Chap.8 금속의 부식과 그 방지

8. 1 부식 8.1.1 부식의 종류 습부식(wet corrosion) : 실온 부근에서 산소와 물의 존재 하서 진행되는 부식 8. 1 부식 8.1.1 부식의 종류 습부식(wet corrosion) : 실온 부근에서 산소와 물의 존재 하서 진행되는 부식 건부식(dry corrosion) : 고온에서 기상 산소에 의해서 진행되는 부식 전면부식 : 환경에 노출된 표면전체가 거의 같은 속도로 진행하는 부식 ex) 철이 녹스는 현상 접촉부식(contact corrosion) : 서로 다른 금속의 접촉에 의해서 일어나는 부식 표준전극전위가 낮은 금속 쪽이 부식된다

8.1.1 부식의 종류 공부식(pitting corrosion) : 부동태 피막이 형성된 금속표면의 작은 구멍에서 국소적으로 일어나는 부식 ex) 알루미늄합금이나 니켈-크롬형의 스테인레스강 격간부식(crevice corrosion) : 금속의 좁은 틈이나 오목부 분에서 일어나는 부식 응력부식(stress correction) : 응력부식균열(stress correction cracking)이 생기는 부식 입자계면부식(intergranular corrosion) : 금속재료의 결정 입계를 따르는 선택적인 부식 탈성분 부식 : 합금 성분 중에서 특정한 성분만이 부식에 의해 선택적으로 용출시키는 부식 ex) 황동과 탈아연부식

8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (금속의 부식현상) 8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (금속의 부식현상) 2e- 부하 격막 Zn Cu Zn2+ Cu2+ ZnSO4수용액 CuSO4수용액 Anode : Cathode : 그림 8.1 전지반응과 아연의 용해 (a) 다니엘 전지 표준기전력

8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (금속의 부식현상) 8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (금속의 부식현상) 부하 2e- Zn Cu Zn2+ H2SO4수용액 2H+ H2 Cathode : 표준기전력 그림 8.1 전지반응과 아연의 용해 (b) 볼타 전지

8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (금속의 부식현상) 8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (금속의 부식현상) H2SO4수용액 Zn Zn2+ 2H+ H2 2e- Cu 은 Anode 용해, 는 수소발생반응이 일어나 볼타 전지와 같지만 전기를 낼 수 없다 그림 8.1 전지반응과 아연의 용해 (c) 아연과 동을 접촉

8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (금속의 부식현상) 8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (금속의 부식현상) H2SO4수용액 Zn Zn2+ 2H+ H2 2e- 속도는 늦어지지만 은 수소를 발생하면서 용해한다 그림 8.1 전지반응과 아연의 용해 (d) 아연단독

8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (철의 부식) 8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (철의 부식) Fe (산성수용액중) (중성수용액중) 2e- 2OH- 1/2O2 H2 2H+ Fe2+ 그림 8.2 철의 부식메카니즘(국부전지메카니즘) (a) 국부전지의 형성 (b) 국부전지의 분극곡선

8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (철의 부식) 8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (철의 부식) 그림 8.2(a) Anode : 부식반응 : - 그림 8.2(b)의 볼타전지의 반응과 유사 표준기전력 : 0.440 V / Gibbs Energy<0 으로 자연적 진행

8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (철의 부식) 8.1.2 부식의 메커니즘 : 국부전지메카니즘 (철의 부식) 용액에 산소가 용존되어 있는 경우 Cathode : 부식 반응 : 녹 생성 반응 :

8.1.3 부식의 속도론 : 부식전위와 부식전류 그림8.3 부식 시험 장치 ① 시험전극 (Fe) ② 상대전극 (Pt) 8.1.3 부식의 속도론 : 부식전위와 부식전류 트랜스쇼타트 유리필터 ① 시험전극 (Fe) ② 상대전극 (Pt) ③ 루긴모세관 전해질 중간액용액 기준전극 ② 그림8.3 부식 시험 장치 ① ③

