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최고관리자 | December 18, 2012 | view 25,015
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10. 시계의 케이스를 구성하는 재질의 특성에 대해...
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우리는 오래전부터 스테인레스(Stainless)라고하면 절대 "녹이 슬지 않는 금속"이라는 인식을 하고 있었다.
오늘날 우리들의 실생활에서 사용하는 많은 생활용품이 스테인레스로 제작되고 있으며, 특히 매일 식사때마다 사용하는 식기류나 스푼, 젓가락 등의 실생활용품의 대부분이 스테인레스 제품들이다.
이러한 제품들은 한결 같이 녹이 슬지 않으며, 또한 시계의 케이스에 사용되는 재료의 90% 이상이 스테인레스이다. 그러나 이렇게 가장 많이 이용을 하고 사용을 하면서 우리는 스테인레스의 특성과 성분에 대해 잘 알지 못하고 있다.
참으로 아이러니한 현실이라고 할 수 있을 것이다. 가장 많이 사용하고 여러 가지의 제품을 구성하는 기본 재질인 스테인레스를 그저 막연히 녹이 슬지 않는 금속으로만 알고 있으니 이 얼마나 무지한 현실인가...
필자가 이렇게 탄식을 하는 것은 스테인레스라는 금속을 구성하고 있는 재질 속에 70% 이상이 철(Fe)이라는 점을 우리가 망각하고 있다는 현실이 안타깝기 때문이다.
철(Fe)은 쉽게 녹이 슬어버리는 금속이다. 그런데 왜 70% 이상이 철로 구성된 스테인레스가 녹이 슬지 않는 것일까? 이번에는 스테인레스의 특성과 문제점 등을 연구하여 보기로 하자. 정말 스테인레스는 녹이 슬지 않는 금속인가?
[그림 1] Rolex 16014 케이스. 화이트-골드 베젤의 조립부분이 수리가 불가능할 정도로 부식이 되어 있다.
[그림 1]의 시계는 시계 중의 시계라는 로렉스의 케이스이다. 이 시계는 16014 모델로 화이트-골드 베젤의 조립부분의 밑부분으로 놀랍게도 매우 심한 부식상태를 보이고 있다.
당연히 이러한 부식 상황이라면 시계의 케이스는 상당한 부분이 깊은 부식으로 인하여 정상적인 수리는 불가능하다. 이 시계의 케이스가 부식되었다면 스테인레스도 녹이 슬게 된다는 것이 확실하다고 볼 수 있을 것이다.
그런데 왜 우리가 가장 많이 사용하는 식기나 수저는 녹이 슬지 않는것일까?
식기나 수저 등은 오랜 기간 동안 물과 접촉하고 녹이 슬 수 있는 조건에 가장 많이 노출되어 사용되고 있는데도 전혀 녹이 슬지 않는데 시계 중에 시계라는 로렉스 시계의 스테인레스 케이스가 왜 녹이 슬었을까?
물론 로렉스 케이스만 녹이 슨다는 것은 아니다. 시계 중에 가장 견고하고 튼튼한 시계의 대명사인 시계가 로렉스이니 만큼 예를 들어보는 것이며, 특정한 시계를 음해하기 위한 것은 아니니 오해가 없기를 바란다.
[그림 2] 1972년에 제작된 1601 모델이다. 케이스와 뒤백의 접속부분이 매우 양호하다. NBR O-ring을 3 ~ 4년에 한번씩 정기적으로 교체하면 그림의 케이스와 같이 오랜기간을 정상적인 상태로 사용할 수가 있다.
오늘 우리는 한가지를 분명하게 숙지하여야 한다. 즉 스테인레스도 사용조건( 使用條件 )에 따라서 녹이 나는 경우가 있다는 것은 분명하게 알아야 한다.
스테인레스란 철(Fe)에 크롬(Cr)이나 니켈(Ni)등을 첨가하여 합금화( 合金化 )하여 녹이 슬지 않도록 한 금속을 말하며, 정식 명칭은 스테인레스 스틸(Stainless steel)이라고 한다. 이 Stainless steel을 글자 그대로 해석을 하면 '녹이 슬지 않는 철'이라는 의미이지만 실제로 사용을 하다보면 녹이 나는 경우가 가끔 있다.
일반적으로 스테인레스를 크게 분류하면 18크롬 스테인레스와 18-8스테인레스 두종류가 있다. 18크롬 스테인레스는 자석을 대면 붙으니 구별이 쉽다.
그러나 18-8스테인레스는 절대 자석이 붙지 않는다. 18크롬 스테인레스는 크롬성분이 18%가 첨가되었다는 뜻이며, 18-8 스테인레스는 크롬 18%와 니켈 8%가 첨가되였으며, 나머지의 재료는 모두 철(Fe)과 합금화 되었다는 뜻이다.
