부식

부식은 정제된 금속을 화학적으로 안정된 산화물로 변환하는 자연스러운 과정입니다.환경과의 화학적 또는 전기화학적 반응에 의해 물질(일반적으로 금속)이 점진적으로 파괴되는 것입니다.부식 공학은 부식을 제어하고 방지하는 데 전념하는 분야입니다.

가장 일반적인 용어로 산소, 수소 또는 수산화물 등의 산화제와 반응하는 금속의 전기화학적 산화를 의미한다.산화철의 형성인 녹은 전기화학적 부식의 잘 알려진 예입니다.이러한 유형의 손상은 일반적으로 원래 금속의 산화물 또는 염분을 생성하며 독특한 주황색 변색을 일으킵니다.세라믹이나 폴리머와 같은 금속 이외의 물질에서도 부식이 발생할 수 있지만, 이러한 맥락에서 "분해"라는 용어가 더 흔하다.부식은 강도, 외관 및 액체 및 가스에 대한 투과성을 포함하여 재료 및 구조물의 유용한 특성을 저하시킵니다.

많은 구조용 합금은 공기 중의 습기에 노출되는 것만으로 부식되지만, 특정 물질에 노출되면 공정에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.부식은 국소적으로 집중되어 피트나 균열을 형성할 수 있으며, 표면을 다소 균일하게 부식시킬 수 있습니다.부식은 확산 제어 과정이기 때문에 노출된 표면에서 발생합니다.그 결과, 패시베이션이나 크롬산염 변환과 같은 노광면의 활성을 감소시키는 방법을 통해 재료의 내식성을 높일 수 있다.그러나 일부 부식 메커니즘은 가시성이 떨어지고 예측성이 떨어진다.

부식의 화학 작용은 복잡해서 전기화학적 현상으로 볼 수 있다.철제 물체 표면의 특정 부식이 진행되는 동안 산화가 일어나 해당 부위가 양극으로 작용합니다.이 양극 지점에서 방출된 전자는 금속을 통과하여 금속의 다른 지점으로 이동하고 H(탄산으로부터 사용 가능한 것으로 생각됨)가 존재하는⁺ 지점에서 산소를 감소시킵니다.HCO)는₂₃ 대기 중 습한 공기 상태에서 이산화탄소가 물로 용해되어 형성된다.물 속의 수소 이온은 대기 중의 다른 산성 산화물이 용해되어 있을 수도 있다.)이 스팟은 음극으로 동작합니다.

갈바닉 부식

갈바닉 부식은 두 개의 다른 금속이 서로 물리적 또는 전기적 접촉을 하고 공통 전해액에 담그거나 동일한 금속이 다른 농도의 전해액에 노출될 때 발생합니다.갈바닉 커플에서는 활성 금속(양극)이 가속 속도로 부식되고 귀금속(음극)이 느린 속도로 부식됩니다.따로 담글 경우 각 금속이 고유한 속도로 부식됩니다.어떤 종류의 금속을 사용할지는 갈바닉 계열에 따라 쉽게 결정할 수 있습니다.예를 들어, 아연은 종종 강철 구조의 희생 양극으로 사용됩니다.갈바닉 부식은 해양 산업과 물(소금 함유)이 파이프나 금속 구조물과 접촉하는 모든 곳에서 주요 관심사입니다.

양극의 상대적 크기, 금속 유형 및 작동 조건(온도, 습도, 염도 등)과 같은 요소가 갈바닉 ^[1]부식에 영향을 미칩니다.양극과 음극의 표면적률은 재료의 부식 속도에 직접적인 영향을 미칩니다.갈바닉 부식은 종종 희생 양극을 사용함으로써 방지된다.

