부식이란? – 정의와 예방

부식이란?

부식은 정제된 금속이 자연적으로 산화물, 수산화물 또는 황화물 상태와 같은 보다 안정적인 형태로 전환되어 재료의 열화로 이어지는 자연스러운 과정입니다. 환경과의 화학적 또는 전기화학적 반응에 의해 물질(일반적으로 금속)이 점진적으로 파괴됩니다.

화합물을 원소로 분해하거나 새로운 화합물을 생성하는 전기화학 공정의 능력은 생산적일 뿐만 아니라 파괴적일 수도 있습니다. 부식은 환경에서 물질과 물질 사이의 전기화학 반응의 지극히 일반적인 결과입니다.

부식은 위험하고 비용이 많이 드는 문제입니다. 이로 인해 건물과 다리가 무너지고 송유관이 파손되고 화학 공장이 누출되고 욕실이 범람할 수 있습니다. 부식된 전기 접점은 화재 및 기타 문제를 일으킬 수 있고 부식된 의료용 임플란트는 혈액 중독으로 이어질 수 있으며 대기 오염으로 인해 전 세계 예술 작품에 부식 손상이 발생할 수 있습니다. 부식은 수만 년 동안 용기에 보관해야 하는 방사성 폐기물의 안전한 처리를 위협합니다.

가장 일반적인 종류의 부식은 전기화학 반응에서 발생합니다. 일반 부식은 동일한 금속 표면에 있는 대부분의 또는 모든 원자가 산화되어 전체 표면이 손상될 때 발생합니다. 대부분의 금속은 쉽게 산화됩니다. 공기나 물에서 산소(및 기타 물질)로 전자를 잃는 경향이 있습니다. 산소가 환원되면서(전자를 얻음) 금속과 산화물을 형성합니다.

서로 다른 종류의 금속이 서로 접촉하여 환원과 산화가 일어나는 과정을 갈바니 부식이라고 합니다. 전자 장비에서 가장 일반적으로 발생하는 전해 부식에서 물 또는 기타 수분은 전압이 인가된 두 전기 접점 사이에 갇히게 됩니다. 결과는 의도하지 않은 전해 전지입니다.

자유의 여신상과 같은 금속 구조물을 예로 들어 보겠습니다. 강하고 영구적으로 보입니다. 그러나 거의 모든 금속 물체와 마찬가지로 환경의 물질과 반응하여 열화되면서 불안정해질 수 있습니다.

 

 

부식의 화학

부식의 화학적 성질은 복잡합니다. 전기화학적 현상이라고 할 수 있다. 철로 만들어진 물체 표면의 특정 지점에서 부식되는 동안 산화가 일어나고 그 지점이 양극으로 작용합니다.

이 양극 지점에서 방출된 전자는 금속을 통해 이동하고 금속의 다른 지점으로 이동하고 H+(공기에서 이산화탄소가 대기의 습한 공기 상태에 있는 물.

대기에서 다른 산성 산화물의 용해로 인해 물 속의 수소 이온도 사용할 수 있습니다. 이 지점은 음극으로 작용합니다.

 

부식의 원인

금속은 산소, 수소, 전류 또는 먼지와 박테리아와 같은 다른 물질과 반응할 때 부식됩니다. 부식은 강철과 같은 금속이 재료에 균열을 일으키는 너무 많은 응력을 가할 때도 발생할 수 있습니다.

부식의 주요 원인 중 일부는 다음과 같습니다.

▷ 너무 많은 습도 또는 금속 표면의 수증기 응결은 부식의 주요 원인입니다.
▷ 특히 염소, 산화수소, 암모니아, 황산화물과 같은 부식성 가스는 전자 장비 등의 부품을 부식시킬 수 있습니다. 또한 수소 및 산소 노출로 인해 부식이 발생할 수 있습니다.
▷ 강철의 부식은 너무 많은 응력을 받고 재료에 균열이 생길 때 발생할 수 있습니다.
▷ 오랜 시간 동안 전류에 노출된 금속은 전자 부식을 경험할 수 있습니다.
▷ 먼지와 박테리아에 노출되면 금속이 부식될 수 있습니다.