그러나 스테인레스도 사용하는 용도에 따라 몰리브덴(Molybdan, Mo), 유황(S), 망간(Mn), 티타늄(Titanium, Ti), 니오브(Nb), 셀렌(Se)등을 첨가하여 가공이 잘되는 스테인레스(SUS303 또는 SUS316F)와 부식이 잘안되는 스테인레스(SUS316L) 등 여러 종류를 만들고 있다.
[그림 3] 1970년에 만들어진 1601 모델이다. 관리 부주의로 인하여 케이스 본체와 뒤백의 접속부분의 심하게 부식된 부분이 마치 달의 분화구를 연상하게 한다.
스테인레스가 녹이 잘 슬지 않는 이유는 스테인레스가 합금화되면서 표면에 특수한 보호피막이 형성되기 때문이다. 이 보호피막은 스테인레스의 표면에 약 1옹그스트롱(A angstrom:1cm의 1억분의 1) 정도의 피막을 형성하며, 이 극히 얇은 산화피막이 스테인레스를 이루고 있는 철과 크롬에 입혀져 있어 녹이 발생하는 것을 방지하는 효과를 얻는 것이다.
스테인레스에 입혀지고 있는 산화피막을 부동태피막( 不動態被 )이라고 부르며, 이 부동태피막은 금속표면에 항상 산소가 공급되는 조건에서 형성되며, 산소는 공기 중이나 물에서 지속적으로 공급되므로 스테인레스의 표면은 언제든지 산소가 공급되어야 녹이 슬지 않는 것이다.
그렇다면 스테인레스는 산소의 공급이 차단되면 녹이 슬게 되는 것인가?
그렇다 당연히 산소의 공급이 중단되면 스테인레스의 표면에 부동태피막은 없어지며, 부동태피막이 없는 상태의 스테인레스에 염분이나 땀 등의 불순물이 접촉하면 스테인레스는 녹이 슬게 된다.
그러므로 시계의 케이스 중 외부에 노출된 부분은 항시 산소를 접촉하므로 녹이 슬지 않으나 베젤과 케이스 뒤백의 접촉 부분 특히 방수를 보장하는 방수바킹(O-ring)이 조립된 부분은 메이커가 요구하는 3 ~ 4년 이내의 정기점검을 소흘히 할 경우 녹이 생기는 것은 피할 수가 없다.
[그림 3]에서 케이스와 뒤백의 접착부분(NBR이 조립되는 위치)에 녹이 발생하여 달의 분화구처럼 손상된 것을 볼 수 있다.
더구나 방수성능을 유지시키는 O-ring 부분에 가장 많은 피해가 발생하는데, 그 이유는 시계의 방수기능을 유지시키는 O-ring에 대해 일반 기성 기능사들이 단순한 고무바킹으로 알고 있다는 무지에서 오는 불행한 문제이다. O-ring은 니트릴부다디엔 러버(NBR, Nitrile-budadiene Rubber)로 내유성( 耐油性 )이 강한 특수 합성고무이다.
[그림 4] SUS316L을 사용하여 제작된 로렉스 군용 섬머리너. 방수성능의 우수성과 해수( 海水 )에도 강한 재질로 제작되었다. 그러나 이 시계도 정기적인 점검을 하지 않으면 시계의 성능을 보장 받을수 없다.
이 NBR은 석유화학공업의 발달로 인하여 강력한 압력이 요구되는 대형 베셀, 익큐먼트 펌프, 밸브 등의 석유화학공업에 필요한 공업기계의 압력을 보호하는 재료로 개발된 재질이며, 1970년 대부터 시계의 방수구조의 O-ring으로 각광을 받게 되었다.
NBR은 강한 내유성뿐 아니라 강한 밀착성과 탄성 그리고 내마모성이 매우 좋은 특성이 있으나, 수시로 실리콘유를 코팅하여 사용하거나 일정한 기간내에 교환하여 사용하지 않으면 스테인레스에 산소결핍현상을 제공하는 원인이 된다.
전자시계에는 전지가 절대 필요하나 장기간 방치하게 되면 누액으로 인하여 시계의 무브먼트에 치명적인 손상을 주듯이 NBR O-ring도 3 ~ 4년 이내에 실리콘유를 코팅하거나 실리콘유를 코팅한 신제품으로 교환하지 않으면 스테인레스 케이스에 산소를 차단하는 원인을 제공하여 치명적인 손상을 주게 되는 것이다.
즉 반드시 필요한 부품을 잘 정비하여 사용하지 않으면 시계에 손상을 주게 된다는 것을 잊어서는 안된다. 특히 시계의 케이스를 만드는 스테인레스는 부식에 강한 스테인레스(SUS316L)를 잘 사용하지 않는다는 것이다.