갈바닉 급수

어떤 환경(한 표준 매체는 통기성, 상온 해수)에서 이온이 표면에 얼마나 강하게 결합되어 있는지에 따라 한 금속이 다른 금속보다 더 귀하거나 더 활성화됩니다.전기 접촉에 있는 두 금속은 같은 전자를 공유하기 때문에 각 표면에서의 "격돌기"는 두 물질 간의 자유 전자 경쟁과 유사합니다.전해질을 같은 방향의 이온 흐름의 숙주로 사용하면 귀금속은 활성 금속에서 전자를 얻습니다.그 결과 발생하는 질량 흐름 또는 전류를 측정하여 관심 매체의 물질 계층을 확립할 수 있습니다.이 계층 구조를 갈바닉 계열이라고 하며 부식을 예측하고 이해하는 데 유용합니다.

부식 제거

종종 부식의 생성물을 화학적으로 제거할 수 있습니다.예를 들어, 녹을 제거하기 위해 철 공구나 표면에 네이비 젤리 형태의 인산(phoric acid)을 도포하는 경우가 많습니다.부식 제거는 표면을 매끄럽게 만들기 위해 기초 금속의 일부 층을 제거하는 일렉트로폴리싱과 혼동해서는 안 됩니다.예를 들어, 인산(phosphoric acid)은 구리를 전기분해하는 데 사용될 수도 있지만, 구리 부식의 산물이 아닌 구리를 제거함으로써 이를 수행할 수 있습니다.

내식성

일부 금속은 다른 금속보다 부식에 대한 내성이 높습니다(일부 예는 갈바닉 계열 참조).금속을 부식(산화)으로부터 보호하는 방법에는 도장, 용융 아연도금, 음극방식 및 이들 ^[2]조합이 있습니다.

내재화학

부식에 가장 강한 재료는 부식이 열역학적으로 불리한 재료이다.금이나 백금의 부식 생성물은 자연적으로 순수한 금속으로 분해되는 경향이 있는데, 이것이 이러한 원소들이 지구에서 금속 형태로 발견될 수 있고 오랫동안 가치 있게 여겨져 온 이유입니다.보다 일반적인 "기본" 금속은 보다 일시적인 방법으로만 보호할 수 있습니다.

일부 금속은 부식이 열역학적으로 유리하지만 자연히 반응 속도가 느립니다.이것들은 아연, 마그네슘, 카드뮴과 같은 금속들을 포함한다.이러한 금속의 부식은 지속적이고 지속적이지만, 허용 가능한 느린 속도로 발생합니다.산화 시 많은 양의 에너지를 방출하지만 속도가 너무 느려서 정상적인 조건에서 전기화학적 부식에 효과적으로 영향을 받지 않는 그래파이트가 그 극단적인 예입니다.

수동화

패시베이션은 금속 표면에 부식 생성물의 초박막(패시브막이라고 함)이 자발적으로 형성되어 추가적인 산화의 장벽으로 작용하는 것을 말합니다.패시브 필름의 화학적 구성 및 미세 구조는 기초 금속과 다릅니다.알루미늄, 스테인리스강 및 합금의 일반적인 패시브 필름 두께는 10나노미터 이내입니다.패시브 필름은 가열 시 형성되며 마이크로미터 두께 범위에 있는 산화물층과 다릅니다. 패시브 필름은 제거되거나 손상된 경우 복구되지만 산화물층은 복구되지 않습니다.공기, 물 및 토양과 같은 자연 환경에서의 수동화는 알루미늄, 스테인리스강, 티타늄 및 실리콘과 같은 물질에서 볼 수 있습니다.

수동화는 주로 야금 및 환경 요인에 의해 결정된다.pH의 효과는 Fourbaix 다이어그램을 사용하여 요약되지만 다른 많은 요인이 영향을 미칩니다.부동화 억제 조건에는 알루미늄 및 아연의 경우 높은 pH, 스테인리스강의 경우 낮은 pH 또는 염화물 이온의 존재, 티타늄의 경우 고온(이 경우 산화물이 전해질이 아닌 금속으로 용해됨), 실리콘의 경우 불소 이온이 포함됩니다.한편, 이상조건은 콘크리트의 알칼리성 환경과 마찬가지로 통상적으로 보호되지 않는 재료의 패시베이션이 발생할 수 있다.수은이나 열간 납땜과 같은 액체 금속에 노출되면 패시베이션 메커니즘을 우회할 수 있습니다.

