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어떤 합금은 왜 염화물에서 더 쉽게 부식될까요? 이것의 배후에 있는 과학은 무엇일까요?
금속 부식의 세계에서 침식 부식은 금속 표면에 작고 무작위적인 구멍을 만드는 매우 국부적인 부식 형태입니다. 이 현상의 원동력은 금속 표면을 보호하는 수동막의 파괴에서 비롯됩니다. 이 작은 영역은 양극이 되어 산화 반응을 거치고, 다른 영역은 음극이 되어 환원 반응을 거치며, 결과적으로 매우 국한된 배터리 반응이 일어납니다. 이로 인해 부식이 금속 깊숙이 침투하는 반면 이온 확산은 제한됩니다.
Frankel(1998)에 따르면, 침식부식의 발달은 세 가지 연속적인 단계로 나눌 수 있다. 첫째, 보호막의 파괴, 둘째, 불안정한 지점의 성장, 마지막으로 안정된 큰 침식부위의 형성이다.
자연 환경에서는 염화물과 황산염이나 요오드화물과 같은 다른 반응성 음이온이 이 과정을 가속화할 수 있습니다. 스테인리스강이나 니켈 합금 등 많은 합금은 정상적인 조건에서는 내식성이 뛰어나지만 염화물이 존재하면 부식이 일어나 조기에 침식부식이 발생할 수 있습니다.
피팅의 메커니즘
침식의 형성은 핵형성과 성장이라는 두 단계의 과정으로 볼 수 있습니다. 금속 기질과 부식성 액체 사이의 보호는 일반적으로 산화물 층의 존재로 인한 부식을 방지하는 데 효과적입니다. 그러나 보호 필름이 국부적으로 손상되면 해당 영역은 양극이 되고 주변 금속 표면은 음극이 됩니다. 양극 부분의 금속은 산화되기 시작하면서 구덩이가 형성됩니다.
에치의 성장은 자가촉매 과정으로 간주됩니다. 양극과 음극을 분리하면 전위 구배가 발생하여 염화물과 같은 반응성 음이온이 피트로 이동하게 되는데, 미국 금속학회는 이것이 피트 발생의 근본 원인이라고 추정합니다.
염화물과 환경 요인의 역할
염화물은 다양한 합금의 표면 부식을 일으키는 주범 중 하나입니다. 금속(예: 스테인리스 스틸)이 염화물 환경에 노출되면 이러한 음이온이 보호 필름을 관통하여 보호 효과를 약화시킬 수 있습니다. 또한 환경에 용존산소가 낮은 정체된 물이 있거나 양식업에 활성화된 염화물이 있는 경우, 침식부식이 발생할 가능성이 크게 증가합니다.
예를 들어, 탄소강은 pH 값이 10 미만인 환경에서는 수동 산화 피막을 형성하지 않으며, 염화물을 첨가하면 균일한 부식이 발생하지만, pH 값이 10 이상이 되면 이러한 현상이 사라집니다.
침식 방지 방법
크롬산염과 아질산염과 같이 일반적으로 사용되는 산업용 방부제는 금속 표면의 수동성을 효과적으로 복원하고 침식부식 위험을 줄일 수 있습니다. 화학 성분의 비율을 조절함으로써 합금의 내식성도 향상시킬 수 있습니다. 그러나 필요한 부식 방지제가 없을 경우 국소 양극이 형성되어 부식 실패가 심화될 수 있습니다.
실패한 프로젝트에서 얻은 교훈엔지니어링 프로젝트에서 침식부식의 결과는 매우 심각할 수 있습니다. 1992년 멕시코 과달라하라에서는 가솔린 누출로 인해 수 킬로미터의 거리가 파괴되었습니다. 이 비극의 원인은 금속 파이프의 한 지점에 부식이 생긴 것이었습니다. 금속의 침식부식을 이해하고 예방하는 것이 잠재적 재해를 예방하는 열쇠라고 할 수 있습니다.
점점 더 복잡해지는 산업 환경에서 합금이 염화물에 의해 쉽게 부식되는 문제를 효과적으로 방지하고 제어하려면 어떻게 해야 할까요?
