당신은 주제를 찾고 있습니까 “부식 의 종류 – 기초강좌#1.부식의 원리 (Corrosion mechanism)“? 다음 카테고리의 웹사이트 https://you.1111.com.vn 에서 귀하의 모든 질문에 답변해 드립니다: https://you.1111.com.vn/blog/. 바로 아래에서 답을 찾을 수 있습니다. 작성자 김반장TV 극한직업-조선도장의 시작 이(가) 작성한 기사에는 조회수 9,709회 및 좋아요 109개 개의 좋아요가 있습니다.
- 공식(Pitting corrosion) …
- 틈새 부식(Crevice corrosion) …
- 등전기 부식(Galvanic corrosion) …
- 응력부식균열(Stress corrosion cracking – SCC)
Table of Contents
부식 의 종류 주제에 대한 동영상 보기
여기에서 이 주제에 대한 비디오를 시청하십시오. 주의 깊게 살펴보고 읽고 있는 내용에 대한 피드백을 제공하세요!
d여기에서 기초강좌#1.부식의 원리 (Corrosion mechanism) – 부식 의 종류 주제에 대한 세부정보를 참조하세요
채널 개설일 : 2020.01.01
중방식 도장에 관한 채널 입니다. 많은 관심 부탁드립니다.
#부식#조선소#부식의기초
부식 의 종류 주제에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하세요.
부식 (Corrosion)의 종류
부식 (Corrosion)의 종류 · Grain Boundary Corrosion(입계부식) · Stress Corrosion Cracking(응력균열부식) · 수소 관련 부식 · 고온 부식
Source: ulsansafety.tistory.com
Date Published: 8/7/2021
View: 3568
부식의 종류
부식의 종류 · 갈바닉 부식에 대한 방식 및 응용 · Galvanic Corrosion(이종금속부식 – 갈바닉부식) · 부식 유형별 종류(Types of Corrosion) · 부식발생 조건.
Source: bosch.tistory.com
Date Published: 6/5/2022
View: 6889
부식의 종류 – 다음블로그
부식은 부식환경에 따라 습식(wet corrosion)과 건식(dry corrosion)으로 대별되며 다시 전면부식(general corrosion)과 국부부식(localized corrosion) …
Source: blog.daum.net
Date Published: 8/17/2022
View: 3064
금속 부식 (corrosion) 의 종류
부식은 부식환경에 따라 습식(wet corrosion)과 건식(dry corrosion)으로 분류되고 부식 범위에 따라 전면부식(general corrosion)과 국부부식(localized …
Source: mechengineering.tistory.com
Date Published: 7/1/2021
View: 3868
1.1.3 부식의 종류 [원자력기사]
1.1.3 부식의 종류 [원자력기사] · 1) 공식 또는 점식 (Pitting Corrosion) · 2) 입계부식 (Intergranular Corrosion) · 3) 응력부식균열 (SCC, Stress …
Source: ddaju.tistory.com
Date Published: 6/1/2022
View: 1907
부식의 종류, 영향 및 방지대책
(1) 부식 종류 및 원인. 내면 부식: 강관 내부 염화물의 침전에 의한 염소이온농도의 불균일로 특정 지점에서의 빠른 부식이 진행되어 점 부식이 발생 …
Source: cool991326.tistory.com
Date Published: 5/22/2021
View: 1750
항공정비일반 6.2 부식의 유형(Forms of Corrosion)
부식은 그 금속의 종류, 크기, 모양, 대기조건과 부식을 유발하는 원인물질의 존재 여부에 따라서 다양한 형태로 나타나며, 이 장에서는 기체구조에서 …
Source: www.ace.or.kr
Date Published: 6/12/2021
View: 4565
전면 부식 과 갈바니 부식 의 개념 및 원리
갈바니 부식은 두 개의 서로 다른 금속이 접촉할 경우 두 금속 사이에 전위차가 발생하여 전류가 흐르게 되고, 그 결과 내식성이 큰 금속(음극)의 부식은 …
Source: hello-onl.tistory.com
Date Published: 4/25/2022
View: 6002
주제와 관련된 이미지 부식 의 종류
주제와 관련된 더 많은 사진을 참조하십시오 기초강좌#1.부식의 원리 (Corrosion mechanism). 댓글에서 더 많은 관련 이미지를 보거나 필요한 경우 더 많은 관련 기사를 볼 수 있습니다.
주제에 대한 기사 평가 부식 의 종류
- Author: 김반장TV 극한직업-조선도장의 시작
- Views: 조회수 9,709회
- Likes: 좋아요 109개
- Date Published: 2020. 1. 24.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=PkAybQPJoAA
부식(Corrosion)의 종류 및 특징
내부의 잔류응력 혹은 외부에서 받는 힘에 의해 부식이 가속되는 것으로 잔류응력은 주조(fabrication) 특히 용접 중의 변형, 불균일한 냉각, 내부구조의 재배열 및 리벳/볼트/프레스에 의해 유도된 응력 등을 들 수 있다. 표면에 작용하는 인장응력의 경우에는 보통 항복응력과 같은 수준의 힘이 작용되어야 하나 더 낮은 응력에서도 응력부식균열이 일어날 수 있다. 사실 모든 합금은 응력부식균열을 일으킬 수 있는 특별한 환경을 가질 수 있고 일어나는 시간은 수분에서 수년에 이른다. 이와 같은 예로 오스테나이트 스테인레스 강의 경우 50℃이상의 온도에서 주위의 염소농도가 수 ppm(염소를 포함하는 절연재 혹은 냉각수에 의해)이 넘을 경우 염소가 뜨거운 표면에 농축하여 부식속도가 빨라지는 경우와, 열교환기 튜브의 Welled point crevice에 쌓인 scale에 의해 균열이 일어나는 경우가 있다. 이외 Caustic에 의한 철강재의 embrittlement로 사용온도 50℃이상, caustic농도 30%이상에서 철강재의 잔류응력이 남아 있는 경우 발생하기 쉽고 기타 Hydrofluosilic acid중의 Monel 도 균열이 발생하기 쉽다.
부식 (Corrosion)의 종류
부식의 정의와 종류
1 부식의 정의
✓ 외부 환경과의 상호작용에 의한 금속의 퇴화 현상이다. 상호작용은 전자(금속)와 이온(수용액) 이동에 의한 전기 화학적 반응이다.
✓ Cell이 형성되면서 분극이 발생되어 부식이 발생될 수도 있다.
https://s3-us-west-2.amazonaws.com/
예시)
Zn + HCl→ ZnCl+H
Zn→ Zn + 2e : 양극반응(부식반응), Anodic Reaction
2H + 2e → H : 음극반응, Cathodic Reaction
2 부식 반응 특성
✓ Cell 형성에 의한 분극(Polarization) 형성 시 부식이 발생한다.
✓ 금속 표면에서 양극 음극 반응이 동시에 같은 속도로 발생한다.
✓ 부식은 양극 반응에서 발생한다.
✓ 전자 소모를 발생시키는 음극 반응이 있다.
✓ 음극 반응
종류: 수소 발생, 산소 환원, 금속 이온의 환원 수소 발생
2H+ + 2e- → H2 (pH가 5 이하 산성 분위기)
2H2O+ 2e- → H2 + 2OH (pH가 6 이상 알칼리 분위기) 산소 환원 O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (pH가 5 이하 산성 분위기)
O2 + 2H2O+ 4e- → 4(OH)- (pH가 6 이상 알칼리 분위기) 금속 이온의 환원 M(n)+e- → M(n-1)
한가지 이상의 음극 반응이 발생되며, 음극 반응수가 증가할수록 부식속도도 증가한다.
3 부식의 5요소
✓ 양극 반응
✓ 음극 반응
✓ 전자 전도체(Electronic Conductor): 전자의 흐름이 가능한 전도체
✓ 이온 전도체: 이온전달이 가능한 매체
✓ 폐쇄 회로(Close Loop): 연속적 전자 흐름이 가능한 회로 부식 Mechanism 금속의 용출(금속의 이온화 전자 전도체인 금속 자체로 전자 이동 → 용출된 금속의 전지가 이은 전도체를 통해 주소/산소이온과 결합 수소 발생 혹은 산소 환원(음극 반응) → 방식의 기본 원리: 상기 5 요소 중 하나만 방지한다.
예) Cathodic Protection, Coating, 절연등
4 부식의 종류
✅ Uniform Corrosion(균일부식)
① 금속 표면 전체에 걸친 균일한 부식 발생
② 공정운전에 문제없을 경우 추가적인 부식관리가 불필요할 수도 있다.
✅ Galvanic Corrosion(이성금속 부식)
① 전위차가 다른 두 금속이 접촉시 두 금속간 전위차에 의해 부식이 발생한다.
② 전위가 낮은 금속 표면에는 양극(부식반응), 전위가 높은 금속 표면에는 음극반응이 발생한다.
③ 전위차에 비례하여 부식이 발생되고, 전위차가 약 60mV 이하이면 부식이 발생되지 않는다.
④ 대비책
• 이중 금속이 불가피할 경우는 양극, 음극으로 설계하여 전자밀도 감소를 통해 부식 저감을 검토 한다.
• 용접봉 선택 시 용접봉 전위가 모재보다는 높은 것을 사용한다.
* 주요 Pure Metal의 고유 전위 예시
금속 금속이온 평형 (단위 활동도) 수소전극에 대한 전극전위(25 C, Volts) ↑ Au-Au+3 +1.492 귀 방향
(음극적) Pt-P2 +12 Pd – Pd* +0.987 Ag-Ag+ +0 799 Hg – Hg+2 +0.788 Cu-Cut +0.337 H – HT 0.000 Pd – Pd2 -0.126 Sn-Sn*2 -0.136 NiNi*2 -0.250 Co-Cot -0.277 Cd – Cd -0.403 Fe – Fet2 -0.440 CiCrt3 ) -0.744 Zn – Zn2 -0.763 A – AIF 1.662 Mg – Mg”? -2.363 활성 방향
(양극적) Na – Na -2.714 ↓ K – K -2925
✅ Localized Corrosion(국부부식)
① 유형: 국부적으로 집중 발생한다.
② 부식 사고의 대부분을 차지한다.
③ 내식성 분위기에서는 주로 금속표면에 부동태 피막 (Passivation Film)을 형성해 내식을 하나 만약 특정 부위의 부동태 피막이 파괴될시 집중적 국부 부식이 발생할 수 있다.
✅ Crevice Corrosion(틈새부식)
① 금속 표면의 작은 틈(Crevice)에서 발생한다.
② 작은 틈에 음극반응 매개체인 용존 산소 이온 고갈에 따른 산화 반응인 금속이온 용출이 많아짐에 따라 OH 이온보다 상대적 확산속도가 빠른 CL. 이온 등의 음이온 유입&농축으로 pH 감소에 의한 부동태 피막 파괴로 집중적인 부식이 발생한다.
③ M+CL- + H2O = MOH + H+CL- : ‘M’은 Na, K 등 알칼리 금속은 제외한다.
④ 방지책
• 이 작은 틈새 생성을 방지한다.
• 리벳용접 보다는 용접을 실시한다.
• Flange에 Teflon과 같은 비흡수성 Gasket을 사용 한다.
✅ Pitting Corrosion (공식)
① 주로 7족 할로겐이온에 의한 부동태 피막 파괴로 집중적으로 부식이 발생한다.
② 피막 파괴는 표면 결함, 금속 성분의 불균일 등의 특수한 부위에서 선택적으로 진행되고 일단 부식이 시작되면 산화 피막이 있는 모재의 넓이 방향보다 깊이 방향으로 부식이 진행돼 결국 구멍을 내는 형태이다.
③ 공식 발생을 위해서는 최소 음이온 농도 및 온도가 요구된다.
• 최소 음이온농도 온도가 높은 재료일수록 우수한 재료이다.
• SUS 304 경우 CL- 이온 농도가 0.0001Mole 이상이면 공식이 발생한다.
※ 전형적인 Pitting Mechanism
✅ Grain Boundary Corrosion(입계부식)
① 금속의 각 입자 경계면을 입계(Grain Boundary)라 하며 입계부위가 선택적으로 부식된다.
② 부동태막 형성에 의한 내식성 재료가 예민화될 경우 발생한다.
③ Austanite Steel 304/316에서 주로 발생한다.