 

철의 부식

철 부식은 주변 환경에서 산소(O2) 및 물과의 화학 반응으로 인해 철(Fe) 원소를 포함하는 금속 재료가 파괴되어 일반적으로 녹이라고 하는 적색 산화철을 생성합니다. 녹은 강철과 같은 철 합금에도 영향을 줄 수 있습니다.

철의 부식은 철이 산소 결핍 환경에서 염화물과 반응할 때 발생할 수 있으며, 또 다른 유형의 부식인 녹청은 금속성 철 또는 수산화철에서 직접 형성될 수 있습니다.

철 부식은 일반적으로 물, 산소 및 전해질 염 용액이 있는 상태에서 전기화학적 공정으로 인해 녹이 형성되는 특징이 있습니다. 따라서 이러한 반응 소스 중 하나 또는 모두의 개선은 주어진 금속의 부식 속도를 줄이는 데 사용할 수 있습니다.

철이 물 및 산소와 반응하면 수산화철(II)이 형성됩니다. 후자는 산소 및 물과 추가로 반응하여 녹으로 널리 알려진 수화된 산화철(III)을 형성합니다.

 

부식의 유형

1. 균일한 부식
균일 부식은 부식의 가장 일반적인 변형입니다. 이러한 부식은 탄소강이 주변 환경과의 화학적 또는 전기화학적 반응을 통해 열화되어 전체 표면을 '균일하게' 부식시켜 열화될 때 자연적으로 발생하는 부식입니다. 이러한 부식 유형은 가장 널리 퍼져 있지만 예측 가능하며 적절한 사용을 통해 관리할 수 있습니다. 예방 조치.

2. 국부 부식
국부 부식은 구멍 부식, 틈새 부식 및 실 모양 부식과 같은 다양한 변형이 있습니다.

피팅 부식
공식이라고도 하는 공식 부식은 금속 표면에서 발생하는 또 다른 국부적인 부식 형태입니다. 구멍은 일반적으로 금속 표면의 나머지 부분이 부착되지 않은 상태로 유지되는 동안 물체 표면에 작은 직경의 공동 또는 구멍으로 나타납니다. 이러한 형태의 부식 역시 침투성이 매우 높고 예측이 어렵고 갑작스럽고 극심한 파손을 일으키는 경향이 있어 가장 위험한 부식 유형 중 하나로 간주됩니다.
구멍은 일반적으로 보호 수동 필름의 불일치가 존재하는 금속 표면 영역에서 발생합니다. 이러한 불일치는 필름 손상, 잘못된 코팅 적용 또는 금속 표면의 이물질 침전으로 인한 것일 수 있습니다.
수동태가 감소되거나 손실된 영역은 이제 양극이 되고 주변 영역은 음극으로 작용합니다. 수분이 있는 상태에서 양극과 음극은 양극(즉, 수동 필름으로 보호되지 않는 영역)이 부식되는 부식 셀을 형성합니다. 부식이 국부적으로 국한되기 때문에 Pitting은 재료의 두께를 관통하는 경향이 있습니다.

틈새 부식
틈새 부식은 금속 표면의 틈이나 틈새에서 발생하거나 직접 인접하여 발생하는 침투성이 높은 유형의 국부 부식입니다. 이러한 틈은 두 표면(금속 대 금속 또는 금속 대 비금속) 사이의 연결 또는 퇴적물의 축적(흙, 진흙, 생물 오손 등)의 결과일 수 있습니다.
이러한 유형의 부식은 금속 기판의 주변 영역이 영향을 받지 않고 유지되는 동안 틈새 영역의 열화를 특징으로 합니다. 틈새 부식의 주요 기준 중 하나는 틈새 내부에 고여 있는 물의 존재입니다. 이러한 유체 이동의 부족으로 인해 용존 산소가 고갈되고 틈새에 풍부한 양이온이 발생합니다.
이것은 유체의 구성을 변경하고 본질적으로 산성으로 만드는 일련의 전기화학 반응으로 이어집니다. 틈새의 산성 액체는 금속의 부동태층을 분해하여 부식 공격에 취약하게 만듭니다.