녹이 잘 슬지 않는 스테인레스는 크롬을 적게 하고 몰리브덴과 티탄, 니오브(Nb, Niodium)를 첨가하여 생산되나 유감스럽게도 가공이 쉽지 않다는 것이다. 가공이 어렵다는 것은 그만큼 생산 코스트(Cost)를 높이는 원인이 되며, 중요한 점은 원하는 디자인으로 가공하는 것 또한 쉽지가 않다는 것이다.
그러므로 가공이 편리한 스테인레스가 필요하게 되었고, 가공이 편리한 스테인레스는 셀렌(Se, Selenium)과 유황(S)을 첨가하여 생산되므로 원하는 디자인으로 쉽게 가공할 수는 있으나, 가공이 쉬운만큼 마모가 잘되며 산소가 결핍되면 쉽게 녹이 슬게 된다는 약점이 있다.
그래서 많은 시계 케이스가 유황과 셀렌이 첨가된 스테인레스를 사용하여 제조되고 있는 현실이다. 가끔 고급시계의 광고를 보면 SUS316L을 사용하여 시계의 케이스와 밴드를 제조하였다는 광고를 볼 수가 있는데 제조사의 의도는 이해가가나 유감스러운 것은 소비자가 SUS316L이라는 전문적인 용어를 자세하게 이해하고 있지 않다는 것이다.
물론 제조업체는 녹에 강하고 내마모성이 우수한 스테인레스를 이용하여 시계를 제조하였다는 광고문구이지만 일반 소비자는 스테인레스면 다 똑같은 스테인레스로만 생각하고 있다는 것을 제조업체가 모르고 있지 않나 하는 웃지 못할 시계업계의 현주소를 보는 것 같아 씁쓸하기만 하다.
유황과 셀렌이 첨가된 스테인레스로 제조된 시계 케이스의 NBR O-ring에 산소의 덩어리인 실리콘유가 증발되어 있다면 케이스 뒤백은 인간의 배설물인 땀에 의해 부식이 되는 것은 당연한 것이다.
특히 한국인은 섭취하는 음식물이 짜고 매운 음식을 즐기므로 땀의 성분(염화물)이 시계 케이스에 치명적인 영향을 주게 된다. 스테인레스의 부식에 영향을 주는 땀은 그 양과 성분에는 각각 개인차가 있으나 개개인의 직업과 환경에 따라서 많은 지배를 받게 된다.
[그림 5] 스테인레스의 입자가 부식되는 원인에 대해 요소(CO(NH2)2)는 크롬과 결합을 하는 화학적인 성질을 가지고 있으므로 스테인레스 부식의 주요 원인으로 지적되고 있다. 이러한 현상을 입자부식( 粒子腐蝕 )이라고 한다.
또한 땀은 더운 여름에 사람에 따라 보통 하루에 2 ~ 3ℓ 또는 많은 사람은 7 ~ 10ℓ을 배출한다. 일반적으로 염화물(NaC1 또는 KCI, 칼륨 염소)의 수용액은 증류수보다 부식성이 강한 것으로 알려져 있으며, 이러한 염화물이 실리콘유가 증발된 NBR과 스테인레스 연결부위에 스며들어 녹의 발생을 초래한다.
사람의 땀성분을 분석하여 보면 나트륨(Na), 염소(CI), 칼륨(K), 암모니아(NH3), 요소(CO(NH2)2), 칼슘(Ca), 마그네슘(Ng)등 으로 분류되며, 특히 한국인에게는 부식성이 강한 염화물(나트륨, 염소, 칼륨)이 많이 배출되는 것으로 보고되고 있다.
특히 땀의 성분 중 요소(CO)는 스테인레스를 제조하는데 가장 필요한 금속인 크롬(Cr)과 결합할려고 하는 성질이 강하므로 요소가 크롬과 결합하려는 화학작용이 부동태피막의 형성을 방해하는 주요 원인으로 보고되고 있다.
요소와 크롬과의 결합을 방지하기 위하여 스테인레스 성분에 탄소성분을 적게 하거나 티타늄 또는 니오브(Nb)등 탄소와 결합하기 쉬운 금속을 첨가하여 부식에 강한 스테인레스를 생산하고는 있으나 가공이 용이하지가 않다는 것이 현실이다.
[그림 6] 화이트-골드의 베젤과 스테인레스 케이스의 전기부식으로 인하여 녹이 발생한 상태이다.
또한 스테인레스의 부식의 원인중에는 전기부식( 電氣腐蝕 )이 있다. 전기부식은 금속의 화학반응에 의하여 전기를 발생시키는 역축전지( 蓄電池 )와 같은 원리에 의하여 부식이 발생한다는 것이다. 즉 2개의 금속이 접촉하고 있을 경우 그 사이에는 전기가 발생하고 발생되는 전기의 작용이 스테인레스의 이온(Ion)을 발생하게 한다.