④ 예민화 현상
• 450 ~ 650℃ 사이 장시간 노출 시 발생
• Cr 고갈(Cr23C6 형태로 입계에 석출)
⑤ 대비책
• 열처리: 800℃ 이상에서 가열하여 급냉한다.
• 탄소함량이 적은 재료를 사용한다. (S.S 304L/316L, 탄소함량 0.03%이하)
• 탄소와 친화력이 큰 원소인 Co, Ti이 첨가된 S.S 321/347을 이용한다.
✅ Stress Corrosion Cracking(응력균열부식)
① 다양한 부식 유형 중 가장 위험한 부식 형태이다. (Catastrophic Effect)
② 기계적 특성이 우수한 재료(고장력강, 고장력 AL 합금, 동합금)등에서 자주 발생한다.
③ 응력 부식의 부식 분위기에서 가능하다. CL-, NO³, CO₃, NH₃, Caustic, 아민용액 등
④ 기계적 응력, 음이온 농도, 온도 등에 따라 발생한다.
⑤ 대비책: 정확한 반응 Mechanism 규명이 어려움에 따라 발생 환경 제거, 재질 향상, 후열 처리 등이 요구
된다.
✅ 수소 관련 부식
① 부식을 유발하는 음극반응, 금속의 용출 등의 직접적 손상을 초래하지는 않으나 반응 생성물인 수소로 인해 파손 문제로 발전할 수 있다.
② 수소는 가장 작은 원소로 금속 내부에 침투하여 확산할 수 있다.
③ 침입한 수소는 침입형 고용체를 형성하기도 하지만 고용도를 상회하는 수소는 서로 결합해 분자가 될 수 있다.
④ Hydrogen Blistering: 금속 내부 수소 분압에 의해 표면 혹은 내부가 부풀어 파괴되는 현상이다.
⑤ Hydrogen Embrittlement: 수소에 의해 재료가 취화 돼 부서지는 현상이다.
✅ 고온 부식
① 고온의 질소화합물, 유황성분, 탄산화물, 염화물 등이 존재 시 발생한다.
② 고온부식의 특징은 금속의 용출이 일어나는 일반 부식과 달리 부식 발생 결과 무게가 증가한다. (Scale 형성에 따름)
링크하여 사용하는 것은 허용 됩니다. 단, 상업적 용도로 활용하는 것을 금지 합니다. 상업적 용도로 사용할 경우 [email protected]으로 동의를 받아 사용이 가능합니다. 포스팅 일부 내용과 삽화 그림은 안전보건공단의 자료가 사용되었음을 알려드립니다.
💨 SHE실무방 “카카오 오픈 채팅방”
블로그 포스팅 내용은 안전보건환경에 관한 사고사례자료, 기술자료, 업무용 실무자료를 작성하여 배포하고 있습니다. 블로그 내용을됩니다. 단,SHE실무방 “카카오 오픈 채팅방” 💨 ulsansafety 개인연락
반응형
부식의 종류
(2) 국부부식(Localized corrosion)
균일부식이 표면전체에서 고른 속도로 부식되는데 비해 국부부식은 국부적으로 부식이 집중되어 발생하는 현상으로 대표적인 것은 공식 (孔式 , pitting)이다. 공식(孔式, pitting)은 어느한 부분이 계속적으로 상대적 양극으로 작용하므로서 구멍모양으로 진행하는 부식으로, 일명 점식(點蝕)이라고도 한다. 이러한 국부부식은 다음과 같은 경우에 주로 발생한다.
① 틈새(crevice)
구조적으로 틈을 형성하고, 틈에 수분이 존재시 틈입구 안쪽에서 상대적으로 산소결핍으로 산소농담전지의 양극이 되어 집중적으로 부식한다. 이를 틈새부식(crevice corrosion)이라 한다. 피복파손에 따른 틈새부식이 발생시 피막하 부식(皮膜下腐蝕, underfilm corrosion or filiform corrosion)이라 부른다.
② 입계 (粒界, intergranular)
금속의 결정입계가 넓은면에 비해 상대적 양극으로 작용시 깊은 골을 만들며 부식한다. 이를 입계부식(intergranular corrosion)이라 부른다.
③ 선택부식
황동중의 아연, Al청동중의 알루미늄, 금합금중의 동이 선택적으로 부식되어 홈을 만드는 부식, 일명 탈합금(Dealloying) 또는 분금 (分金, parting)이라 한다. 특히 황동중의 아연부식을 탈아연 부식이라 한다.
2. 부식의 원인, 기구 현상의 특징에 따른 분류
① 에로죤 부식(erosion corrosion)
고속유체에 의해 부식피막이 파괴되면서 새로운 부식면이 반복적으 로 만들어 지면서 금속면을 침식하는 현상
② 케비테이션 부식(cavitation corrosion)
펌프임펠러나, 프로펠러에서와 같이 기포를 계속적으로 만드는 회전체에서 기포가 깨어지는 고압측 금속면에서는 기포가 께어질 때 발생 하는 충격력이 부식피막을 파괴한다. 이러한 현상이 반복될 때 부 분적 으로 깊은 홈을 만든다.
③ 궤식(潰蝕, impingement corrosion)
심한 난류(亂流)에 의해 부식피막이 반복적으로 파괴되면서 부분적으로 부식을 일으키는 현상
④ 응력부식 균열(應力腐蝕 龜裂, stress corrosion cracking)
인장응력을 받고 있는 금속이 부식환경에서 취성파면을 나타내며 균열 파괴되는 현상
⑤ 수소취화 (水素脆化, hydrogen cracking)
금속이 수소를 흡수하므로서 일으키는 파괴를 말하며 일명 수소균열 (hydrogen cracking) 이라한다. 수소취화는 금속내부로 확산된 수소가 산화반응을 하여 수소화학물로 석출하기 때문에 발생한다.
⑥ 부식피로(腐蝕疲勞, corrosion fatigue)
금속이 부식환경에서 반복 응력이나 교번응력을 받을 때 나타나는 균열을 말하며, 부식의 진행은 응력을 받을 때마다 부식피막이 파괴되 는데 이러한 부식피막의 파괴가 반복적으로 일어날 때 균열은 진행 된다.
⑦ 찰과부식(擦過腐蝕, fretting corrosion)
부식환경에서 상대운동을 하는 금속면에서는 기계적 마모보다 빠른 손상이 발생한다. 즉 부식이 동반된 마모가 발생하는데 이러한 손상 을 찰과 부식, 또는 마찰부식이라 한다.
3. 부식환경에 따른 부식
환경에 따른 부식에는 대기부식, 담수부식, 해수부식, 토양부식, 고온 가스부식, 용융염부식, 고온수부식 등이 있다. 다음은 부식의 종류를 그림으로 나타낸 것이다
(A) 균일부식(uniform corrosion)
(B) 이종금속접촉 부식(galvanic corrosion)
(C) 틈새부식(crevice corrosion)
(D) 공식 (pitting)
(E) 응력부식 (stress corrosion)
(F) 부식피로(corrosion fatigue)
(G) 수소취화 (hydrogen induced cracking)
(H) 입계부식 (intergranular)
(I) 탈합금부식 (dealloying)
(J) 에로죤(erosion)
(K) 케비테이션 (cavitation)
(L) 찰과부식(fretting)
(M) impingement corrosion
※ 철재탱크의 국부부식이론 및 방식이론
매설 철재 탱크는 부식환경에 따른 부식 문제가 있기 때문에 주요 탱크는 법으로 부식방지 조치를 취하도록 규정 하고있다. 한 예로서 국내 지하유류저장탱크의 부식방지 규정을 보면 탱크의 외부를 도장하고 그 위에 수지라이닝 하게되어 있는데 이때 라이닝과 내부토막에 손상이 없다면 (1상태) 탱크의 부식문제는 걱정하지 않아도 된다. 그러나 만약 라이닝이 손상되어 손상부를 통해 수분이 도막에 닿게 되면 (2상태) 짧은 기간에 도막손상과 더불어 철판에서 공식(pitting)사고가 발생한다. 즉 손상부가 소양극-다음극 부식전지의 양극이 되어 짧은기간에 부식파공되게 된다.
다음 그림
는 소방법상 유류탱크의 방식 규정이며 피복파손시 집중부식 모형도이다.
Ea < Eb a : 피복파손부 (면적 : 소) b : 피복건전부 (면적 : 대)
방식테이프.열수축시트(Polyken.Covalence)
1.부 식
※부식
부식(corrosion)이란 금속이 어떠한 환경에서 화학적반응에 의해 손상되는 현상으로 모든 금속 합금은 특정 환경에서는 내식성을 띄지만 다른 환경에서는 부식에 대해 민감하다. 일반적으로 모든 환경에서 내식적인 공업용 금속재료는 거의 존재하지 않을 것이다.
부식은 부식환경에 따라 습식(wet corrosion)과 건식(dry corrosion)으로 대별되며 다시 전면부식(general corrosion)과 국부부식(localized corrosion)으로 분류된다. 전면부식의 부식속도는 mm/yr 또는 g/m2/hr등으로 표시되며 내식재료로서 사용여부의 평가기준으로서 일반적으로 0.1mm/yr이하의 부식속도를 갖는 재료가 내식재료로서 사용가능하다.
특히, 부식에 의해 금속이 용출하여 제품을 오염시키는 경우 재료 선정에 주의해야 한다. 그러나 전면 부식은 그 부식 속도로부터 수명 예측이 가능하고 부식에 관한 지식이 있다면 대책은 비교적 용이하다. 반면, 국부부식은
전혀 예측할 수 없기 때문에 문제가 되고 있다.
국부부식은 다음과 같이 분류할 수 있다.
① 공식(孔蝕, pitting)
② 틈부식(crevice corrosion)
③ 이종금속접촉부식(galvanic corrosion) ; 전지작용부식
④ 입계부식(intergranular corrosion)
⑤ 응력부식균열(stress corrosion cracking)
⑥ 수소유기균열(hydrogen induced cracking)
⑦ 수소침식(hydrogen attack)
⑧ 부식피로(corrosion fatigue)
⑨ 난류부식(erosion corrosion)
캐비테이션 손상(cavitation damage)
충격부식(impingement attack)
찰과부식(fretting corrosion)
⑩ 선택부식(selective leaching)
탈아연현상(dezincification)
흑연화부식(graphitization)
※부식의 전기화학
금속재료를 수용액중에 넣으면 금속표면의 불균일성때문에 anode부(양극, 陽極)와 cathode 부(음극, 陰極)가 형성되어 국부전지작용에 의해 부식이 진행된다. anode부에서는 금속이 이온으로 용출하고 cathode부에서는 전자를 받아 수소발생반응(또는 산수환원반응)이 일어나 전하적(電荷的)으로는 양쪽이 균형을 이루게 된다. 이 경우, anode부에서 일어나는 반응을 산화반응 cathode에서 일어나는 반응을 환원반응이라 한다. 또한, 이러한 분극(分極)
의 위치가 변화함에 따라 금속은 전면부식형태로 된다.
Fe를 염산중에 넣으면 심하게 반응하여 수소를 발생한다. 즉
Fe → Fe2+ + 2e- : anode 반응
2H+ + 2e- → H2 : cathode 반응
그러나 용액중에 용존산소가 존재하면 cathode반응으로서
2H++1/2 O2+2e-→ H2O
로 되는 산소환원반응이 일어난다.
탈기(脫氣)한 알카리용액중에서는
H2O + e- → 1/2 H2 + OH-
로 되는 반응이 일어나며 용존산소를 함유하는 알카리용액중에서는
H2O+ 1/2 O2 + 2e- → 2OH-
로 되는 cathode 반응이 일어난다.
◉속도론
금속재료의 부식이 그것이 있는 환경에서 어느정도의 속도로 진행하는가는 중요하다. 일반적으로 금속의 부식량(W)은 다음과 같이 표시된다 (Faraday 법칙).
W (g) = k I t
(여기서 I : 전류(A), t : 시간(hr), k : 상수)
산용액중에서 Fe를 분극하면 anode분극곡선과 cathode분극곡선이 얻어진다. 이 두개의 분극곡선의 교점(交点)을 부식전위(corrosion potential) 또는 자연전극전위(natural potential, open circuit potential)이라 하며 이곳에서의 전류를 부식전류밀도(corrosion current density)라 한다. 그리고 Faraday법칙에 부식속도(R)은 다음과 같이 나타낸다.