 

사상 부식
이 부식은 페인트 또는 코팅된 표면 아래에서 발생합니다. 도료 또는 코팅의 결함으로 인해 물이 침입하여 보호층 아래에 부식이 발생하여 구조가 약해집니다.

 

3. 갈바닉 부식
갈바닉 부식은 매우 특정한 조건의 결과입니다. 이는 전해질에도 노출되는 전기 접촉에 전기화학적으로 다른 금속이 있는 환경에서만 발견됩니다. 이 부식은 양극과 음극 금속 사이에 갈바닉 커플링이 발생할 때 발생합니다. 양극은 결합되어 더 빨리 부식되지만 음극은 더 천천히 악화됩니다.

4. 환경 균열
이 부식 과정은 탄소강에 부정적인 영향을 미치는 환경 조건이 발생할 때 발생합니다. 화학 물질, 응력 및 온도는 응력 부식 균열(SCC), 부식 피로, 액체 금속 취성 및 수소 유발 균열을 생성하는 조건을 생성할 수 있습니다.

5. 흐름 보조 및 입계 부식
흐름 보조 부식은 보호 산화물 층이 바람이나 물의 흐름에 의해 시간이 지남에 따라 용해될 때 발생합니다. 이 부식은 금속 표면의 산화물을 노출시켜 후속 층을 추가 부식에 노출시킵니다.
입계 부식은 종종 금속 불순물의 결과로 금속의 입자 경계를 공격합니다. 불순물은 종종 이러한 입자 경계 근처에서 더 높은 농도로 존재하여 이러한 유형의 부식에 더 취약합니다.

6. 부식성
이러한 유형의 부식은 반복적인 중량, 진동 또는 마모로 인해 금속 표면에 홈과 홈이 발생합니다. 이것은 움직이는 기계 부품이나 장소를 이동할 때 진동을 받는 표면에서 가장 자주 발생합니다.

 

7. 고온 부식
고온 부식은 산화, 황화 또는 탄화 또는 바나듐을 포함하는 연료에서 발생할 수 있습니다. 황산염은 또한 일반적으로 고온 및 부식에 저항하는 탄소강을 공격하는 부식성 화합물을 형성할 수 있습니다.

8. 토양 부식
탄소강이 주변 토양의 수분과 산소에 노출되면 토양 부식이 나타납니다. 수분 함량이 높고 전기 전도성이 높으며 산도가 높고 용해된 염분이 높은 토양이 가장 부식성이 있습니다.
탄소강은 전 세계 철강 생산량의 약 85%를 차지하기 때문에 탄소강을 손상시키는 요인에 대해 알아야 합니다. 탄소강 부식을 이해하고 관리하기 위한 노력은 이러한 일반적인 문제와 관련된 높은 비용을 완화하고 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

 

부식의 영향

부식의 영향에는 자연 및 역사적 기념물의 심각한 악화와 치명적인 장비 고장의 위험 증가가 포함됩니다. 대기 오염은 부식을 유발하며 전 세계적으로 악화되고 있습니다.
전 세계적으로 금속 부식으로 인한 연간 비용은 2조 달러 이상으로 추산되지만 전문가들은 적절한 부식 보호를 통해 25~30%를 예방할 수 있다고 믿습니다. 부실하게 계획된 건설 프로젝트는 교체해야 하는 부식된 구조로 이어질 수 있으며, 이는 천연 자원을 낭비하고 지속 가능성에 대한 세계적인 우려와 모순됩니다. 또한 부식은 안전 문제, 인명 손실, 추가 간접 비용 및 평판 손상으로 이어질 수 있습니다.

 

부식 방지 방법

1. 금속 유형
부식을 방지하는 한 가지 간단한 방법은 알루미늄이나 스테인리스강과 같은 부식 방지 금속을 사용하는 것입니다. 응용 분야에 따라 이러한 금속을 사용하여 추가 부식 방지의 필요성을 줄일 수 있습니다.