패시브 재료 부식

패시베이션은 부식 손상을 완화하는 데 매우 유용하지만, 패시베이션 피막 형성 능력이 저해되면 고품질 합금이라도 부식됩니다.특정 환경에 적합한 등급의 재료를 적절히 선택하는 것은 이 재료 그룹의 성능이 오래 지속되도록 하기 위해 중요합니다.화학적 또는 기계적 요인으로 인해 패시브 필름에 파손이 발생할 경우 발생하는 주요 부식 모드에는 피팅 부식, 틈 부식 및 응력 부식 균열이 포함될 수 있습니다.

피팅 부식

저농도의 산소나 음이온으로 경쟁하는 고농도의 염화물과 같은 특정 조건들은 주어진 합금의 수동막 재형성 능력을 방해할 수 있습니다.최악의 경우, 거의 모든 표면이 보호되지만, 약간의 국지적 변동으로 인해 몇 가지 중요한 지점에서 산화막이 열화됩니다.이러한 지점의 부식은 크게 증폭되며 조건에 따라 여러 유형의 부식 피트를 유발할 수 있습니다.부식 피트는 매우 극단적인 상황에서만 핵이 생성되지만, 정상 상태로 돌아와도 계속 성장할 수 있습니다. 피트 내부는 자연적으로 산소를 빼앗기고 국소적으로 pH가 매우 낮은 값으로 감소하며 자기 촉매 프로세스에 의해 부식 속도가 증가하기 때문입니다.극단적인 경우, 극도로 길고 좁은 부식 피트의 뾰족한 끝은 응력 집중을 일으켜 단단한 합금이 산산조각날 수 있습니다. 눈에 보이지 않게 작은 구멍에 뚫린 얇은 필름은 엄지손가락 크기의 피트를 가릴 수 있습니다.이러한 문제는 부품 또는 구조가 고장나기 전에 탐지하기 어렵기 때문에 특히 위험합니다.피팅은 패시브 ^{[citation needed]}합금의 가장 흔하고 손상적인 형태의 부식 중 하나이지만, 합금의 환경을 제어함으로써 이를 방지할 수 있습니다.

구멍은 금속에 작은 구멍 또는 공동이 형성될 때 주로 작은 면적의 탈수작용의 결과로 발생합니다.이 영역은 양극이 되고 나머지 금속의 일부는 음극이 되어 국부적인 갈바닉 반응을 일으킵니다.이 작은 면적의 열화는 금속에 침투하여 고장을 일으킬 수 있습니다.이러한 형태의 부식은 대개 비교적 작고 부식 생성 화합물에 의해 덮여 가려질 수 있기 때문에 종종 감지하기가 어렵다.

용접 붕괴 및 니플라인 공격

스테인리스강의 수동 거동은 주요 합금 성분(크롬, 최소 11.5%)의 존재에 의존하기 때문에 특수 부식 문제를 일으킬 수 있습니다.용접 및 열처리의 온도가 높아지기 때문에 스테인리스 합금의 입자 경계에 탄화 크롬이 형성될 수 있습니다.이 화학 반응은 입자 경계 부근의 크롬 물질을 강탈하여 부식에 대한 저항력이 훨씬 떨어지게 합니다.이로 인해 근처에 잘 보호되는 합금과 갈바닉 커플이 형성되어 부식성이 높은 환경에서 "용접 부식"(열 영향 영역의 입자 경계 부식)이 발생합니다.이 프로세스는 시간이 지남에 따라 용접 조인트의 기계적 강도를 심각하게 저하시킬 수 있습니다.