R=0.13ie/ρ
( 여기서 i : 전류밀도(μA/cm2) e : 금속의 그람 당량수(g) ρ : 금속의 밀도(g/cm3) )
◉평형론
Pourbaix등은 금속이 용액중에서 용출하는 경우의 평형전위를 계산하여 부식반응의 여부를 결정하는 기준으로 했다. 철-수소의 Pourbaix diagram 경
계선에서의 반응은 각각 다음과 같다.
① Fe = Fe2+ + 2e-
② Fe2+ = Fe3+ + e-
이들 반응은 pH에 관계없으나 다음 반응은 pH에 의존한다.
③ 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 8H+ + 8e-
④ 3Fe2+ + 4H2O = F3O4 + 8H+ + 2e-
⑤ 2Fe2+ + 3H2O = Fe2O3 + 6H+ + 2e-
수소전극반응ⓐ는
H2=2H++2e-
산소전극반응ⓑ는
2H2O = 4H+ + O2 + 4e-
로 나타난다.
이처럼 ①④⑤로 둘러싸인 영역에서는 Fe2+, Fe3+가 안정하여 철이 용출하나 ①이하의 전위에서는 부식이 생기지 않아 불변태(不變態)라 한다. 또한 ⑥⑤④③⑧로 둘러싸인 영역은 부동태화되어 철의 부식은 억제된다.
〔국부부식〕
※공식(孔蝕, pitting)
일반적으로 스텐레스강 및 티타늄 등과 같이 표면에 생성하는 부동태막에 의해 내식성이 유지되는 금속 및 합금의 경우, 표면의 일부가 일부 파괴되어 새로운 표면이 노출되면 그 일부가 용해하여 국부적으로 부식이 진행한다. 이러한 부식형태를 공식(pitting)이라 한다.
공식기구(孔蝕機構)로 중성용액중에서 이온(Cl-등)이 표면의 부동태막에 작용하여 피막을 파괴함에 의해 공식이 발생하며 조직, 개재물등 불균일한 부분이 공식의 기점으로 되기 쉽다. 공식에는 개방형과 밀폐형이 있다. (a)는 개방형공식으로 식공(蝕孔, pit)내의 용액은 외부로 유출되기 쉬우며 내면은 재부동태화하며 공식이 정지하기 쉽다. (b)는 밀폐형공식으로 외부로부터 cl-이온이 식공내부로 침입, 농축하여 용액의 pH는 저하하고 공식은 성장하
여 가는 형태이다. 공식의 전파는 다음 반응에 따른다.
anode 반응 ; M → M+ + e-
cathode 반응 ; O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
이러한 반응이 진행하면 식공내에서 M+이온이 증가하므로 전기적 중심이 유지되기 위해서는 외부로부터 Cl-이온이 침입하여 M+Cl-가 형성된다. 이
염(鹽)은 가수(加水)분해하여 HCl로 된다.
HCl + H2O → MOH+HCl
그래서 식공내의 pH는 저하하여 1.3∼1.5까지도 되어 공식은 성장하여 가는 것이다.
※틈부식(crevice corrosion)
실제의 환경에서 스텐레스강 표면에 이물질이 부착되든가 또는 구조상의 틈부분(볼트틈 등)은 다른 곳에 비해 현저히 부식되는데 이러한 현상을 틈부식이라 한다. 공식(孔蝕)과 유사한 현상이지만 공식은 비커중의 시험편에서 발생하는데 비해 틈부식은 실제환경에서 생기므로 실용면에서 중요한 의미가 있다.
◉틈부식의 기구
① 금속의 용해에 의해 틈내부에 금속이론 농축하여 틈내외의 이온농도차에 의해 형성되는 농도차전지작용(濃度差電池作用)에 의해 부식된다(Cu합금).
② 틈내외의 산소농담전지작용(酸素濃淡電池作用)에 의해 부식된다(스텐레스강), 즉 부동태화하고 있는 스텐레스강의 일부 불균질한 부분이 용해하면 틈내부에서는 anode 반응(M → M+ + e-)과 cathode 반응(O2 + 2H2O + 4e-→4OH-)이 진행하고 어느시간 경과하면 틈내의 산소는 소비되어 cathode 반응이 억제되며 OH-의 생성이 감소한다. 그래서 틈내부의 이온량이 감소하여 전기적균형이 깨어진다. 계(系)로서는 전기적 중성이 유지될 필요가 있으므로 외부로부터 Cl-이온이 침입하여 금속염(M+ Cl-)을 형성한다. 이 염(鹽)은 가수(加水)분해 하여
MCl+H2O → MOH+HCl
의 반응에 의해 염산이 생겨 pH가 저하하여 부식이 성장하기 쉬운 조건으로 된다. pH의 저하는 원소의 종류에 따라 다르지만 표 6-1에 나타내듯이 Cr3+, Fe3+ 이온에 따라 1∼2 정도까지 될 수 있다.
※이종금속접촉부식(galvanic corrosion) ; 전지작용부식
2종의 금속을 서로 접촉시켜 부식환경에 두면 전위가 낮은 쪽의 금속이 anode로 되어 비교적 빠르게 부식된다. 이와 같은 이종(異種) 금속의 접촉에 의한 부식을 이종금속접촉부식 또는 전지작용부식이라 한다.
전지작용부식의 원인은 anode로 되는 금속이 이것과 접촉한 cathode로 되는 금속에 의해 전자(電子)를 빨아 올리기 때문에 두금속이 금속적촉하고 있어 그 사이에서 전자(電子)를 교환할 수 있다는 것이 조건이다.
◉부식전위열(腐蝕電位列, galvanic series)
이종금속이 접촉했을 경우에 어느 금속이 anode로 되어 부식되는가는 그 환경중에서의 그들 금속의 부식전위에 의해 판단한다. 부식전위는 부식환경에 따라 다르지만 금속 및 합금을 해수중에서의 부식전위의 순서로 정리한 표 6-2은 중성에 가까운 대부분의 용액의 경우에도 이용할 수 있다. 이와 같이 부식전위의 순서로 금속 및 합금을 나열한 것을 부식전위열(galvanic series)이라 한다.
표 6-2은 양극(anode)측 끝난에 가까운 금속과 그것보다 뒤에 있는 금속을 조합하면 전자(前者)가 양극으로 되어 부식됨을 의미한다. 2종 금속의 위치가 떨어져 있을수록 전위차는 커져 부식을 가속시킬 가능성이 크다. 그러나 전위차는 부식가속의 경향을 나타낼 뿐이며 실제의 부식속도를 나타낸다고는 할 수 없다. 표에 나타내는 전위차는 개로전위차(開路電位差)로 그것이 전극으로서 작동할 때에는 분극하여 전위는 변화하며 부식전류의 크기는 분극한 전위차에 의하기 때문이다.
※입계부식
오스테나이트계 스텐레스강을 500∼800℃로 가열시키면 결정입계에 탄화물(Cr23C6)가 생성하고 인접부분의 Cr량은 감소하여 Cr결핍증(Cr depleted area)이 형성된다. 이러한 상태를 만드는 것을 예민화처리(Sensitization treatment)라 한다. 이렇게 처리된 강을 산성용액중에 침지하면 Cr결핍층이 현저히 부식되어 떨어져 나간다. 이러한 것을 입계부식(intergranular corrosion)이라 한다.
예민화처리에 의해 생성하는 Cr결핍층의 Cr농도는 약 5%정도까지 저하하며 그 폭은 2000∼3000Å이다. Cr량이 12%이상 함유되어 있는 스텐레스 강은 부동태화하고 있으므로 내식성이 우수하지만 그 이하의 Cr농도부분은 부식되기 쉬워지므로 입계 부식이 생긴다.
비예민화 스텐레스 강은 일반적으로 입계부식이 생기지 않으나 Ni, P, Si등이 함유된 스텐레스강은 끓는 HNO3 용액중에 Cr6+이온이 함유되어 있는 경우, 입계부식이 생긴다.
스텐레스 강중의 P함유량과 입계부식성의 관계를 나타낸 것으로 5N HNO3 + 0.5N K2Cr2O7 용액중에서 스텐레스 강(14Cr-14Ni)중의 P가 100ppm이상 함유되면 입계부식성이 급격히 증대한다. 또한 이와 더불어 염화제2철 용액중(345℃)에서 응력부식균열 감수성이 나타난다.
※응력부식균열(SCC)
응력부식균열(Stress Corrosion Cracking)은 재료, 환경, 응력 이 3개가 특정조건을 만족하는 경우에만 발생한다. 일반적으로 내식성이 우수한 재료는 표면에 부동태 막이 형성되어 있지만 그 피막이 외적 요인에 의해 국부적으로 파괴되어 공식(pitting) 또는 응력부식균열의 기점으로 된다. 국부적으로 응력 집중이 증대되어 내부의 용액은 SCC전파에 기여하여 균열이 진전하여 간다. 이처럼 피막의 생성과 파괴가 어떠한 조건하에서만 생겨 균열은 진행한다. 표면피막의 보호성이 불충분하면 전문부식으로 되어 응력부식 균열은 발생하지 않는다. 따라서 응력부식균열은 내식성이 좋은 재료에만 발생한다. 어떠한 환경에서 균열저항성이 큰 재료라도 다른 화경에서는 응력부식균열이 발생할 가능성이 충분히 있다. 즉, 어떠한 재료라도 응력부식균열을 일으킬 수 있는 환경이 존재한다.
※수소취성 및 수소균열
수소취성은 전위를 고정시켜 소성변형을 곤란하게 하는 원자상수소(原子狀水素)에 의해 생기는 금속의 취성이다. 재료내부에 공동(空洞, cavity)이 있으면 그 표면에서 접촉반응에 의해 분자상수소를 발생시켜 고압의 기포를 형성하게 된다. 이와 같은 브리스터(blister)는 스텐레스 칼에서 종종 볼 수 있다. 수소에 의해 취화된 강에 어느 임계값이상의 인장응력이 가하여지면 수소균열이 발생한다. 이러한 임계응력은 수소함유량이 증가함에 따라 저하하며 때로는 필요한 인장응력이 수소자체에 의해 생기고 수소균열은 외부부하에 관계없이 생긴다.
원자상수소는 금속자체의 부식 또는 보다 비(卑)한 금속과의 접촉에 의해 생긴다. 또한 수소는 산세(酸洗), 음극청정(cathode cleaning), 전기도금과 같은 공업적 공정에서 금속중으로 녹아 들어간다. 강의 수소취성은 Bi, Pb, S, Te, Se, As와 같은 원소가 존재할수록 더 잘 일어나게 된다. 그 이유는 이들 원소들이 H+H=H2의 반응을 방해하여 강표면에 원자상 수소농도를 높게 하여 주기 때문이다. 황화수소(H2S)는 석유공업에서 부식균열의 원인으로 된다. 수소균열은 탄소강에서 생기며 특히 고장력 저합금강, 마르텐사이트계 및 페라이트계 스텐레스강 및 수소화물(hydride)을 만드는 금속에서 현저히 발생한다. 마르텐사이트 구조인 고장력저합금강의 경우, 약간 높은 온도 즉 250℃대신에 400℃에서 템퍼링하면 수소취성 감수성을 저하시킬 수 있다. 비교적 고온에서 템퍼링하면 Fe24C와 같은 조성을 갖으며 수소를 간단히 흡수하는 특수한 템퍼링 탄화물인 소 탄화물로부터 일반적인 세멘타이트가 생성한다.
수소취성은 음극분극에 의해 SCC와 실험적으로 구별할 수 있다. 이는 음극분극이 수소발생에 의해 수소취성을 조장하지만 SCC는 억제하기 때문이다.
※부식피로
부식피로는 부식에 의한 침식과 주기적 응력, 즉 빠르게 반복되는 인장및 압축응력과의 상호작용에 의해 생긴다. 주기적 응력의 어느 임계값, 즉 피로한계이상에서만 생기는 순수한 기계적피로와는 대조적으로 부식피로는 매우 작은 응력에서도 생긴다.
부식피로는 SCC와는 대조적으로 이온과 금속의 특수한 조합에 관계없이 거의 모든 수용액에서 생긴다. 부식피로의 기구는 금속표면의 결정입내에 있는 슬립선이 돌출해 있고 산화물이 없는 냉간가공한 금속의 노출과 관계가 있다고 생각된다. 금속의 이러한 부분이 양극(anode)로 되어 부식홈을 만들면 이것이 차차 입내균열로 발전된다.
