레이저 가공과 열처리로 제작된 초소수성 알루미늄 합금 표면의 부식 저항 연구

Abstract

최근 초소수성은 많은 분야에서 연구자들에 의해 연구되어오고 있다. 초소수성 표면을 제작하기 위해, 대부분 기술은 긴 제조 시간 또는 유해한 화학물질이 필요하다. 그러나 본 연구는 Nanosecond pulse laser를 이용해 표면을 가공하고 이후 6시간 정도의 비교적 짧은 열처리를 통하여 환경친화적이고, 간단한 공정으로 격자구조를 지닌 초소수성 표면을 제작했다. 제작된 표면은 150° 이상의 접촉각(Contact angle: CA)과 10° 이하의 미끄럼 기울기각(Sliding angle: SA)을 가졌고, 따라서 제작된 표면들은 초소수성을 가짐을 알 수 있었다. 제작된 표면은 실제 167±2°의 CA 및 3±3°의 SA를 가졌다. 초소수성 표면은 자가 세척, 방빙 방지, 부식 방지, 물–오일 분리 등과 같이 다양한 산업 분야에 응용 가능성을 가지고 있다. 특히, 본 연구는 다양한 응용분야 중 부식 방지에 초점을 두고 연구를 진행하였다. 실험을 위해 선택한 재료는 알루미늄 합금이다. 일반적으로, 알루미늄(Al) 합금은 광범위한 산업 분야에서 사용되고 있다. 그러나 오염과 부식은 알루미늄합금에 치명적인 영향을 주어 외관과 기능에 심각한 문제가 될 수 있다. 그렇기에 본 연구는 친환경적이고, 간단한 공정으로 제작 가능한 초소수성 표면을 이용하여 이러한 부식 현상을 방지하고자 했다. 다양한 조건으로 비교실험을 위하여 다양한 Step size와 레이저 파워를 이용해 레이저가공을 진행하였다. Step size는 50, 100, 150, 200μm를 사용하였고, 레이저 파워는 0.125, 0.25, 0.375W를 사용했다. 실험결과는 특정 조건의 초소수성 표면이 가공되지 않은 표면보다 부식 성능이 우수함을 알 수 있었다. 높은 레이저 파워와 작은 Step size의 조건에서 부식 성능을 향상할 수 있는 것을 알 수 있었고, 상대적으로 낮은 레이저 파워와 비교적 큰 Step size에서는 부식 성능이 오히려 떨어지는 것을 알 수 있었다.