[논문 리뷰] A study on the mechanical property and corrosion sensitivity of an AA5086 friction stir welded joint

Zhitong Chen, Shengxi Li외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 11. 16.

Advanced Welding Techniques Analysis참고 문헌 25인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 마찰용접된 AA5086 접합부의 기계적 성질과 부식 감도를 조사하여, 열기계적 영향을 받은 영역(Thermo-mechanically affected zone, TMAZ)/열영향부위(Heat-affected zone, HAZ)가 최저 미세경도를 보이며 인장 시험에서 주요 파손 부위임을 밝혀냈다. 부식 시험 결과, 3.15 wt.% NaCl에서 HAZ가 가장 낮은 부식 속도를 보였으며, 부식 심각도는 3.15% NaCl에서 ASTM 해수로, 그 다음 0.5 M Na2SO4로 갈수록 감소하였다. 이는 부식 생성물의 SEM, XRD 및 라만 분석 결과로 뒷받침되었다.

ABSTRACT

The mechanical property and corrosion sensitivity of a friction stir welded (FSW) AA5086 joint have been investigated. Vickers microhardness and tensile tests showed that the TMAZ/HAZ zone had the lowest microhardness value and the tensile specimen (transverse to the weld) failed in this region. Polarization experiments conducted using samples cut from each zone indicated that the HAZ had the lowest corrosion rate in 3.15 wt.% NaCl. SEM observation of the samples, Raman spectroscopic and XRD characterization of the corrosion products, and weight loss analysis after immersion tests all showed that the corrosion severity of AA5086 decreased from 3.15% NaCl to ASTM seawater and finally to 0.5 M Na2SO4. In addition, less corrosion products were observed from HAZ as compared to the other three regions, which was in agreement with the Raman and XRD analyses.

연구 동기 및 목표

• 마찰용접된 AA5086 접합부의 기계적 성능을 평가하며, 특히 미세경도 및 인장 강도 분포에 중점을 둔다.
• 마찰용접 후 AA5086의 다양한 영역(TMAZ, HAZ, 기초금속, 용접핵)의 부식 감도를 평가한다.
• 3.15 wt.% NaCl, ASTM 해수, 0.5 M Na2SO4와 같은 다양한 전해질에서의 부식 거동을 비교한다.
• 미세구조적 특징과 전기화학적 및 표면 분석 결과를 연계하여 부식 메커니즘을 이해한다.

제안 방법

• FSW 접합부의 고유한 영역을 대상으로 바이커스 미세경도 시험을 실시하여 경도 분포를 매핑하였다.
• 횡방향 시편의 인장 시험을 실시하여 파손 위치와 기계적 반응을 확인하였다.
• 각 영역에서 채취한 시편을 대상으로 전기화학적 polarization 시험을 실시하여 부식 속도를 측정하였다.
• 부식된 시편의 표면 형태를 관찰하기 위해 스캐닝 전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM)을 사용하였다.
• 부식 생성물 상의 정체를 확인하기 위해 X선 회절(X-ray diffraction, XRD) 및 라만 분광법을 적용하였다.
• 침지 시험 후 실시한 실질 손실 측정을 통해 다양한 환경에서의 부식 심각도를 정량화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 FSW AA5086 접합부에서 가장 낮은 미세경도를 보이고 인장 파손에 가장 취약한 영역은 어디인가?
• RQ2 3.15 wt.% NaCl 용액에서 FSW 접합부의 다양한 영역에서 부식 속도는 어떻게 달라지나?
• RQ3 3.15% NaCl, ASTM 해수, 0.5 M Na2SO4 전해질에서 접합부의 상대적 부식 심각도는 어떻게 되는가?
• RQ4 다른 영역과 환경 간에 부식 생성물의 조성과 형태는 어떻게 다를까?
• RQ5 FSW AA5086 접합부에서 미세구조적 영역과 부식 생성물 형성 간의 관계는 무엇인가?

주요 결과

• TMAZ/HAZ 영역이 최저 미세경도를 보였으며, 인장 시험 시 이 곳에서 파손이 발생하였다.
• 3.15 wt.% NaCl에서 HAZ가 가장 낮은 부식 속도를 보여, 다른 영역에 비해 부식에 대한 저항성이 높음을 시사하였다.
• 실질 손실 및 표면 분석 결과로 확인된 바에 따르면, 부식 심각도는 3.15% NaCl > ASTM 해수 > 0.5 M Na2SO4의 순서로 감소하였다.
• 다른 영역에 비해 HAZ에서의 부식 생성물 형성이 적었으며, 이는 전기화학적 및 스펙트로스코픽 데이터와 일치하였다.
• 라만 및 XRD 분석을 통해 특정 부식 생성물의 존재를 확인하였으며, 영역 및 환경에 따라 상 조성이 다름을 확인하였다.
• SEM, XRD 및 라만 분광법의 병합 분석을 통해 HAZ에서의 부식 감소와 전해질 간에 변화하는 부식 생성물 특성을 명확히 입증하였다.