부식피로는 음극방식(예, 아연피복)에 의해 양극을 불활성으로 하든지 부식억제제(예, 크롬산염)에 의해 부동태화 시킴에 의해 방지할 수 있다. 강, 특히 Ti합금강의 경우는 질화에 의한 표면경화가 부식피로에 유효하다.
※에로젼 부식(난류부식)
에로젼 부식은 난류(亂流)와 관계가 있으므로 난류부식이라고도 부른다. 금속표면에 충돌하는 액체의 분출에 의해 일어나는 경우에는 충격부식(impingement corrosion)이라 한다. 난류는 부식매체의 공급 및 금속표면으로 부터의 용액을 통하여 부식생성물의 물질이동을 증가시킨다. 더우기 순수한 기계적 인자, 즉 금속과 액체간의 난류도 커지는 전단응력에 의해 금속표면으로부터 부식생성물이 떨어져 나가는 경우도 있다. 특수한 경우에는 에로젼 부식의 이러한 기계적 요소는 기포 및 모래와 같이 부유하는 고체입자에 의해 강해진다.
에로젼 부식에 의한 국부침식은 일반적으로 부식생성물이 없는 밝은 표면을 나타낸다. 부식공(pit)은 액체의 흐름 방향으로 깍여져 있으며 그 단면은 액체의 흐름을 방해하도록 오목하게 된 표면을 나타낸다. 때로는 이들 부식공은 말이 상류를 향해 달려가면서 남기는 말굽형상을 나타낸다. 난류침식은 동관의 황동제부분으로 되어 있는 물의 순환장치에서 잘 생긴다. 이것은 일반적으로 난류의 원인으로 되는 요철(돌출부 및 굽은 부분)때문에 일어난다.
※캐비테이션 부식(cavitation corrosion)
캐비테이션 부식은 액체의 빠른 유속(流速)과 부식작용이 서로 복합적으로 작용해서 생기는 것이다. 캐비테이션(空洞)이란 유속 u가 매우 커서 베르누이 법칙(P + ρu2/2=일정)에 의한 정압 P가 액체의 증기압보다도 낮아질 때, 액체중에 기포가 생기는 것을 말한다. 이들 기포가 금속표면에서 터지면 강한 충격작용이 생겨 부동태 산화피막이 깨지고 소지금속도 손상을 입게 된다. 또한 노출되어 냉간가공된 금속은 부식되며 이들 과정이 반복된다.
플라스틱 및 세라믹의 캐비테이션 침식은 순수한 기계적 작용(cavitation erosion)이지만 수중의 금속의 경우에는 항상 부식요소가 포함된다고 생각된
다. 이는 다음의 사실로서 알 수 있다. 캐비테이션 부식은
① 음극방식에 의해 방지할 수 있다.
② 부식억제제에 의해 저감된다.
③ 연수(軟水)보다도 경수(硬水)에서 촉진된다.
※찰과 부식(fretting corrosion)
찰과 부식은 접촉면에 수직압력이 작용하고 윤활제가 없으면 진동등에 의해 서로 움직이고 있는 2개의 고체, 이중 한개 또는 2개가 금속인 계면에서 일어난다. 한쪽 표면의 요철이 다른 표면의 산화물층을 벗겨내며 노출된 금속은 다시 산화되고 새로 생성한 산화물은 다시 떨어져 나간다. 이러한 과정에서 습기(수분)는 필요하지 않고 산소가 필요하다. 습기는 오히려 침식을 지연시키는 효과가 있는데 이는 수화된 산화물이 산화물보다도 부드러우므로 윤활작용을 하기 때문이다. 따라서 찰과 부식의 기구는 전기화학적이라기 보다는 순수한 화학적이라 할 수 있다. 부식생성물이 수산화물이 아니라 산화물(강의 경우, Fe2O3)이라는 것이 찰과부식의 특징이다.
〔구조적 부식 (Structural Corrosion)〕
※Graphite corrosion(흑연부식)
회주철에서 금속이온이 산화되어 흑연층을 형성하는 경우를 말한다. 이의 예방을 위해 주철에 소량의 합금성분(Alloy component)을 첨가하여 소재의 밀도를 강화하고 형성되는 흑연막의 부식억제 효과를 증가시킨다. 탄소강의 경우에도 455℃이상의 온도에서 탄소가 유리되므로 Cr-Mo혹은 Cr-Ni을 첨가하거나 탄소의 함량을 크게 낮춘다.
※Parting(Dealloying) corrosion
합금을 구성하는 금속성분의 일부가 부식되는 현상으로, 아연의 함량이 15%를 넘는 청동의 경우 아연만 선택적으로 부식되어 구리만 남는 경우가 이에 해당된다. 이의 예방을 위해 비소, 안티몬 혹은 인을 소량 첨가시킨다.
※Biological corrosion
미생물의 신진대사 결과는 다음과 같이 직?간접으로 금속표면에 부식환경을 조성하여 탄소강 재질의 지하배관을 황화철로 만들거나 수압시험후의 스테인레스 강을 부식시킨다.
– 직/간접적으로 부식환경을 만든다.
– 전해농도 셀을 만든다.
– 피막저항을 변경시킨다.
– 음극/양극 반응속도에 영향을 미친다.
– 주위 환경조성을 바꾼다.
2.금속의 부식
금속의 부식은 다음과 같이 크게 3종류로 나누어진다.
1 – 직접부식
수분을 수반하는 부식의 일종인 수용액에 의한 화학적 부식을 말한다. 예를 들면 철강을 pickling할 때 철강표면을 산이 철강표면을 용해하는 현상등이
그렇다.
Fe + 2H+ -> Fe2+ + H2 (가스)
2 – 전기 화학상의 부식
수용액 중에서 일어나는 가장 일반적인 부식
수용액 중에 철과 구리를 접촉 시키면 다음의 전기 화학적으로 부식이 일어난다.
합금의 부식
다상 조성일 때 : 현미경에 있어서 다상으로 존재할 때는 화합물을 이룬 Fe3C는 음극이 되고 순 금속(Fe)는 양극이 되어 용해 되고 이곳을 부식 시킨다.
단상 조성일 때 : 1의 다상 조성은 서로 다른 상이 각기 다른 부식 전위를 갖고 있기 때문에 전위가 높은 상이 양극이 되어 부식이 이루어 지지만, 단상일 때는 이러한 전위차가 없기 때문에 부식이 훨씬 적어 진다.
응력에 의한 부식 : 응력을 받은 부분은 다른 부분보다 에너지가 높기 때문에 원소와 화합하려고 하는 힘이 커져서 양극이 되어 부식 소멸한다.
3 – 금속의 산화 부식
공기 중의 산소는 금속 표면에 작용하여 산화물을 만들어 주지만, 물이 없을 때에는 200℃이하 에서는 안정한 화합물이 되어 부식이 더 이상 이루어 지지 않는다. 그러나 그 이상이 되면 금속체내에서의 산소나 금속 자체의 확산 현상이 활발해 져서 화합물 층이 성장, 즉 부식이 진행되어 소모 된다.
금속재료가 사용 환경 중의 물질과 반응해서 금속이온 또는 비금속화합물이 되어 손모되어 가는 현상. 금속재료의 종류와 사용 환경과의 조합에 따라 여러 가지 형태의 부식이 나타나는데, 사용 환경이 수용액이냐 가스냐에 따라 습식과 건식으로 나뉜다. 부식현상 중에는 재료에 응력(應力)이 작용하고 있는 상태에서만 나타나는 것도 있으므로 응력하에서의 부식인가의 여부에 따라 다시 세분화된다. 기계나 장치의 부식은 사고의 원인이 되는 경우가 많으므로 부식대책에는 평소 충분한 배려가 필요하다. 다음은 주요한 부식상태와 그 원인에 대한 설명이다.
※전면부식(全面腐蝕)
금속이 두께 방향으로 균일하게 감소되어 가는 부식이다. 금속 표면에 부식 생성물의 피막이 형성되지 않는 강한 부식성의 환경 속에서 생기며, 산(酸) 안에서의 철이나 알루미늄의 부식이 이에 해당된다.
※입계부식(粒界腐蝕)
금속의 입계만이 선택적으로 용해되는 부식이다. 열처리 등에 의해서 입계 및 그 근방에 용해되기 쉬운 조성의 석출물이나 용질결핍대(溶質缺乏帶)가 형성된 때에 생긴다. 그리고 이것은 500∼800℃로 단시간 가열된 18-8스테인리스강(鋼)을 황산-황산구리 용액에 담갔을 때 등에서 볼 수 있다.
※공식(孔蝕)
표면의 대부분은 건전함에도 불구하고 극히 일부에만 바늘로 찌른 것 같은 작고 깊은 구멍모양의 부식이 생기는 경우가 있다. 이 부식은 환경 속의 염소이온에 의해서 표면피막이 국소적으로 파괴될 때 생기기 쉽고, 바닷물 속에 담겨졌던 스테인리스강과 알루미늄에서 흔히 볼 수 있다.
※틈새기부식
금속끼리의 이음매나 금속표면에 부착한 이물 밑에 생긴 틈새기에 생기는 부식. 틈새기 내부는 외부에 비해 용존산소의 공급이 불충분하므로 틈새기 내부의 금속은 부동태화되기 어렵고 그 때문에 이 부분의 금속이 활성용해를 계속함으로써 생기게 된다.
※응력부식파괴
부식성이 아닌 환경 속에서는 절대로 기계적 파괴가 생기지 않는 약한 인장응력(引張應力)이, 부식성 환경 속에서 사용되고 있는 금속재료에 작용했을 때 어느 기간이 경과된 뒤 갑자기 그 재료의 파괴가 생기는 부식이다. 기계적 응력에 의해서 표면피막의 일부가 파괴되고, 그 곳에 부식이 집중되므로 생긴다. 염화물 수용액 중의 18-8스테인리스강, 암모니아가스 중의 황동, 가성알칼리 수용액 중의 탄소강(炭素鋼) 등에 생긴다.
※수소취성(水素脆性)
부식 때에 생긴 수소가 금속재료 속에 흡수됨으로써 금속재료가 가소성과 연성을 잃어, 약한 인장응력하에서도 파괴되는 현상이다. 황화물 수용액 중의 고장력강 등에서 볼 수 있다.
※부식피로
부식성 환경 속에서 인장-압축의 교대 응력이 작용하는 금속재료에 생긴다. 부식성이 아닌 환경 속에서는 피로파괴가 생기지 않을 만한 작은 응력하에서도, 부식성 환경 속에서는 짧은 시간에 피로파괴가 생긴다.
※이로전(erosion)·커로전(corrosion)
유체 또는 분체입자(粉體粒子)의 연속적인 충돌로 금속표면의 피막이 벗겨진 결과 그 부분이 활성 용해를 일으켜 국소적으로 깊게 침식되는 부식이다. 슬러리수송의 배관이나 펌프 등에 생긴다.
3.스테인리스강의 부식
스테인리스강이란 영문으로 Stain과 Less의 합성어로 녹이 발생하지 않는다가 아니라 녹이슬기 어렵다라고 해석되는 것도 스테인리스강을 이해하는데 중요한 의미가 있다.
일반적으로 스테인리스강은 녹이 전혀 슬지않는 금속으로 이해하고 있으나 사용조건에 따라 시간의 차이는 있으나 궁극적으로는 산화된다.
이러한 현상을 부식(Corssion)이라 일컫는다. 스테인리스강은 철을 주성분으로 하는 강종으로서 기존의 탄소강에 비하여 월등한 내식성을 가진 장,단점 때문에 부식이 심하게 일어날 수 있는 환경에서 자주 이용된다.
예를 들면 염분이 많은 해안가나 공장지대와 같이 사용환경이 극히 열악한 지대에서는 내식성이 우수한 강종을 사용하는것이 바람직하다. 그러나 내식성이 우수한 강종을 선택하였을지라도 가공방법이나 사용중 유지관리가 부적절한 경우에는 부식이 발생하기도 한다.
스테인리스강의 12% 이상의 크롬을 함유하고 있으며, 이 크롬이 공기중의 산소와 결합하여 금속표면에 매우 얇은 부동태피막이 파괴되었다고 볼 수 있으며 이 부동태 피막이 파괴되면 즉시 피막이 재생성되어 녹발생을 방지하여 주지만 부동태 피막의 재생성이 방해될경우에는 녹이 발생하게 된다.
