[도장불량]크레터링 발생원인 완벽 이해하기


분체도장뿐 아니라 모든 도장에서 가장 빈번하게 발생되는 도장불량 중 하나가 크레터링입니다.

크레터링(cratering) 또는 크레이터(crater)을 들으면, 일반적으로 생각하는 것이 달에 있는 분화구입니다.


달의 크레터링 [도장불량]크레터링 발생원인 완벽 이해하기
달의 분화구(크레이터) - 출처: NASA

도장에서 발생하는 크레터링은 달이나 지구에 있는 크레이터와 생김새가 매우 비슷하고, 어찌보면 생성과정도 비슷한 면이 있습니다.


그럼 먼저 크레터링의 생김새를 살펴보겠습니다.

대부분의 크레터링이 둥근 모양(원형)을 하고 있지만, 크레터링의 발생원인에 따라서 그 형태는 매우 다양해질 수 있습니다.

아래 사진은 원형의 크레터링입니다.


원형 크레터링

하지만 크레터링이 주로 원형의 형태로 생성이 되나, 오염형태에 따라서 오염된 모양으로 원형이 아닌 형태로 발현되는 경우도 있습니다.

크레터링의 단면 사진을 보도록 하겠습니다.


크레터링 단면사진

상기 사진은 광학현미경을 이용해서 3D로 표면을 표현한 그림입니다.

크레터링은 대부분 가운데에 크레터링을 발생시키는 오염물질이나 그 흔적이 남아있는 경우가 많습니다.

크레터링은 육안으로 확인이 가능하며, 고전압/저전압 홀리데이 검사를 통해서 검사가 가능합니다.
(링크: 고전압 홀리데이 측정기 알아보기)


크레터링의 발생원인


크레터링의 발생원인은 기름(오일), 실리콘, 그리스, 가공유 등에 의한 오염입니다.
이런 오염물질(contaminant)의 종류가 매우 다양하기 때문에 그 원인물질을 정확히 파악하는데 어려움이 생기는 경우가 많습니다.

전처리 과정에서 남은 가공유나 유분, 전처리액(탈지, 피막 등)의 잔류로 인해, 공기 중으로 유입되서 피도물에 묻는 경우, 도료자체의 오염 등 오염원이 매우 다양하고 그 경로도 다양합니다.

하지만, 크레터링이 생기는 원리는 매우 단순합니다.



크레터링의 발생하는 원리


크레터링의 발생하는 원리는 '표면장력'입니다.
표면장력은 도료의 부착성에도 관계가 있는데, 이 표면장력의 차이가 커서, 분체도료가 액화된 상태(melted)에서 표면을 덮지 못하면 크레터링이 발생하게 됩니다.

학교에서 과학시간에 배운 것을 다시 기억해보면, 표면에 기름이 있으면 물이 기름을 덮지 못하는 실험을 해본 적이 있을 것입니다. 크레터링도 같은 원리로 발생하는 것입니다.

표면에 분체도료 또는 액상페인트의 표면장력보다 낮은 물질이 있으면, 도료가 그 물질을 덮지 못하고 그 부분이 위의 크레터링 사진처럼 남게 되는 것입니다.

참고로 웻팅(wetting)도 페인트의 점도와 표면장력에 관련이 있습니다.

이제 크레터링 발생원인을 알았으니, 크레터링의 수리(repair) 방법과 근본적인 대책에 대해서 알아보겠습니다.


크레터링 부분 수리방법


피도물을 부분적으로 수리를 하거나 재도장을 하기전에 크레터링부분에 대해서 수리작업을 해야 됩니다.
수리작업은 바로 이물질(오염원)을 제거하는 것입니다. 수리 없이 재도장이나 터치업(부분도장)을 할 경우, 해당부위에 다시 크레터링이 생기는 경우가 많습니다.

다시 크레터링이 생기는 이유는 위의 발생원인에서 언급한 표면장력이 낮은 물질(오염원)이 그대로 남아있기 때문입니다.

수리를 위해서는 보통 크레터링이 발생한 부분을 사포(샌드페이퍼)로 제거하는데, 이때 피도물의 표면까지 확실히 샌딩을 해서 피도물 표면의 오염물질까지 제거를 해주셔야 됩니다.


근본적인 크레터링 제거방법


근본적으로 크레터링은 오염물질로 인해 발생되기 때문에, 오염원을 제거해주는 것이 제일 좋습니다.

도장공간을 외부에서 유입되는 공기와 먼지를 최소화할 수 있도록 다른 공정과 격리하고, 공장의 문을 이중문으로하여 출입간에 공기의 이동을 최소화하는 것이 좋습니다.