스테인리스강은 미세구조 내에 탄화크롬이 형성되면 '감작'된다고 한다.정규화형 304 스테인리스강의 전형적인 미세구조는 감작의 징후가 없는 반면, 고감작강은 입자경계의 침전을 나타낸다.감작 미세 구조의 어두운 선은 입자 경계를 따라 형성된 크롬 탄화물의 네트워크입니다.

탄소 함량이 낮거나 티타늄 및 니오브(각각 타입 321 및 347)와 같은 탄소 "게터"를 첨가한 특수 합금은 이러한 효과를 방지할 수 있지만, 후자는 유사한 "니플린 공격" 현상을 방지하기 위해 용접 후 특수 열처리가 필요합니다.이름에서 알 수 있듯이 부식은 용접부 근처에 있는 매우 좁은 구역으로 제한되며, 종종 직경이 몇 마이크로미터에 불과하여 눈에 잘 띄지 않습니다.

틈새 부식

틈 부식은 좁은 공간(틈새)에서 발생하는 국소적인 형태의 부식으로, 환경에서 작동 유체의 접근이 제한됩니다.차동 통기 셀이 형성되면 틈새 내부가 부식됩니다.균열의 예로는 부품 간 간격 및 접촉 영역, 개스킷 또는 씰 아래, 균열 및 이음새 내부, 침전물로 채워진 공간 및 진흙 더미 아래 등이 있습니다.

틈 부식은 틈 유형(금속-금속, 비금속), 틈 형상(크기, 표면 마감), 야금 및 환경 요인에 의해 영향을 받습니다.틈 부식에 대한 민감도는 ASTM 표준 절차를 통해 평가할 수 있다.임계 틈 부식 온도는 일반적으로 틈 부식에 대한 재료의 저항 순위를 매기는 데 사용됩니다.

수소 홈 형성

화학업계에서 수소홈은 부식제, 부식된 배관성분, 수소가스 ^[3]기포의 상호작용으로 생긴 홈에 의한 배관 부식이다.예를 들어 황산(HSO₂₄)이 강관을 통과할 때 강 속의 철이 산과 반응하여 황산철(FeSO₄)과 수소 가스(H₂)의 부동화 피막을 형성합니다.황산철 코팅은 강철이 더 이상 반응하지 않도록 보호하지만, 수소 기포가 코팅에 닿으면 강철이 제거됩니다.따라서 이동하는 기포에 의해 홈이 형성되어 더 많은 강철이 산에 노출됩니다. 즉, 악순환입니다.홈은 같은 경로를 따라가는 후속 기포의 경향에 의해 악화된다.

고온 부식

고온 부식은 가열로 인한 물질(일반적으로 금속)의 화학적 열화입니다.이러한 비갈바닉 형태의 부식은 금속이 해당 물질의 산화(또는 산화를 돕는)가 가능한 산소, 황 또는 기타 화합물을 포함하는 뜨거운 분위기에 노출될 때 발생할 수 있습니다.예를 들어, 항공우주, 발전, 심지어 자동차 엔진에 사용되는 재료는 잠재적으로 부식성이 높은 연소 생성물이 함유된 대기에 노출될 수 있는 고온에서 지속 기간을 견뎌야 합니다.

고온 부식의 산물은 잠재적으로 엔지니어에게 유리하게 사용될 수 있습니다.예를 들어 스테인리스강에 산화물이 형성되면 추가적인 대기 공격을 방지하는 보호층을 제공할 수 있으며, 이를 통해 실내에서 지속적으로 재료를 사용하고 가혹한 조건에서도 고온에서 재료를 사용할 수 있습니다.이러한 고온 부식 제품은 금속(또는 금속 및 세라믹) 표면의 고온 슬라이딩 접촉 시 마모를 방지하거나 감소시킵니다.또한 열 산화는 나노와이어 및 박막을 포함한 제어된 산화물 나노 구조를 얻기 위한 경로로 일반적으로 사용됩니다.