환원성 분위기에서는 보호 피막이 파괴될 수 있고, 환경에 따라 그 부식도가 각각 특이한 성질이 있으므로 다양하게 개발된 스테인리스강의 올바른 강종의 선택과 사용 방법이 요구된다. 만약 재료의 선택이 잘못되면 녹이 쉽게 발생하고, 재료의 선택이 올바르다고 하더라도 취급지표면 산화막을 파괴하는 원인이나 부착물, 약품 등에 의하여 부식이 촉진될 수 도 있으므로 스테인리스강의 올바른 인식이 필요하다.
[스테인리스강의 부식형태]1 – 전면부식(全面腐蝕)
스테인리스강의 일반적인 부식성을 판정하는 기준이 되는 것으로써 부식액 또는 분위기의 화학적, 물리학적 조건에 따라 현저히 달라진다. 이 부식을 양극부와 음극부가 생겨 그 사이에 전류가 흐름으로써 발생하는 것인데, 이 때 면극부가 시간이 경과함에 따라 이동하기 때문에 실제는 균일한 부식이 되는 것이다. 스테인리스강이 내식성을 발휘하기 위해 부통태가 유효하게 하려면 최저 12%의 크롬이 필요하다고 했는데 초산과 같은 산화성의 산에 대해서는 양호한 내식성을 나타내지만 환원성의 산에는 한정된 조건 이외의 경우에는 부식이 쉽게 이루어진다. 그러나 환원성의 산에 대해서도 Mo 또는 Cu를 첨가함으로써 부동태는 현저히 강화되어 내식성을 향상된다. 이 전면부식의 원인은 위와 같이 Cr의 함양 외에도 금속 중의 개재물, 재질의 불균일, 표면결함, 결정립의 방향, 국부응력환경의 부분적 차이 등이 있다.
2 – 국부부식(局部腐蝕)
국부부식에는 여러가지의 형태가 있다. 산소농담 전지에 의한 부식, 용액 중의 금속이온 농담(濃淡) 전지에 의한 부식 또는 이종금속의 접촉에 의한 galvanic부식 등이 있다. 재질의 조직변화에 의한 것은 물론 탄화물의 입계석출에 의한 입간부식 및 재질에 인장응력이 걸릴 경우(가공응력, 열처리응력, 또는 사용중에 걸리는 응력)에 생기는 균열 즉 응력부식균열이다.
이외에도 재료에 반복응력이 걸려 피로파괴되는 경우에 용액 중에서 이것이 현저하게 빨리 파괴가 되는 피로부식이 있다.
3 – 건식(乾蝕)
이미 설명한 용액 중에서의 부식 즉 습식부식은 전기화학적 반응이었으나 고온의 대기에 방치할 경우의 고온산화, 또는 고온가스 중에 방치할 경우의
Gas의 반응에 의한 부식이 있다.
아래는 스테인리스강의 부식의 종류이다.
◉습 식
1.전면부식(전면에 대개 균일하게 분포되어 있다)
-입계부식(오스테나이트강의 입계에 크롬탄화물이 석출할 경우)
-공식(할로겐원소가 존재하는 경우 발생가능)
-응력부식균열(인장응력이 걸리는 경우, 특정의 부식환경에 있을때)
2.국부부식
-극간부식(packing의 조립이음부등에 이물이 부착된 상태에서 간격이 생 길때)
-이종금속과의 접촉부식(다른 금속과 접촉하여 사용 하는 경우)
-피로부식(부식환경 상태에서 반복응력을 줄 경우
◉건 식
1.고온산화부식(고온의 대기중에 방치된 경우)
2.고온가스부식(고온의 가스 중에 방치된 경우)
구분 발생원인 방지방안 전면부식 부식환경에 노출된 금속표면 전체가 전기화학적 또는 화학적 반음에 의해 균일하게 침식되는 부식 환경에 적절한 강종의 선택 -해수분위기 : 316,316L -고온분위기 : 321 -각종표면처리: Mirror 등 국 부 부 식 입계부식 Austenite계는 450~850℃ 예민화 온도구간에서 가열시 입계에 크롬탄산화물을 석출한다. 따라서, 입계주위에 크롬이 부족하게 되어 부동태 피막이 침식되어 부식이 진행 -성분의 영향 : [C] 함량높을시 -용접 열영향부에 탄화물 석출 고용화 열처리 -고온에서 서굴 탄화물을 환전 재 고용후 급냉 -[C]함량저감 : 0.03% 이하 안정화 강종의 선택 -Ti, Nb 첨가강 공석 (틈새부식) 염소의 영향을 가장 민감하게 하는 부식임. 염소에 의해 부동태 피막이 국부적으로 파괴되어 그 부위가 우선적으로 용해가 계속 되는 현상 -온도가 높을수록 반응 가속화 -제품표면에 부착이물이 있을때(틈새 가 있을때)염소농도 상승효과 발생 염소 분위기와의 접촉방지 표면처리 : 연마가공(예:Mirror) 용접부 열처리 실시 염수분위기에 강한 재료사용 :Mo 첨가강 9316,316L) 응력부식 Austenite계에서만 발생하며 인장응력과 염소가 공존하는 분위기에서 발생 -염소농도가 높을수록 단시간에 발생 -온도가 높을수록 발생가능성 큼 -잔류응력집중시 발생 가능성 큼 가공후 응력제거, 응력 집중부 제거 필요 응력제거 열처리실시 염소분위기와 접촉방지 응력부식에 강한 재료의사용 : Ni 상향 강종 사용 Galvanic 부 식 이종금속간 접촉시 상대적으로 비한 금속이 우선적으로 부식이 발생하는 현상 전기화학적으로 유사한 재료의 접촉으로 우선 부식방지
※이종금속의 접촉부식
통상적으로 모든금속은 금속고유의 자연저위를 갖고 있다. 이는 금속을 수용액에 침전시키면 금속 고유의 자연전위를 나타내며 금속끼리 접촉된 부위에서는 자연전위가 높은것에서 낮은 것으로 전류가 흐느는 전지가 형성되어 자연전위가 낮은 금속이 용해된다.
이와같이 토양중의 이종금속과의 접촉으로인해 발생되는 부식을 이종금속 접촉부식(Galvanic Corrosion)이라 한다.
〔해수중 금속의 자연전위열〕 (단위:Ve)
高 ▲ ▼ 低 백 금 금 STAILLESS(18Cr-8Ni-3Mo) 은 STAILLESS(18Cr-8Ni)부동태 Monel (70Ni_30Cu) Cupronickels 970Cu-30Ni) 청동 (Sn 6~10%) 황동 (85Cu – 15Zn) 동 (표준수소전극) H₂/H＋ 니켈 (활성) 황동 (60Cu 40Zn) STAINLESS(18Cr-8Ni) 활성 주석 납 강, 주철 듀랄루민 카드뮴 알루미늄 아연 마그네슘 +0.33 +0.18 -0.04 -0.06 -0.08 -0.10 -0.13 -0.14 -0.15 -0.17 -0.24 -0.24 -0.27 -0.28 -0.46 -0.50 -0.46~ -0.65 -0.61 -0.78 -0.78 -1.07 -1.6
4.갈바닉 부식(galvanic corrosion)
※특 징
두 이종금속(dissimilar metal)이 용액 속에 담구어지게 되면 전위차가 존재하게 되고 따라서 이들 사이에 전자의 이동이 일어난다. 그리하여 귀전위를 가진 금속의 부식속도는 감소되고 활성전위를 가진 금속의 부식속도는 촉진된다. 즉 전자는 음극이 되고 후자는 양극이 된다. 이러한 형태의 부식을 갈바닉 부식 또는 이종금속접촉부식이라 한다.
※면적의 영향
갈바닉 부식에 영향을 미치는 하나의 중요한 인자는 양극과 음극의 면적비이다. 갈바닉 부식에 있어서 가장 위험한 조건은 소양극-대음극이다. 양극 면적에서의 전류밀도가 높을수록 부식속도는 커지게 된다. 반대로 소음극-대양극은 갈바닉 부식을 줄일 수 있는 좋은 조건이 된다. 예를 들어, 구리판에 박힌 철못과 철판에 박힌 구리못을 생각해보면, 전자는 소양극-대음극이고 후자는 소음극-대양극이다. 따라서 후자에 있어서 보다 전자에 있어서의 갈바닉 부식이 훨씬 심하게 되고 철못은 큰 손상을 입게 된다.
※갈바닉 부식의 이용
1 – 음극방식(cathodic protection)
음극방식은 갈바닉 부식의 원리를 이용한 것으로, 부식되고 있는 금속을 갈바닉 전지에서 음극이 되게 함으로써 부식을 방지하는 것이다. 갈바나이징한 강은 음극방식의 대표적인 예이다. 강에 피복된 아연이 선택적으로 부식됨으로써 강을 보호하게 된다.
즉 아연이 희생양극(sacrificial anode)으로서 작용하게 된다. 반대로, 주석의 경우에는 아연보다 내식성이 크지만 강에 피복시킬 경우 바람직하지 못한 결과를 초래한다. 피복된 주석이 약간 부식되거나 손상되어 강이 노출될 경우 소양극-대음극의 위험한 현상이 초래되어 강의 부식이 크게 촉진되기 때문이다. 땅 밑에 묻혀있는 강 파이프를 보호하기 위해서 Mg가 희생양극으로 사용되기도 한다.
2 – 은그릇의 얼룩제거
가정에서 은그릇을 청소하는 데에는 연마제를 사용한다. 이러한 연마제를 사용하게 되면 연마로 인해 은이 제거되어지며 특히 은도금한 그릇에 사용하면 도금이 벗겨진다. 은그릇에 나타나는 대부분의 얼룩은 황화은에 의한 것이다. 이러한 얼룩을 제거하기 위한 간단한 전기화학적 방법은 알루미늄의 접촉에 의해 생기는 전류로 인해 황화은은 다시 은으로 환원된다. 이 때 은은 조금도 제거되어지지 않는다. 이와 같은 전기화학적 방법으로 얼룩이 제거된 은그릇을 따뜻한 비눗물에 씻으면 깨끗하게 청소된다. 물론 이것은 연마제로 닦은 것처럼 깨끗하게 되지는 않지만 은이 제거되어지는 것을 방지할 수 있다.
5.부식에 영향을 미치는 인자
※ pH
가) 철과 같이 산에 녹는 경우 pH 가 4～10의 범위에서의 부식율은 접촉하는 산화제(용존산화)의 농도에 따라 달라진다. 또한 철은 양쪽성 금속이 아니지만 고온에서는 부식율이 염기도에 따라 증가한다.(그림 a)
나) 알루미늄과 아연같은 양쪽성 금속은 산 혹은 염기 용액중에서 빠르게 용해된다.(그림 b)
다) 금과 백금과 같은 귀금속은 pH에 영향을 받지 않는다. (그림 c)
※산화제
실제적으로 관찰되는 부식반응의 대부분이 수소와 산소와의 결합에 의해 물이 생성되는 반응과 연계되어 있다. 따라서 어떤 용액의 산화능력이 부식에 관한 중요한 척도로 이용된다. 보통 산화제는 어떤 물질을 부식시키지만 스테인레스강의 산화크롬막과 같이 형성된 산화물이 금속표면에 보호피막을 형성하여 더 이상 부식이 진행되지 않도록 억제시키기도 한다.
※온 도
보통 온도가 높을수록 부식속도가 증가한다. 온도는 산화제의 용해도를 증가시키거나 금속표면과 접촉하고 있는 용액의 상변화를 일으켜 부식환경을 변화시키기도 한다.
※속 도
금속표면위를 흐르는 부식성유체의 속도가 증가할수록 금속의 부식속도는 증가한다. 이는 유체의 빠른 유동으로 인해 금속표면의 부식층이 빠른 속도로 벗겨져 나가 부식에 민감한 새로운 표면을 제공하기 때문이다.
※피막(film)
부식이 일단 시작된후의 부식속도는 형성된 피막의 성질에 따라 달라진다. 금속표면위의 피막이 부식성 유체에 녹지 않을 경우 더 이상의 부식은 진행되지 않지만 부식성유체를 투과시키거나, 부식성유체에 녹은 경우 합금이 되지 않은 탄소강 표면에 새로운 부식층이 형성되어 금속이 유실된다.. 또한 금속의 부식으로 인한 피막의 형성외에 부식성 유체로부터 불용성 화학물 (예: Carbonate, Sulfate)이 형성되어 금속표면에 침전하므로서 금속표면이 보호되기도 한다. 이외 접촉유체에 의하거나 혹은 의도적으로 금속표면에 형성된 오일막은 금속 표면에 부식을 예방하는 효과가 있다.
