럴의 기계적 작용을 병용한 것이다.

용제 침지 탈지

유기 용제 (트리클로로 에틸렌) 등에 침지한다.주로 광물유의 제거에 효과가 있다.

용제 증기 탈지

광물유의 제거에 좋다. 트리클로로 에틸렌 증기 등을 이용한다.