미생물 부식

미생물 부식 또는 일반적으로 미생물학적 영향 부식(MIC)으로 알려져 있는 부식은 미생물(일반적으로 화학자율영양체)에 의해 발생하거나 촉진되는 부식입니다.산소의 유무에 관계없이 금속 및 비금속 재료 모두에 적용할 수 있습니다.황산염 환원 박테리아는 산소가 없을 때 활동하며 황화수소를 만들어 황화물 응력 균열을 일으킨다.산소(공기성)가 존재하는 경우, 일부 박테리아는 철을 산화철 및 수산화물로 직접 산화시키고, 다른 박테리아는 황을 산화시켜 생체 황화물 부식을 일으키는 황산을 생성할 수 있습니다.부식 생성물의 퇴적물에 농축 셀이 형성되어 국소 부식을 초래할 수 있습니다.

가속 저수 부식(ALWC)은 특히 공격적인 형태의 MIC로, 저수위 표식 근처의 바닷물에 있는 강철 말뚝에 영향을 미칩니다.오렌지색 슬러지가 특징이며, 산 처리 시 황화수소 냄새가 난다.부식률이 매우 높을 수 있으며 설계 부식 허용치를 곧 초과하여 강철 ^[4]말뚝의 조기 고장으로 이어질 수 있습니다.시공 시 코팅되어 음극방지가 설치된 말뚝은 ALWC의 영향을 받지 않습니다.보호되지 않은 말뚝의 경우, 부식을 방지하기 위해 피해 부위에 희생 양극을 국소적으로 설치하거나 완전히 개조된 희생 양극 시스템을 설치할 수 있습니다.영향을 받는 부위는 희생 양극을 사용하거나 불활성 양극에 전류를 흘려 석회질 침전물을 생성함으로써 금속을 더 이상의 공격으로부터 보호하는 음극 방식도 사용할 수 있습니다.

금속 먼지 제거

금속 분진은 합성 가스 및 기타 고CO 환경 등 탄소 활성도가 높은 환경에 민감한 물질이 노출될 때 발생하는 치명적인 형태의 부식입니다.부식은 그 자체로 벌크 금속이 금속 가루로 분해되는 것으로 나타납니다.의심스러운 메커니즘은 우선 금속 표면에 흑연층이 퇴적되는 것으로, 보통 기상 시 일산화탄소(CO)로부터 발생합니다.이 흑연층은 준안정 MC종(여기서₃ M은 금속)을 형성하여 금속 표면에서 멀어지는 것으로 생각됩니다.그러나 일부 상황에서는 금속 원자가 흑연층으로 직접 전달되는 MC 종이 관찰되지₃ 않습니다.

부식 방지

날씨, 소금물, 산 또는 기타 열악한 환경에 노출된 금속 물체에 대한 부식 손상을 늦추기 위해 다양한 처리가 사용됩니다.일부 비보호 금속 합금은 네오디뮴 자석에 사용되는 것과 같이 부식에 매우 취약하며, 부식을 방지하기 위해 적절히 처리하지 않으면 건조하고 온도가 안정된 실내 환경에서도 분말이 되거나 부서질 수 있습니다.

표면 처리

부식을 방지하기 위해 표면 처리를 사용할 경우 틈새, 균열 또는 핀홀 결함이 없는 완벽한 커버리지가 보장되도록 매우 주의해야 합니다.작은 결함이 "아킬레스 힐"로 작용하여 외부 보호층이 일정 기간 동안 온전하게 유지되는 동안에도 부식이 내부로 침투하고 광범위한 손상을 입힐 수 있습니다.