※농도 및 시간
대부분의 부식환경에서 농도 및 시간이 중요한 역할을 할 수 있지만 부식속도가 항상 농도와 시간에 정비례하지는 않는다. 따라서 어떤 금속에 대한 일부분의 부식실험자료를 근거로 다른 조건에서의 부식상황을 예측할 때에는 주의하여야 한다. 다만 공장의 조업정지시에는 농도가 중요한데 이는 금속표면과 접촉하고 있는 유체가 냉각수의 수분을 흡수하여 부식성유체로 변할 수 있기 때문이다.
※불순물
부식성유체중에 포함된 불순물은 부식속도를 지연시키거나 촉진하기도 한다. 불순물이 부식을 초진할 경우 불순물 제거 공정의 장치부식속도는 증가하므로 이에 대한 대비책이 있어야 한다. 또 염소이온은 스테인레스강 표면에 형성된 산화막을 파괴하므로 항상 유체중의 염소농도를 점검해야 한다.
6.부식예방
※고온부식저항
금속재료가 Oxidation과 Scaling과 같은 고온부식에 저항하는 능력은 그 재료의 화학적조성에 따라 달라진다. 크롬은 550℃이상에서 이용되는 합금에 필수적으로 첨가되어 금속표면에 보호 산화막을 형성한다. 실리콘은 탄소강에 산화저항성을 부여하고 크롬의 효과를 향상시키기도 한다. 또한 일정한 수준의 크롬함량에서 니켈첨가량이 증가할수록 산화 저항이 증가한다. 연료가 알칼리금속이온, 바나듐 및 화합물을 포함할 경우 이들이 고온 연소중에 용융액체를 형성하여 스테인레스강 표면에 형성된 보호 산화막을 파괴하므로 재질선정에 주의해야 한다.
※재질선정
공정조건을 만족하는 재질을 가장 경제적으로 선택하기 위해서는 유사한 기존공정에 대한 자료를 참고하는 것이다. 이러한 자료가 없을 경우 실험실 부식실험자료, Bench 플랜트 혹은 Pilot플랜트부터 얻은 자료를 바탕으로 재질의 적합유무를 판단해야 한다. 이때에는 정적인 실험실 자료와 동적인 플랜트 운전자료의 차이, 미량으로 존재하는 불순물의 영향, 여러 국부부식의 가능성 등이 검토되어야 한다. 허용 가능한 부식속도는 장치 설계에 중요한 인자이고 장치마다 달라진다. 탱크와 배관은 상당한 부식여유를 가질 수 있지만 오리피스. Mesh-screen등은 조그만 치수의 변화가 장치성능에 큰 영향을 미치므로 부식여유를 두어서는 안된다. 비금속재료는 때때로 경제성 및 재료성능에 비해 금속재료에 뒤지지 않으므로 그들의 사용가능성이 검토되어야 한다.
※적정 설계
부식가능성을 최소화 하기 위해 각 장치의 적절한 배수(Drainage), 틈새(Crevice)최소화, 검사 및 정비의 용이, 가능한 맞대기 용접방식 채택을 해야 한다. 가능한 서로 다른 금속의 접촉을 피하고 부득이한 경우 절연조치를 해야 한다. 보온재는 습기를 흡수해서는 안되며 금속재료는 적절한 열처리와 표면처리를 실시한다.
※부식환경 변화
유체중의 산소함량 변화, 불활성 가스 치환, 수분제거, 온도/pH변화에 의해 부식속도가 큰 차이가 있다. 한 예로 산용액을 다루는 시스템에서 불활성 가스 치환에 의한 산소함량의 감소로 구리 혹은 니켈 합금을 보호 할 수 있다.
※부식방지제(Inhibitor)
※음전기 보호(Cathodic protection)
이 전기 화학적 방법은 지하에 설치되어 토양과 접촉하고 있는 탄소강재의 배관 혹은 탱크에 적절히 이용될 수 있다. 또한 물과 접촉하고 있는 배, 해안 구조물 및 탱크에도 적정히 이용될 수 있다. 음전기 보호법중 Sacrificial-Anode법은 아연, 마그네슘, 혹은 알루미늄을 땅에 묻던지 보호되는 장치의 표면에 부착하여 양극(Anode)으로 사용하므로서 이들의 부식에 의해 필요한 전류가 발생된다. Impressed emf방법은 탄소, 백금 기타 난부식성재료를 땅에 묻던지 표류(수용액의 경우)시켜 양극으로 사용하고 직류전기를 외부에서 공급하는 방법이다.
※유기물질 도장(organic coatings)
부식성유체에 견딜 수 있는 유기물질을 일정두께(0.75mm)이상으로 금속표면에 도포 하거나, 고분자 물질을 여러 겹으로 (2.5mm이상)덧 씌움으로서 표면을 부식으로부터 보호하는 방법이다. 이 경우 코팅된 lining을 정기적으로 검사하여 균일하게 도포 되었는지를 확인해야 한다.
※Glass-lined steel
특수유리를 적절한 방법으로 강재에 1.5～2.5mm의 두께로 덧씌운다. 이 방법은 부식성이 큰 산용액을 취급하는 장치에 주로 이용되며 덧씌움 막이 깨지기 쉬우므로 라이닝의 설치, 검사, 유지보수에 각별한 신경을 써야 한다.
※Cladding & Overlay
부식에 견디는 물질을 모재에 적절한 방법(Hot rolling혹은 Pressure weld)으로 압착시키는 방법을 Cladding 이라 하고, 부식에 견디는 물질을 용접봉으로 사용하여 모재에 용접층을 형성하는 방법을 Overlay라 한다.
※Metallic Lining
부식환경이 대단히 심각하지 않은 경우 모재표면에 아연, 주석, 카드뮴, 납 및 알루미늄을 코팅하여 코팅된 물질의 순수한 부식저항 뿐만 아니라 모재와의 전기화학적 성질(보통 코팅물질이 양극으로 작용)을 이용한다.
금속 부식 (corrosion) 의 종류
금속 부식 (corrosion) 의 종류
금속이 특정한 환경에서 화학적반응에 의해 손상되는 현상이다. 보통 스테인리스강과 같은 합금도 특정 환경에서는 내식성을 띄지만 다른 환경에서는 부식성을 가진다.
부식은 부식환경에 따라 습식(wet corrosion)과 건식(dry corrosion)으로 분류되고 부식 범위에 따라 전면부식(general corrosion)과 국부부식(localized corrosion)으로 분류된다.
전면 부식은 그 부식 속도로 수명 예측이 가능하고 대책은 비교적 용이하다. 반면, 국부부식은 예측할 수 없다.
국부부식의 종류는 아래와 같다.
공식 (pitting corrosion)
스텐레스강 및 티타늄 등과 같이 표면에 생성하는 부동태막에 의해 내식성이 유지되는 금속 및 합금의 경우, 표면의 일부가 일부 파괴되어 새로운 표면이 노출되면 그 일부가 용해하여 국부적으로 부식이 진행한다. 이러한 부식형태를 공식(pitting corrosion)이라 한다.
틈 부식 (crevice corrosion)
스텐레스강 표면에 이물질이 부착되든가 또는 구조상의 틈부분은 다른 곳에 비해 현저히 부식되는데 이러한 현상을 틈부식이라 한다. 공식과 유사한 현상이지만 공식은 비커중의 시험편에서 발생하는데 비해 틈부식은 실제환경에서 생기므로 실용면에서 중요한 의미가 있다.
이종 금속 접촉 부식 (galvanic corrosion)
이종 금속을 서로 접촉시켜 부식환경에 두면 두 금속 사이에 전자를 교환하여 비교적 빠르게 부식된다. 이와 같은 이종 금속의 접촉에 의한 부식을 이종금속접촉부식 또는 전지작용부식이라 한다.
입계 부식 (intergranular corrosion)
오스테나이트계 스텐레스강을 500∼800℃로 가열시키면 결정입계에 탄화물이 생성되고 인접부분의 Cr량은 감소하여 Cr결핍영역이 형성된다. 이러한 상태를 만드는 것을 예민화 처리(Sensitization treatment)라 한다. 이렇게 처리된 강을 산성용액 중에 담그면 Cr결핍층이 현저히 부식되어 떨어져 나간다. Cr 결핍층의 Cr 은 약 5%정도까지 저한다.
응력 부식 균열 (SCC, Stress Corrosion Cracking)
응력부식균열은 재료, 환경, 응력이 특정조건을 만족하는 경우에만 발생한다. 일반적으로 내식성이 우수한 재료는 표면에 부동태 막이 형성되어 있지만 그 피막이 외적 요인에 의해 국부적으로 파괴되어 공식(pitting) 또는 응력부식균열의 기점으로 된다. 국부적으로 응력 집중이 증대되어 내부의 용액은 SCC전파에 기여하여 균열이 진전하여 간다. 이처럼 피막의 생성과 파괴가 어떠한 조건하에서만 생겨 균열은 진행한다. 응력부식균열은 내식성이 좋은 재료에만 발생한다.
수소취성 (Hydrogen Embrittlement)
수소환경에서 연성이 떨어져 취성이 증가되는 현상이다.
공동 부식(cavitation corrosion)
공동 부식은 액체의 유속이 빠른 부분에서 기포가 생기고 금속표면에서 터지면서 강한 충격으로 산화피막이 깨지고 금속도 손상을 입게 된다.
마손 부식(fretting corrosion)
마손 부식은 마찰에 의해 산화물층이 벗겨지고 산소에 노출된 금속이 다시 산화되고 이 과정이 반복되는 화학적 부식이다. 마손 부식에 의한 생성물은 수산화물이 아니라 산화물이다.
참고문헌
http://www.kemco.or.kr/up_load/blog/%EB%B6%80%EC%8B%9D.pdf
1.1.3 부식의 종류 [원자력기사]
1.3 부식의 종류
우리는 앞서 부식이 어떤 과정으로 발생되며, 부식을 방지하기 위해 원자력발전소의 부식을 방지하기 위한 수화학을 살펴보았다.
그렇다면, 수화학 관리를 하지 않는다면 어떠한 부식이 발생하는지 부식의 종류를 살표보자.
부식은 부식 환경에 따라 습식(Wet Corrosion)과 건식(Dry Corrosion)으로 분류되고, 부식 범위에 따라 전면부식(General Corrosion)과 국부부식(Localized Corrosion)으로 분류된다.
전 면 부 식
전면부식은 넓은 범위에 걸쳐 전면적으로 거의 똑같이 생기는 상태의 부식을 말한다.
전면부식은 부식의 속도를 토대로 수명을 예측가능하고 대책은 비교적 용이하다.
국 부 부 식
국부부식은 전면부식의 상대되는 용어로써 금속 표면의 일부에 집중적으로 발생되는 것을 말한다.
국부부식은 부식의 발생을 예측할 수 없어 대책 또한 세우기 어렵다.
원자력발전소에서 수화학 처리를 수행하는 주요 요인은 국부부식이다.
따라서 원자력기사 시험에서는 주로 국부부식 문제를 다룬다. 그리고 국부부식의 명칭을 한글이나 영어 모두를 물어보고 있으므로, 부식의 한글명칭과 영어명칭을 명확히 알고 있어야 한다.
국부부식의 종류는 다음과 같다.
1) 공식 또는 점식 (Pitting Corrosion)
금속의 표면이 국부적으로 깊게 침식되어 콩알만한 작은 구멍을 만드는 부식 형태를 말한다. 금속 표면에 취약한 부분(표면결함 등)에 의해서 발생하며, 중력방향으로 성장하여 내부로 들어가게 되는데, 내부에 상당한 부식이 진행된 가장 위험한 형태의 부식이다.
2) 입계부식 (Intergranular Corrosion)
금속 또는 합금의 결정입자 경계에 선택적으로 생기는 부식을 말한다. 즉, 결정 입계가 선택적으로 침식(부식)되는 현상을 말한다.
3) 응력부식균열 (SCC, Stress Corrosion Cracking)
인장응력하에 있는 금속재료가 재료와 부식환경이 특징적인 조합하에서 취성적으로 파괴되는 현상을 말한다. 즉 응력부식균열은 재료, 환경 및 응력의 3인자가 특정 조건을 만족할 경우에서만 발생한다.