8.1.3 부식의 속도론 : 부식전위와 부식전류 그림8.4 산성용액 중에서 철의 부식에 대한 분극곡선

8.1.4 부식의 평형론 : 전위-pH도 그림8.5 계의 전위 -pH 선도 (각 이온농도: )

8.1.4 부식의 평형론 : 전위-pH도 직선ⓐ 직선ⓑ

8.1.4 부식의 평형론 : 전위-pH도 직선ⓒ

8.1.4 부식의 평형론 : 전위-pH도 직선ⓓ

8.1.5 불활태와 부동태 재하는 전위와 pH의 영역을 나타내는 곳 중 하나 의 대단히 낮은 전의영역의 장소에서 금속 자체가 불활태 or 불활성태(immunity) : 철이 안정하게 존 재하는 전위와 pH의 영역을 나타내는 곳 중 하나 의 대단히 낮은 전의영역의 장소에서 금속 자체가 안정한 상태 부동태(passivity) : 산화피막 등으로 덮여져 있어 금속의 용출이 거의 일어나지 않는 상태

8.1.5 불활태와 부동태 금속을 부동태화시키는데는 훌라데전위보다 높은 전위로 해야 좋음 그림 8.6 철의 anode 분극곡선

8.2 방식 8.2.1 환경제어에 의한 방식 건조제 사용 → 물 제거 2) cathode반응으로 H+ , O2 제거 8.2 방식 8.2.1 환경제어에 의한 방식 건조제 사용 → 물 제거 2) cathode반응으로 H+ , O2 제거 3) 용존산소 제거 → 물의 감압하에 끓여 탈기 → 아황산나트륨, 히드라진등 탈산소제 첨가

8.2.2 전기방식 1) Anode 방식 : 피방식금속을 전지계 또는 전해계의 anode가 되도록 다른 금속과 조합시키는 것 8.2.2 전기방식 1) Anode 방식 : 피방식금속을 전지계 또는 전해계의 anode가 되도록 다른 금속과 조합시키는 것 2) Cathode 방식 시료금속의 전위를 낮은 방향으로 이동 시켜 불활태 영역으로 만드는 방식 ① 희생 anode 법 : 시료금속보다 낮은 전위를 가진 금속으로 이온화경향이 큰 금속을 희생 anode로 사용 ex) 아연, 마그네슘, 알루미늄 등 이용

② 강제통전법 ( 외부전원법) : 불용성 anode를 이용하여 외부직류전원으로 강제적으로 통전시켜 전해하는 방법 - + 지하 지하 직류전원 희생아노드 파이프라인 불용성아노드 파이프라인 (a) 희생 anode 법 (b) 강제 통전법 그림 8.7 Cathode 방식법

8.2.3 표면피복에 의한 방식 : 물이나 공기등의 부식환경을 차단하는 능력을 이용하는 방식법 ex) 금속피복, 화성처리, 무기피복, 유기피복 주금속보다 높은 전위를 가진 금속인 이온화 경향이 작은 금속으로 피복하는 경우 핀홀이나 상처에 주의한다

8.2.4 부식억제제의 첨가에 의한 방식 1) 부식억제제 : 부식환경에 미량성분을 첨가하여 부식속도를 저하시키는 물질 2) 종류 ① 흡착피막형성 형태 : 금속표면에 물리적 또는 화학적으로 흡착하여, 그 흡착피막층이 금속을 부식환경으로부터 차단시키는 것 ex) N, O, S 등을 함유한 탄화수소기로 된 유기물

② 침전피막 형성 형태 : 금속표면에 10~100nm에 달하는 치밀하고 전기저항이 큰 두꺼운 불용성의 침전피막을 형성 시키는 것 ex) Ca2+ , Mg2+ ③ 부동태피막 형성 형태 : 금속표면을 산화시켜 치밀한 부동태피막을 형성시키는 것 ex) 크롬산염, 아질산염

8.2.5 합금화에 의한 방식 내식합금 : 금속을 다른 적당한 금속과 합금화 시키면 내식성이 향상된다 부식성생물을 안정화 시켜 표면을 부동태 시킨다 부식성 반응인 cathode 반응 또는 anode 반응을 억제시켜 합금화 한다