코팅 적용

도금, 도장 및 에나멜 도포는 가장 일반적인 부식 방지 처리입니다.이들은 손상된 환경과 구조 재료 사이에 내식성 재료의 장벽을 제공함으로써 작동합니다.외관 및 제조상의 문제 외에도 기계적 유연성과 마모 및 고온에 대한 내성이 트레이드오프될 수 있습니다.도금은 보통 작은 부분에서만 고장나지만 도금이 기판보다 더 고귀한 경우(예: 강철의 크롬), 갈바닉 커플은 도금되지 않은 표면보다 훨씬 더 빨리 노출 부위를 부식시킵니다.이러한 이유로, 아연이나 카드뮴과 같은 활성 금속으로 도금하는 것이 종종 현명하다.아연 코팅이 충분히 두껍지 않으면 표면이 녹슬기 때문에 곧 보기 흉해진다.설계 수명은 금속 코팅 두께와 직접 관련이 있습니다.

롤러 또는 브러시로 도장하는 것이 좁은 공간에는 더 바람직합니다.스프레이는 스틸 덱이나 워터프론트 등 더 큰 코팅 영역에는 더 적합합니다.예를 들어 Durabak-M26과 같은 유연한 폴리우레탄 코팅은 내구성 높은 미끄럼 방지 막으로 부식 방지 씰을 제공할 수 있습니다.도장된 코팅은 비교적 적용하기 쉽고 건조 시간이 빠릅니다. 그러나 온도와 습도는 건조 시간이 다를 수 있습니다.오늘날, 석유 기반 폴리머를 사용하여 만들어진 유기 코팅은 많은 재생 가능한 소스 기반 유기 코팅으로 대체되고 있습니다.다양한 매체 또는 바인더 중에서 폴리우레탄은 이러한 ^[5]시도에서 가장 많이 탐색된 폴리머입니다.

반응성 코팅

환경이 제어되는 경우(특히 재순환 시스템에서) 부식 억제제를 추가할 수 있습니다.이러한 화학물질은 노출된 금속 표면에 전기적으로 절연되거나 화학적으로 투과되지 않는 코팅을 형성하여 전기화학적 반응을 억제합니다.이러한 방법을 사용하면 금속이 노출되는 곳이면 어디에서나 추가 억제제를 사용할 수 있기 때문에 시스템이 코팅의 긁힘이나 결함에 덜 민감해집니다.부식을 방지하는 화학물질에는 경수(로마 물 시스템은 광상으로 유명), 크롬산염, 인산염, 폴리아닐린, 기타 전도성 폴리머 및 계면활성제와 유사한 특수 설계된 화학물질(즉, 이온 말단 그룹을 가진 긴 사슬 유기 분자)이 포함됩니다.

양극산화

알루미늄 합금은 종종 표면 처리를 거칩니다.수 나노미터 폭의 균일한 모공이 금속의 산화막에 나타나도록 욕조의 전기화학적 조건을 세심하게 조정합니다.이 구멍들은 산화물이 소극적인 조건이 허용하는 것보다 훨씬 더 두껍게 자라게 한다.처리 후 모공을 봉지하여 평소보다 단단한 표층을 형성한다.이 코팅이 긁힌 경우 손상 부위를 보호하기 위해 정상적인 패시베이션 프로세스가 수행됩니다.

양극산화(anodizing)는 풍화 및 부식에 매우 강하기 때문에 일반적으로 표면이 원소와 정기적으로 접촉하는 건물 표면 및 기타 영역에 사용됩니다.복원력이 뛰어나면서도 자주 청소해야 합니다.청소하지 않고 방치하면 패널 가장자리가 자연스럽게 더러워집니다.양극산화란 양극에 더 능동적인 양극을 접촉시켜 양극을 음극으로 변환하는 과정입니다.

바이오필름 코팅

부식성이 높은 환경에서 특정 종류의 세균막을 금속 표면에 도포함으로써 새로운 형태의 방지가 개발되었습니다.이 프로세스는 내식성을 크게 높입니다.또는 항균제 생성 바이오필름을 사용하여 황산염 ^[6]환원균에 의한 연강 부식을 억제할 수 있다.