따라서 응력부식을 방지하기 위해서는 먼저 응력을 낮춘다. 응력부식균열이 인장응력에 의하여 일어나므로 재료를 두껍게 하거나 하중을 줄이는등 응력 제거를 통하여 방지할 수 있다. 다음으로 환경의 유해성분 제거, 합금의 조성변화, 부식 억제제의 첨가 등을 통하여 방지할 수 있다.
4) 틈새부식 (Crevice Corrosion)
나사부, 경첩부 같은 금속끼리 혹은 금속과 비금속의 접촉부위에 틈새가 있을경우, 틈새에 물이 들어가면 물은 여러가지 물질을 용해하는 성질이 있기 때문에 틈새 내의 물과 틈새 외부의 용액과의 성분 차이로 인하여 양극(+)과 음극(-)으로 구성되어 부식이 발생시켜 틈새의 깊은 곳이 부식된다.
5) 이종금속 접촉부식 (Galvanic Corrosion)
서로다른 금속이 접촉하면 부식 속도가 매우 빨라지기도 한다. 예를들어, 알루미늄 파이프와 구리 파이프를 물속에서 연결하면 알루미늄은 산화-환원에 대한 전극 전위가 낮아서 그 표면이 부식하기 쉽다.
6) 침식부식 (Erosion Corrosion)
금속재료 표면에 흐르는 유체의 유속 증가로 인하여 금속재료 표면의 보호피막이 떨어져 금속재료의 부식 속도가 증가하는 현상이다. 또한, 파이프의 굽힘 부위에서와 같이 유체가 매우 빠른 속도나 큰 각으로 재료와 충돌하는 부위에서 발생하는 부식형태도 포함된다.
7) 마모부식 (Fretting Corrosion)
두 면 사이가 상대적으로 반복되는 미끄럼의 발생에 의해 마모가 발생하면, 균열의 발생이 촉진되고, 접촉면 사이에 산화부식마모가 발생한다.
예제 1 (2011년 원자력기사 기출) 부식이 금속표면의 국부에만 집중하고 이 부분에서의 부식 속도가 특히 빨라서 금속내로 깊이 뚫고 들어가는 심한 국부부식 형태로 발생하는 부식의 종류는? ① 이중금속 접촉부식(Galvanic Corrosion) ② 입계부식(Intergranular Corrosion) ③ 점식(Pitting) ④ 침식부식(Erosion Corrosion)
정답) ③ [pit]의 사전적 의미는 크고깊은 구덩이를 의미한다. 그리고 공식(= 점식)은 금속의 표면이 국부적으로 깊게 침식되어 콩알만한 작은 구멍을 만드는 부식을 말한다.
예제 2 (2013년 원자력기사 기출) 금속면에서 비교적 화학적 활성이 큰 부위부터 부식이 집중적으로 진행되는데 비균질 부위나 보호피막이 부분적으로 파괴된 부위에서 일어나는 부식은? ① 마모부식(Corrosion-Erosion) ② 점식(Pitting Corrosion) ③ 응력부식균열(SCC) ④ 틈새부식(Crevice Corrosion)
정답) ② 금속 표면에 취약한 부분에서 (표면결함 등)에 의해서 발생하며 국부적으로 발생하는 부식은 공식(= 점식)을 의미한다. 공식(= 점식)은 중력방향으로 성장하여 내부로 들어가게 되는데, 내부에 상당한 부식이 진행된다.
예제 3 (2014년 원자력기사 기출) 응력부식균열의 설명중 틀린 것은? ① 비교적 작은 부식에 의해서도 균열을 초래한다. ② 고온, 고압계통에서 물리적 응력집중 현상이 있을 경우 발생한다. ③ 부식의 진행속도가 느리고 금속표면에 균일하게 피막을 형성한다. ④ 이 종류의 부식 방지책의 수단으로 응력수준을 낮추어 설계 개선한다.
정답) ③ 응력부식균열은 재료, 환경 및 응력의 3인자가 특정 조건을 만족할 경우에 발생하며, 비교적 작은 부식에 의해서도 응력에 의해 취성적으로 파괴될 수 있다. 이는 부식이 매우 빠른 속도로 발생할 수 있다.
예제 4 (2015년 원자력기사 기출) 가압경수로형 원전 1차계통 냉각재와 접하는 구조재료에서 응력부식균열이 발생하는 요인을 바르게 나열한 것은? ① 빠른 유속, 중성자 조사, 냉각재 내 붕산 ② 인장 응력, 빠른 유속, 예민화 된 미세조직 ③ 인장 응력, 예민화 된 미세조직, 고온수 등의 환경요인 ④ 냉각재 내 붕산, 중성자 조사, 고온수 등의 환경요인
정답) ③ 응력부식균열은 재료, 환경 및 응력의 3인자가 특정 조건을 만족할 경우에 발생한다. 따라서 보기 3번의 인장응력(응력), 예민화 된 미세조직(재료), 고온수 등의 환경요인(환경)의 3인자가 특정 조건을 만족하기 때문에 발생한다. 중성자 조사는 응력부식균열을 발생시킬 수 있는 요인이 되지만 문제에서는 적절히 나열되지 않았다. 그리고 빠른 유속은 침식부식(Erosion Corrosion)을 유발할 수 있는 인자이며, 냉각재 내 붕산은 부식과는 큰 연관성이 없다.
예제 5 (2016년 원자력기사 기출) 다음에서 설명하는 부식의 종류는? 부식이 금속표면의 좁은 부위에 집중되어 일어나면서 진행속도가 대단히 빠르고 단시간 내 금속 내부로 깊이 진행된다. ① 피팅 ② 입계부식 ③ 응력부식균열 ④ 마모부식
정답) ① 피팅은 계속 반복해서 출제되었다. 그만큼 피팅은 부식중에서 가장 위험하며, 금속의 표면이 국부적으로 깊게 침식되어 콩알만한 작은 구멍을 만드는 부식을 말한다.
부식의 종류, 영향 및 방지대책
728×90
1. 배관 부식
관의 부식은 금속관, 특히 강관이 가장 심하다.
환경 또는 물이나 산소 등과 크게 관계되고, 물에 접하는 관 내면 또는 지중매설관의 경우 토양의 전기저항이 낮아서 발생한다.
(1) 부식 종류 및 원인
내면 부식: 강관 내부 염화물의 침전에 의한 염소이온농도의 불균일로 특정 지점에서의 빠른 부식이 진행되어 점 부식이 발생한다.
외면 부식: 보호성 피막의 국부적 손상이나 불균일한 접촉환경에 의해 발생, 수분, 도장흠집, 부식성용액, 박테리아에 의해 발생
전면 부식: 금속의 전면이 거의 균일하게 침식된다
입계 부식: 오스테나이트 강의 입계 탄화물이 석출될때 발생한다.
공식: 할로겐 이온의 존재, 또는 표면에 이물질이 부착되었을 경우에 발생한다.
내부응력 부식: 인장응력 등 내부응력으로 인해 부식이 발생한다.
극간 부식: 패킹의 이음 등에서의 이물질 부착으로 인한 극간의 존재로 부식이 발생한다.
금속 이온화 부식(부식피로): 주위 환경으로부터의 전자의 손실 또는 획득으로 인한 금속의 이온변화로 산소나 수소등의 가스가 발생하는 전기화학반응이 발생한다. 철은 염산과 반응하면 수소를 발생하여 하전된 이온으로 녹아나와 철 표면에 무수히 많은 양극과 음극이 생성되고 균일한 전면 부식이 발생한다.
2종 금속 부식(갈바닉 코로전): 전지부식으로 2개의 다른 금속이 서로 접촉하여 전해질 용액(부식용액) 내에 존재할 때 이 두 금속 간 전위차로 인해 용액을 통하여 전류가 발생하면서 전자는 금속 간을 이동하여 국부적 전기회로를 형성한다. 두 금속 중 활성이 큰 금속이 더 부식이 빠르고 활성이 작은 금속은 단독으로 있을 때 보다 부식이 느리다. 철은 일반적으로 전자를 잃으려는 성질이 강하여 양극이 되어 부식이 쉬우나, 아연, 마그네슘 등과 같이 철보다 양극화가 큰 금속과 접촉하면 철이 음극화되어 부식으로부터 보호된다.
(2) 부식 방지
내면 방식: 내면에 유기물 도장, 라이닝 등 실시. 산소 공존이 부식의 근본 원인이므로 이것을 분리하기 위한 방법강구
외면 방식: 아스팔트나 콜타르 도포, 플라스틱 라이닝, 방식 테이프, 전기 방식법, 폴리 에틸렌 피복등
유전 방식: 외부전원에 의한 방식(금속을 음극으로유지), 유전 양극에 의한 방식(수중 또는 지중에서 방식 목적 금속체에 저전위 금속 Mg, Zn을 전기적으로 접속)
금속의 내식성 검토: 적용하고자 하는 주위 환경에 대해 내식성이 우수한 재질을 선택한다.
2. 지하 매설관의 부식
(1) 부식의 원인
토양 중 부식(통기도차 전위부식)
지하의 산소함량 저하와 탄산가스 함량 증가로 통기도차 전지 형성
황산염 환원 박테리아의 존재 시 부식성이 아주 높다
산성토양 및 누설전류에 의한 부식
전기 화학적 부식(금속 이온화 부식): 철이 염산과의 반응으로 양극화하여 부식
재료 결함 또는 손상에 의한 부식
누설전류에 의한 부식 촉진(법정 누설전류인 10mA/km의 전류가 배관에 전달 될 경우 배관 부식 속도는 2배 증가)
지반 침하, 시공시 피복 손상
지하수에 의한 금속의 이온화 부식
주위 환경에 의한 부식: 습식 부식, 건식 부식(200도씨 이상 가열), 화학 부식, 토양 중의 수분, 염분에 의한 부식.
(2) 배관의 부식 방지 대책
지하철 누설전류 최소화: 레일 길이 확대, 레일 절연패드 및 환류철선 설치
배전기(전류를 모아 안전한 곳으로 방전) 설치
금속 부분에 요철이 있으면 부식이 쉬우므로 요철 최소화(방식재 도포)
도장 또는 도복장 강관을 사용하여 물과의 접촉 차단
관 외부를 아연, 주석, 메탈리콘 등 내화학성이 강한 금속으로 피복
3. 해양 구조물의 부식 방지대책
해양 구조물은 염분이 많은 환경에서 부식이 급속도로 진행 되므로, 대부분의 해양 구조물은 방식법을 복합적으로 조합하여 적용한다.
(1) 내외면 방식: 구조물 또는 배관의 내외면을 도장, 라이닝 등으로 방식 처리
(2) 유전 방식
외부 전원에 의한 방식: 외부에서 전원을 공급하여 금속을 음극으로 유지하여 방식한다
유전 양극에 의한 방식: 수중 또는 지중에서 방식을 목적으로 하는 금속체에 저전위 금속(Mg, Zn)을 전기적으로 접속하여 방식한다.
(3) 내식성이 우수한 금속 적용
해수 등의 환경에서는 해수에 강한 STS316L 급 강종 등을 사용하는 등 부식에 강한 재질을 사용한다.
4. 결론
금속재료는 건설과 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있고, 선진국의 조사보고서는 금속의 부식으로 인한 경제적인 손실은 한 국가 GNPdml 4% 정도에 해당되는 비용이라고 밝히고 있다.
부식은 모든 재료의 전 부분에서 발생하고, 부식과 관계가 없는 산업은 단 하나도 없으며, 세계에서 생산되는 철의 10~20% 정도가 부식에 의하여 상실된다는 보고도 있다.
건설현장에서도 철근을 비롯한 각종 배관류, 기계 장비류 등 많은 금속재료의 부식방지 및 복구에 많은 비용을 지출하고 있는 상황이다.
이와 같이 막대한 경제적 손실을 최소화하기 위해서는 부식에 관한 정확한 이해가 필요하며, 부식 방지대책으로 대부분을 방지할 수 있으므로 부식방지를 위한 설계 및 부식환경에 강한 재료의 선정, 부식 방지대책 수립이 반드시 필요하다.
728×90
6.2 부식의 유형(Forms of Corrosion) > 항공정비전공 – 전공자료실
6.2 부식의 유형(Forms of Corrosion)
부식은 그 금속의 종류, 크기, 모양, 대기조건과 부식을 유발하는 원인물질의 존재 여부에 따라서 다양한 형태로 나타나며, 이 장에서는 기체구조에서 찾아볼 수 있는 가장 일반적인 형태의 부식을 살펴 보도록 한다.
