함침 카본 그라파이트 내식성 시험 및 선택 가이드

함침 처리는 카본 그라파이트의 밀도와 내식성을 향상시키는 핵심 공정입니다. 금속, 수지 또는 기타 재료를 카본 그라파이트의 기공에 함침함으로써 특정 매체 내 화학적 안정성을 크게 개선할 수 있습니다. Huahao Sealing Co., Ltd. (霍邱县华豪密封件有限公司)의 핵심 기술로서, 함침 흑연 제품은 화학, 야금, 제약, 해수담수화 등 강한 부식 환경에 널리 사용됩니다. 본 글에서는 다양한 함침 흑연 재료의 내식성 데이터, 표준 시험 방법, 운전 조건에 따른 선택 가이드를 체계적으로 제시합니다.

1. 함침 흑연의 분류

1.1 금속 함침

• 안티몬 함침: 800-900℃, 기공률 2% 이하, 밀도 2.3-2.5 g/cm³
• 구리 함침: 1100-1200℃, 밀도 2.4-2.6 g/cm³
• 배빗 함침: 300-400℃, 밀도 2.2-2.4 g/cm³
• 은 함침: 960℃, 밀도 2.5-2.7 g/cm³ (고가)

1.2 수지 함침

• 페놀 수지 함침: 산에 강하나 알칼리에는 약하며, 사용 온도 한계 180℃
• 퓨란 수지 함침: 산과 알칼리에 강하며, 사용 온도 한계 200℃
• 에폭시 수지 함침: 알칼리에 강하나 산에는 약하며, 사용 온도 한계 150℃

1.3 특수 함침

• PTFE 함침: 거의 모든 매체에 내성, 사용 온도 한계 200℃
• 유리질 탄소 함침: 사용 온도 한계 500℃ 이상, 주로 고온 산화 조건용

2. 표준 내식성 시험 방법

2.1 ASTM C580 표준

미국 재료시험학회에서 제정한 불침투성 흑연 장비 내식성 평가 표준:

• 시편: 50×50×10 mm, 정밀 연마 표면
• 침지 조건: 대기압, 50℃, 80℃ 또는 비등점 매체에 30일간 침지
• 평가 지표:
• 중량 손실률 (g/m²·h)
• 압축 강도 유지율 (%)
• 치수 변화 (%)
• 등급:
• 우수: 연간 0.1 mm 미만 (중량 손실 <0.05 g/m²·h)
• 양호: 0.1-1.0 mm/년
• 사용 가능: 1.0-3.0 mm/년
• 부적합: 3.0 mm/년 초과

2.2 GB/T 13465 표준

중국 국가 표준으로 불침투성 흑연 재료 내식성 시험:

• ASTM과 유사한 시편 및 침지 조건
• 추가로 충격 강도 유지율 평가
• 부식률(mm/년)에 따른 4단계 등급

2.3 현장 시뮬레이션 시험

중요한 적용 분야에서는 현장 조건을 모사한 시험 권장:

• 실제 매체 사용, 온도·압력·유량 시뮬레이션
• 시험 기간 90-180일
• 부식률, 강도 변화, 씰링 성능 모니터링

3. 전형적인 매체에서의 부식 데이터

3.1 황산

| 함침 유형 | 70% H₂SO₄ (80℃) | 98% H₂SO₄ (50℃) | 98% H₂SO₄ (끓는점) |

|---|---|---|---|

| 안티모니 | 0.05-0.10 mm/년 | 0.10-0.20 mm/년 | 0.50-1.00 mm/년 |

| 구리 | 0.10-0.20 mm/년 | 부적합 | 부적합 |

| 페놀릭 | 0.05-0.10 mm/년 | 0.10-0.30 mm/년 | 0.30-0.50 mm/년 |

| 퓨란 | 0.05-0.10 mm/년 | 0.10-0.20 mm/년 | 0.20-0.50 mm/년 |

| PTFE | <0.02 mm/년 | <0.05 mm/년 | 0.05-0.10 mm/년 |

3.2 염산

| 함침 유형 | 30% HCl (50℃) | 36% HCl (끓는점) |

|---|---|---|

| 안티모니 | 0.10-0.30 mm/년 | 0.50-1.00 mm/년 |

| 페놀릭 | 0.05-0.10 mm/년 | 0.10-0.30 mm/년 |

| 퓨란 | <0.05 mm/년 | 0.05-0.20 mm/년 |

| PTFE | <0.02 mm/년 | <0.05 mm/년 |

3.3 불산

| 함침 유형 | 20% HF (상온) | 40% HF (상온) |

|---|---|---|

| 안티모니 | 부적합 | 부적합 |

| 페놀릭 | 0.10-0.30 mm/년 | 부적합 |

| 퓨란 | 0.05-0.10 mm/년 | 0.05-0.10 mm/년 |

| PTFE | <0.02 mm/년 | <0.05 mm/년 |

3.4 알칼리 용액

| 함침 유형 | 20% NaOH (80℃) | 40% NaOH (끓는점) |

|---|---|---|

| 안티모니 | 0.05-0.10 mm/년 | 0.10-0.30 mm/년 |

| 구리 | 0.02-0.05 mm/년 | 0.05-0.10 mm/년 |

| 페놀릭 | 부적합 | 부적합 |

| 에폭시 | 0.05-0.10 mm/년 | 0.10-0.20 mm/년 |

| PTFE | <0.02 mm/년 | <0.05 mm/년 |

4. 선택 원칙 및 권장 사항

4.1 결정 절차

1.매체 조성, 농도, 온도, 압력 및 유량을 확인합니다.

2.각 함침된 그라파이트 유형의 부식 데이터를 조회합니다.

3.연간 부식률이 0.1 mm/년 미만인 유형을 선택합니다(우수 등급).

4.작동 온도가 상한선을 초과하지 않는지 확인합니다.

5.비용, 가공성 및 가용성을 균형 있게 고려합니다.

4.2 전형적인 적용 선택

• 고농도 황산, 인산: 안티모니 또는 퓨란 함침, 최대 200℃
• 염산, 불산: 퓨란 또는 PTFE 함침, 후자가 선호됨
• 알칼리 용액(NaOH, KOH): 구리 또는 에폭시 함침
• 왕수, 강산화 혼합산: PTFE 함침만 사용
• 중성 염 용액: 안티모니 또는 수지 함침
• 고온(>200℃) 부식 조건: 유리 탄소 함침

4.3 비용 대비 성능

• 안티모니: 중간 비용, 우수한 다용도성, 첫 번째 권장
• 수지 함침: 낮은 비용, 중간 적용 범위
• PTFE: 높은 비용, 최고의 부식 저항성
• 은: 가장 높은 비용, 특수 용도에 한정
• 유리 탄소: 높은 비용, 고온 산화 조건에만 사용

5. 적용 사례

5.1 인산 농축

조건: 75% 인산, 150℃, 5% 고형분

선택: 안티모니 함침 씰 링, 3년 후 마모 0.2 mm, 여전히 사용 가능

5.2 이온교환막 가성소다

조건: 32% NaOH, 90℃, 대기압

선택: 구리 함침 씰 링, 5년 후에도 유의한 부식 없음

5.3 불산 반응기

조건: 40% HF, 60℃

선택: PTFE 함침 씰 링, 2년 후 부식률 <0.05 mm/년

5.4 다중 효과 해수 담수화

조건: 해수 3배 농축, 110℃, 염도 12%

선택: 퓨란 수지 함침, 4년 후 유의한 부식 없음

6. 주의사항

6.1 함침 품질 검사

함침된 그라파이트 제품을 구매할 때 다음 사항을 검사하십시오:

• 벌크 밀도: 등급 요구 사항 충족 (예: 안티몬 함침 ≥2.3 g/cm³)
• 기공률: <2% (불침투성 그라파이트)
• 압축 강도: ≥150 MPa
• 수압 시험: 작업 압력의 1.5배를 30분간 가하여 누수 없음

6.2 조건 변화 영향

매체 농도나 온도가 설계 값을 초과할 경우 부식 속도가 배가될 수 있습니다. 조건이 변경되면 적용 가능성을 재평가하고 필요 시 함침 유형을 교체하십시오.

6.3 정기 점검 및 교체

중요 장비의 경우:

• 분기별 씰 링 두께 점검
• 누적 부식이 원래 두께의 20%에 도달하면 교체
• 연 1회 매체 조성 분석으로 변화 여부 확인

결론

함침 그라파이트의 내식성 적절한 선택은 장비의 운전 안전성과 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 과학적인 시험 방법과 데이터 비교를 통해 엔지니어는 올바른 선택 결정을 내릴 수 있습니다. Huahao Sealing Co., Ltd.는 금속, 수지, PTFE 함침을 포함한 전 범위의 함침 그라파이트 제품을 제공하며, 특정 운전 조건에 따른 맞춤형 선택 권장 사항을 제공합니다. 자세한 기술 상담은 당사 기술팀에 문의하시기 바랍니다.