또한, 도료의 교체나 보충시,  더불어 주변의 오염물질이 같이 유입되지 않도록 주변청소를 철저히 하는 것이 좋습니다.

전처리과정에서 전처리액이 피도물의 오염물질(유분, 기름 등)을 충분히 제거할 수 있도록 적정한 농도를 유지하고, 수압과 노즐의 위치, 라인의 속도 등 점검하고, 전처리액 탱크를 주기적으로 청소하도록 합니다.

특히 전처리에서는 수세과정이 중요한데, 전처리액이 잔류하면, 그 자체가 부식을 발생시키는 등 도장 결합을 야기시킬 수 있기 때문입니다. 그래서 수세탱크의 청소와 수세에 사용되는 물의 오염도 체크가 필요합니다.

또한 분체도료나 액상페인트의 경우는 수지(resin), 충진제(filler) 등을 변경하거나 첨가제 등을 추가해서 도료의 표면장력을 조절하기도 합니다. 도료의 표면장력을 조절해서 크레터링 문제가 해결되는 경우도 있지만, 그 조절범위가 제한적이라서 근본적인 대책이라 보기는 힘든 경우가 많습니다.

위와 같은 크레터링 방지활동과 도료의 개선 이후에도 크레터링이 계속 발생한다면, 크레터링을 발생시키는 물질을 파악하는 것이 중요합니다.


크레터링 원인 물질 확인


크레터링의 원인물질을 확인하는 방법은 크게 두가지로 볼 수 있습니다.

1. 확대경/현미경 사용하기

가장 쉽게 접근할 수 있는 방법으로 확대경이나 현미경으로 크레터링을 분석하는 방법이 있습니다. 크레터링은 보통 가운데 원인물질이나 그 흔적이 남아있기 때문에, 코어의 모양과 색상 등을 보고 원인물질에 대해서 '추정'을 할 수 있습니다.


2. 분석장비를 통해서

사실 확대경/현미경으로 정확한 오염물질을 추정하기는 매우 제한됩니다.


그래서 많이 사용하는 방법중 하나가  SEM-EDS(또는 SEM/EDX)분석입니다. SEM은 'Scanning Electron Microscope'의 약자로 '주사전자현미경'이라고 합니다. 보통 사용하는 확대경/현미경을 광학현미경, 즉 빛을 이용해서 물체를 자세히 관찰하는 것이라면, SEM는 전자를 이용해서 물체를 관찰하는 것으로 광학현미경보다 자세히, 더 크게 물체확인할 수 있습니다. 그러나 SEM로는 사실 오염물질의 확인이 제한됩니다. 그래서 SEM와 같이 EDS분석을 합니다.


크레터링분석 SEM/EDS
SEM/EDS장비(출처: 한국기술대학교)


일반적인 SEM 이미지
SEM 이미지(예시)

EDS는 SEM장비와 보통같이 운영하는 것으로 SEM의 옵션장비라 생각하면 됩니다.
EDS(또는 EDX)는 'Energy Dispersive X-ray Spectroscopy'의 약자로 우리말로 '에너지분산형 분광분석법'이라고 하는데,  분석하고자 하는 부분에 전자빔을 쏴서 반사되어 나오는 전자빔의 형태를 분석하여 어떤 물질이 있는지 확인하는 방법이라고 합니다.

SEM으로 위치를 파악하고, EDS로 물질을 분석하는 것인데, SEM은 운용하지만, EDS는 운용하지 않는 경우가 있기 때문에 분석기관에 의뢰 시에는 장비의 유무를 확인해야 됩니다.


EDS 분석 예시1
EDS 분석 예시2
EDS 분석 예시

EDS를 분석하면 해당물질이 어떤 원자로 구성되어 있는지 확인할 수 있습니다.(정량분석)
그럼 그것으로 추정을 하거나, 추정오염물질의 EDS를 찍어서 비교 분석하여 추정할 수 있습니다.

아직까지는 티비나 영화에서 나오는 것처럼 딱 찍어서 이게 무슨 물질인지 한번에 분석하는 방법은 없다고 합니다.


크레터링의 모양부터 원인, 제거방법 그리고 원인물질의 분석에 대한 내용까지 살펴봤습니다.
크레터링도 대부분의 불량과 같이 발현되는 모양은 같아도, 그 원인과 오염물은 매우 다양한 경우가 많은 점을 생각하며 접근하면 불량의 원인 파악과 개선에 도움이 될 것입니다.