6.2.1 표면부식(Surface Corrosion)
그림 6-4에서 보여준 것과 같이, 표면부식은 직접 화학침식 또는 전기화학침식에 의해서 형성되며 가루모양의 부식 생성물로 확인 가능하고, 표면의 거칠어짐(Roughening), 긁힘, 패임 등의 형태로 나타난다. 하지만 때로는 표면의 코팅 부분 아래쪽에서 발생하기도 하며 거칠어짐이나 가루모양의 형태로 확인하기 어렵기도 하다.
그림 6-5에서 보여준 것과 같이, 필리폼 부식(Filiform corrosion)은 페인트 작업 전 화학적 처리가 부적절하게 행하여졌을 때 발생하며 페인트 아래에 연속된 작은 벌레의 형태로 나타난다.
6.2.2 이종 금속 간 부식(Dissimilar Metal Corrosion)
그림 6-6에서 보여준 것과 같이, 광범위하게 표면이 떨어져나가는 손상은 전도체가 이종금속들 사이에 접촉하여 부식을 진행시킨다. 전식작용(Galvanic action)은 서로 다른 성질의 금속 표면 사이에 절연이 파괴되었거나 빠뜨려진 곳에 접촉이 일어나 발생한다. 전기화학침식은 경험에서 알 수 있듯이 보이지 않는 곳에서 발생하는 경우가 많아 상당한 위험을 초래한다. 이러한 위험을 찾아내는 방법은 정기적인 분해 검사 방법이 효과적이다. 또한 기계적인 접촉에 의한 금속의 표면 손상이나 오염 또한 이종금속 부식을 유발하는 원인이 되기도 한다. 알루미늄 또는 마그네슘 구조부재는 철재 브러쉬 또는 세척 용품의 부적절한 사용으로 인해 작업자들에 의해 만들어지기도 한다. 이러한 오류를 예방하기 위해서는 금속 가공에 한 번 사용한 소모자재의 사용은 재사용을 주의 깊게 선택하여야 한다.
6.2.3 입자 간 부식(Intergranular Corrosion)
입자 간 부식은 합금의 결정경계(Grain boundary)로 침식이 발생되며, 보통은 합금구조물성분의 불균일성이 그 원인이다. 그림 6-7과 같이, 알루미늄합금과 일부 스테인리스강의 조합은 이런 형태의 전기화학침식으로 인한 부식에 특히 민감하다. 균일성의 결여는 재료의 제조과정 동안에 가열, 냉각 작업 시에 합금에서 일어나는 변화에 기인하는 것이다. 입자간 부식은 보통 다른 부식처럼 눈에 띄는 표면의 흔적 없이 존재하게 된다. 그림 6-8과 같이, 심각한 입자 간 부식은 때때로 금속의 표면을 들뜨게 하는데 이것은 부식 부산물이 형성될 때 발생하는 압력에 의해 일어나는데 결정경계가 얇은 조각으로 갈라짐으로 인하여 표면에서 금속 조각들이 들뜰거나 떨어져 나간다. 입자 간 부식은 부식 발생 초기 단계에서 검출해 내기가 어렵다. 스파(Spar)와 같은 압출 성형된 부재들은 이러한 입자 간 부식에 취약하다. 초음파 검사와 와전류탐상법은 입자 간 부식을 검출해 내는데 효과적이다.
6.2.4 응력 부식(Stress Corrosion)
응력부식은 지속적인 인장응력이 집중되고 부식 발생이 높은 환경이 공존하면서 발생한다. 응력 부식 균열은 대부분 금속 재료의 구성품에서 찾아볼 수 있지만, 특히 알루미늄, 구리, 스테인리스강 그리고 240,000[psi] 이상의 고강도 합금강에서 많이 발생한다. 응력 부식은 보통 냉간가공 과정을 따라 일어나며 입자내부 또는 입자 간에 발생한다. 힘으로 끼워 넣는 부싱(Bushing), 벨 크랭크(Bell-crank), 구리스 피팅(Grease Fitting), 착륙장치 쇼크스트러트(shock strut), 클레비스핀(clevis pin), 접합부분(joint)과 비 너트(Tubing B-nut)는 응력부식 균열에 쉽게 노출된다.
6.2.5 마찰 부식(Fretting Corrosion)
마찰부식(fretting corrosion)은 두 금속 간의 접합면에서 미세한 부딪힘이 지속 되는 상대운동에 의하여 발생하며 부식성의 침식에 의해 손상되는 형태로 나타난다. 마찰 부식은 표면의 점식(pitting)과 가늘게 쪼개진 파편이 발생되는 특징을 가지고 있다. 그림 6-9와 같이, 2개 표면의 상대운동은 제한된 영역에서 마멸이 발생하며 수분의 침투는 마찰 부식의 진행을 빠르게 한다. 베어링의 접촉면과 같이 접촉면이 작고 날카로운 형태인 경우 깊은 홈 또는 압축력에 의해 움푹 들어간 형태로 닳아 해지게 되며 마찰 부식의 형태가 나타난다.
전면 부식 과 갈바니 부식 의 개념 및 원리
반응형
전면 부식(Uniform Attack) 과 갈바니 부식(Galvanic Corrosion)
부식 (Corrosion)
부식이란 어떤 물질이 주위 환경에 의해 의도하지 않은 화학 또는 전기반응으로 물질이 열화 되거나 파괴되는 현상을 말한다. 일반적으로 금속의 부식은 금속이 산소와 결합하여 산화되는 것을 의미하며, 철이 산소와 결합하여 산화 철이 되어 녹을 형성하는 것을 대표적인 부식이라고 한다.
전면부식 (Uniform Attack), 균일 부식
금속 부식 중 가장 일반적인 부식으로 금속 표면이 전면에 걸쳐 균일하게 부식 되는 것을 말한다. 일반적으로 수중이나 고온의 산소 등에 접해 있는 경우 균일하게 부식이 진행되며 다른 부식들과 다르게 금속의 부식 속도와 이를 이용하여 금속의 수명을 예측할 수 있기 때문에 부식 중에서는 그나마 고마운 존재다.
전면 부식은 주로 철이나 아연 등 표면에 안정된 산화피막이 존재하지 않는 금속표면에 발생하며, 위에 부분 아노드, 부분 캐소드 발생하여 일종의 전지가 형성되고 지속적인 반응으로 표면이 부식된다.
일반적인 전면부식의 원리
전면 부식은 가장 일반적인 부식이며 가장 넓은 범위로 부식이 진행되기 때문에 부식 중 피해가 가장 많다. 수중이나 산소 용액에서 발생되기 쉬우나 토양, 대기, 콘크리트 중에서도 발생하는 특징을 갖는다.
이를 방지하기 위해 구리, 스테인리스 강 등 전면 부식을 받지 않는 금속을 사용하여 예방하도록 하며, Inhibitor를 첨가하거나 Painting이나 PVC lining에 의한 피복, 음극 방식 또는 양극 방식을 실시하여 부식을 예방한다.
갈바니 부식(Galvanic Corrosion)
갈바니 부식은 부식성 분위기 중에서 두 종류 이상의 금속이 접촉한 경우 한쪽이 선택적으로 부식하는 것이다. 이러한 부식의 원리를 역이용하여 원하고자 하는 금속의 부식을 방지할 수 있으며, 이를 음극 보호 또는 음극 방식이라고 한다.
갈바니 부식은 두 개의 서로 다른 금속이 접촉할 경우 두 금속 사이에 전위차가 발생하여 전류가 흐르게 되고, 그 결과 내식성이 큰 금속(음극)의 부식은 억제되는 반면 활성이 큰 금속(양극)의 부식이 촉진된다.
갈바니부식 예시(해당 사진은 상부에는 갈바니부식 발생, 하단에는 CUI가 발생함)
예를 들어 강관 파이프와 동관 파이프를 물속에서 접촉하게 되면, 강관은 산화 환원에 대한 전극 전위가 낮아 부식하기 쉬우며, 동관은 그 반대로 강관의 부식을 도와주게 되며, 물과 함께 이상적인 전지를 이루게 된다.
갈바니 부식(Galvanic Corrosion)의 원리
이와 반대로 음극 보호 또는 음극 방식을 사용하기도 하는데, 지하에 매설하는 가스 관 등이 그 예이다. 가스관의 부식을 막기 위해 대신 부식되어주는 알루미늄이나 아연을 배관에 연결하여 같이 묻어주는데, 시간이 지나 땅속에서 부식이 발생하게 될 때 배관 대신 알루미늄 등이 대신 부식이 된다.
양극으로 사용되는 알루미늄, 아연이 대신 부식되어서 그런지 음극 방법의 이름도 [희생 양극법]이다. 저렴한 가격으로 배관을 보호하는 원리로 갈바니 부식을 역으로 활용하는 방법으로 많이 사용되고 있다.
금속의 전위서열
각 금속마다 각자의 전위 서열이 존재하며, 이종 금속 간 접촉이 불가피한 경우 가능하면 전위 서열에서 서로 가까운 위치에 있는 금속을 사용하여야 한다. 전위차에 따라 전위 서열의 차가 클수록 갈바니 부식이 심하게 일어나기 때문이다.
갈바니 부식의 변수 3가지
온도
온도는 갈바니 부식의 속도를 변화시키거나 부식 전위의 서열도에도 영양을 끼치는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, [아연 – 강]의 갈바닉 대가 침전 시 아연이 양극 작용으로 아연이 부식되나 80℃ 이상인 경우 아연이 산화피막을 형성하게 되어 반대로 강이 양극이 되므로 부식된다.
거리 효과
거리 효과는 다음과 같다. 갈바닉대의 접합 부분에서 부식이 심하게 발생되나 멀리 떨어질수록 적어진다. 용액의 도전율에도 적용되어 도전율이 낮은 용액은 깊게 침식되며, 도전율이 높은 용액(바닷물) 넓게 침식된다.
면적비
양극과 음극의 면적비는 갈바니 부식에 큰 영향을 끼치게 된다. 동판과 강제 리베트 연결되면 면적비의 차이가 거서 전류가 집중적으로 흐르게 되어 리베트가 파손되는데, 음극의 면적이 양극보다 압도적으로 높다 보니 전류가 양극 쪽으로 급속도로 흐르게 되어 파손되는 원리이다. 따라서 양극은 음극보다 가급적이면 면적비가 높도록 관리되는 것이 중요하다.
갈바니 부식(Galvanic Corrosion)에서 면적비는 매우 중요하다.
예방대책
갈바니 부식을 방지하기 위해서는 가장 중요한 것이 부식 전위 서열 중에서 가까이 있는 금속/합금을 선택하는 것이다. 또한 면적비의 영향을 최소한으로 받도록 양극을 적게 하고, 음극을 크게 하는 면적비를 지양하도록 해야 한다. 불가피하게 이종 금속 간 접촉이 되는 경우 Isolation Flange Kit 등을 사용하여 양측을 절연시키는 방법이 있다.
또한, Coating 하거나 Inhibitor를 첨가하는 방법도 쓰이고 있으며, 양쪽 금속 중 양극에 제3의 금속을 부착하는 희생 양극법으로 이종금속의 부식을 지연시키는 방법도 있다.
728×90
반응형
그리드형
키워드에 대한 정보 부식 의 종류
다음은 Bing에서 부식 의 종류 주제에 대한 검색 결과입니다. 필요한 경우 더 읽을 수 있습니다.
이 기사는 인터넷의 다양한 출처에서 편집되었습니다. 이 기사가 유용했기를 바랍니다. 이 기사가 유용하다고 생각되면 공유하십시오. 매우 감사합니다!
사람들이 주제에 대해 자주 검색하는 키워드 기초강좌#1.부식의 원리 (Corrosion mechanism)
- 동영상
- 공유
- 카메라폰
- 동영상폰
- 무료
- 올리기
기초강좌#1.부식의 #원리 #(Corrosion #mechanism)
YouTube에서 부식 의 종류 주제의 다른 동영상 보기
주제에 대한 기사를 시청해 주셔서 감사합니다 기초강좌#1.부식의 원리 (Corrosion mechanism) | 부식 의 종류, 이 기사가 유용하다고 생각되면 공유하십시오, 매우 감사합니다.