금속종류에는 전해액( 電解液 )에 녹기 쉬운 금속과 잘 녹지 않는 금속이 있다. 즉 2종류의 금속이 접촉하고 있을 경우 녹기 쉬운 금속이 이온(Ion)으로 되어 전해액속으로 녹게 된다. 전해액은 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)을 성질을 가지고 있으므로 스테인레스의 부동태피막을 파괴하고 스테인레스의 주성분인 철은 부동태피막이 형성되어 있을 때에는 전해액에 녹기 어려운 금속이지만, 부동태피막이 없어지면 철(Fe)은 전해액에 대단히 녹기쉬운 금속이 된다.
즉 [그림 5]과 같이 화이트-골드 베젤과 스테인레스가 접촉을 하였을 경우에 75%가 순금인 화이트-골드 베젤보다 스테인레스가 이온(Ion)이 되는 것이 전기화학적 순열 순서이다.
스테인레스의 부식 중에 가장 주의 하여야할 부식이 있는데 그것은 공간부식( 空間腐蝕 )이다. 이 공간부식은 스텐인레스 밴드에서 가장 많이 볼 수 있는데, 이 경우 시계를 오랜기간 사용하다 보면 메탈밴드에서 검은 더러움이 발생하는 것에서 볼 수 있다.
메탈밴드(Metal Band)로 팔이 검어지거나 와이셔츠(Y-shirts)등이 더러워지는 원인에 대해 볼 때, 메탈밴드의 틈새 등은 내부 공간이 넓지 않으므로 충분한 산소 공급이 되지 않고 작은 빈틈은 산소의 결핍상태가 된다. 이같은 산소의 불균형 상태는 일종( 一種 )의 국부전지( 局部電池 )를 형성하게 하고 전자에서 서술한 전지부식의 원인을 제공하게 한다.
[그림 7] 1980년 대에 제작된 쥬빌레 밴드이다. 정기적인 세척을 하지 않아 밴드 내부의 연결핀이 산소결핍현상으로 심하게 부식되어 국부전지부식의 현상임을 알 수 있다. 이 정도의 부식 상태는 수리가 불가능하다.
국부전지의 상태인 밴드의 틈새는 땀, 먼지, 때 등이 모이게 되고, 그것들은 모세관현상( 毛細管現象 )에 의하여 땀과 같이 밴드의 표면으로 나오게 된다. 이것은 스테인레스 밴드라 하여도 녹이 발생하게 되는 원인이 되다. 손목시계는 보통 하루 적게는 5시간에서 10시간 전후 또는 개중에는 하루종일 착용을 하는 가혹한 조건에서 사용되고 있으므로, 정기적인 밴드세척(가을에 1회 초음파 세척을 한다)을 하여 내부의 더러움을 제거하여야 한다.
케이스와 밴드의 정기적인 세척을 하지 않을 경우 특히 메탈밴드의 미세한 틈새는 세균이나 미생물이 번식 할 수 있는 가장 이상적인 장소임을 잊어서는 안된다. 박테리아 같은 미생물이 가장 잘 번식할 수 있는 온도와 수분 그리고 인체에서 얻어지는 영양분은 시계밴드를 가장 불결하고 비위생적인 공간으로 만들게 된다.
이러한 병원체( 病源體 )가 번식하고 있는 금속성분 등에 피부가 접촉을 하게 되면 혈액( 血液 )과 세포내( 細胞內 )에서는 그것과 대응한 항체를 만들어 내며, 항체가 되면 동종항원( 同種抗源:항체를 만드는 원인으로 된 병원체나 금속성분의 것 )과 반응하게 된다. 특히 알레르기 체질성은 피부염증( 皮膚炎症 )이 생기게 쉽고 각종 피부질환의 원인이 되기도 한다.
오늘 우리는 최상의 고급시계라 하여도 스테인레스의 케이스와 밴드도 관리를 잘하지 못하면 녹이 발생하여 인간의 휴대품 중에 가장 불결한 휴대품이 된다는 사실을 알았다. 고액의 금액을 지불한 고급시계가 병원체의 온상이 되어서는 안되는 것은 당연한 이치이다. 지금 이 글을 통하여 최고의 시계학자가 45년 간의 경험에 의한 지식을 여러분께 전달하였으니 속히 가까운 시계 수리센타를 방문하여 귀하의 시계를 1급의 상태로 전환하기를 바란다.
American Certified Master Watchmaker
대한민국 명장
고급 시계사
시계 산업기사
부산여자대학교 교수 정 윤 호
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