2. 보호 코팅
페인트 코팅의 적용은 부식을 방지하는 비용 효율적인 방법입니다. 페인트 코팅은 부식성 용액에서 아래 금속으로 전기화학적 전하가 이동하는 것을 방지하는 장벽 역할을 합니다.
또 다른 가능성은 분말 코팅을 적용하는 것입니다. 이 과정에서 마른 분말이 깨끗한 금속 표면에 도포됩니다. 그런 다음 금속이 가열되어 분말이 깨지지 않은 매끄러운 필름으로 융합됩니다. 아크릴, 폴리에스터, 에폭시, 나일론, 우레탄 등 다양한 분말 조성을 사용할 수 있습니다.

3. 환경적 대책
부식은 주변 환경에서 금속과 가스 사이의 화학 반응으로 인해 발생합니다. 환경을 제어하기 위한 조치를 취함으로써 이러한 원치 않는 반응을 최소화할 수 있습니다.
이는 비나 바닷물에 대한 노출을 줄이는 것만큼 간단할 수도 있고 주변 환경에서 황, 염소 또는 산소의 양을 제어하는 ​​것과 같은 보다 복잡한 조치일 수도 있습니다. 예를 들면 물 보일러의 물을 연화제로 처리하여 경도, 알칼리도 또는 산소 함량을 조정하는 것입니다.

4. 희생 코팅
희생 코팅은 산화되기 쉬운 추가 금속 유형으로 금속을 코팅하는 것을 포함합니다. 따라서 "희생 코팅"이라는 용어.
희생 코팅을 달성하기 위한 두 가지 주요 기술인 음극 보호와 양극 보호가 있습니다.

음극 보호
음극 보호의 가장 일반적인 예는 아연 도금으로 알려진 철 합금강을 코팅하는 것입니다. 아연은 강철보다 활성이 강한 금속으로 부식이 시작되면 산화되어 강철의 부식을 억제합니다.
이 방법은 강철을 전기화학 전지의 음극으로 만들어 작동하기 때문에 음극 보호라고 합니다. 음극 방식은 물 또는 연료를 운반하는 강철 파이프라인, 온수기 탱크, 선박 선체 및 연안 석유 플랫폼에 사용됩니다.

양극 보호
양극 보호에는 철 합금강을 주석과 같은 덜 활성인 금속으로 코팅하는 것이 포함됩니다. 주석은 부식되지 않으므로 주석 코팅이 되어 있는 한 강철은 보호됩니다. 이 방법은 강철을 전기화학 전지의 양극으로 만들기 때문에 양극 보호라고 합니다.
양극 보호는 황산과 50% 가성 소다를 저장하는 데 사용되는 탄소강 저장 탱크에 종종 적용됩니다. 이러한 환경에서 음극 방식은 매우 높은 전류 요구 사항으로 인해 적합하지 않습니다.

부식 억제제
부식 억제제는 금속 표면 또는 주변 가스와 반응하여 부식을 유발하는 전기화학 반응을 억제하는 화학물질입니다. 그들은 보호 필름을 형성하는 금속 표면에 적용하여 작동합니다. 억제제는 용액으로 또는 분산 기술을 사용하여 보호 코팅으로 적용할 수 있습니다. 부식 억제제는 일반적으로 패시베이션으로 알려진 프로세스를 통해 적용됩니다.

패시베이션
패시베이션에서 금속 산화물과 같은 보호 재료의 가벼운 코팅은 부식에 대한 장벽 역할을 하는 금속 위에 보호 층을 생성합니다. 이 층의 형성은 환경 pH, 온도 및 주변 화학 성분의 영향을 받습니다.
패시베이션의 주목할만한 예는 실제로 아래의 구리를 보호하는 청록색 녹청이 형성된 자유의 여신상입니다. 부식 억제제는 석유 정제, 화학 생산 및 수처리 작업에 사용됩니다.

디자인 수정
설계를 수정하면 부식을 줄이고 기존의 부식 방지 코팅의 내구성을 향상시킬 수 있습니다. 이상적으로, 디자인은 먼지와 물을 가두는 것을 피하고, 공기의 움직임을 장려하고, 열린 틈을 피해야 합니다. 정기적인 유지 관리를 위해 금속에 접근할 수 있도록 하면 수명도 늘어납니다.

 

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