투과율 제어 거푸집

CPF(Controlled Periability Formwork)는 콘크리트 타설 시 피복부의 내구성을 자연스럽게 높여 철근의 부식을 방지하는 방법이다.CPF는 탄산화, 염화물, 서리 및 마모의 영향을 막기 위해 환경에 사용되어 왔다.

음극 방식

음극방식(CP)은 금속 표면을 전기화학전지의 음극으로 만들어 부식을 제어하는 기술이다.음극 방식 시스템은 강철 파이프라인과 탱크, 강철 교각 말뚝, 선박 및 연안 석유 플랫폼을 보호하는 데 가장 일반적으로 사용됩니다.

희생 양극 보호

효과적인 CP를 위해 강철 표면의 전위는 금속 표면이 균일한 전위를 가질 때까지 더욱 음극화(푸시)됩니다.균일한 전위로 부식반응의 구동력이 정지된다.갈바닉 CP 시스템의 경우 양극 재료는 강철의 영향을 받아 부식되므로 최종적으로 교체해야 합니다.편광은 양극에서 음극으로 흐르는 전류에 의해 발생하며 양극과 음극 사이의 전극 전위차에 의해 구동됩니다.가장 일반적인 희생 양극 재료는 알루미늄, 아연, 마그네슘 및 관련 합금입니다.알루미늄이 가장 큰 용량을 가지며 마그네슘이 가장 높은 구동 전압을 가지므로 저항이 높은 곳에 사용됩니다.아연은 아연도금의 일반적인 목적이자 기초이다.

희생 양극에는 많은 문제가 관련되어 있습니다.이 중 환경적 관점에서 보면 아연, 마그네슘, 알루미늄, 카드뮴 등의 중금속이 바닷물을 포함한 환경에 방출되는 것이 있다.작업 관점에서 희생 양극 시스템은 인상 전류 음극 보호(ICCP) 시스템과 같은 최신 음극 보호 시스템보다 정밀도가 낮은 것으로 간주됩니다.필요한 보호 기능을 제공하는 그들의 능력은 잠수부들의 수중 검사를 통해 정기적으로 점검되어야 한다.또한 제한된 수명을 가지기 때문에 희생 양극은 시간이 ^{[citation needed]}지남에 따라 정기적으로 교체해야 합니다.

인가 전류 음극 보호

대형 구조물의 경우 갈바닉 양극은 완전한 보호를 제공하기 위해 충분한 전류를 경제적으로 공급할 수 없습니다.인가 전류 음극 보호(ICCP) 시스템은 DC 전원에 연결된 양극(예: 음극 보호 정류기)을 사용합니다.ICCP 시스템용 양극은 다양한 특수 재료의 튜브형 및 솔리드 로드 형태입니다.여기에는 고실리콘 주철, 흑연, 혼합 금속 산화물 또는 백금 코팅 티타늄 또는 니오브 코팅 로드 및 와이어가 포함됩니다.

양극 보호

양극 보호는 보호 대상 구조물에 양극 전류를 인가한다(음극 보호와는 반대).다양한 전위에 걸쳐 수동성(예: 스테인리스강)과 적절히 작은 수동 전류를 보이는 금속에 적합합니다.황산 용액과 같은 공격적인 환경에서 사용됩니다.양극성 보호는 금속을 수동 상태로 유지하여 전기화학적으로 부식 방지 방법입니다.

부식률

산화층 형성은 다양한 상황에서 산화층 형성을 예측하고 제어하는 데 사용되는 Deal-Grove 모델로 설명됩니다.부식 측정을 위한 간단한 테스트는 체중 감소 방법입니다.^[7]이 방법에는 금속 또는 합금의 깨끗한 무게의 조각을 지정된 시간 동안 부식 환경에 노출시킨 후 부식 제품을 제거하기 위한 세척과 중량 감소를 확인하기 위한 중량 측정을 포함합니다.부식률(R)은 다음과 같이 계산됩니다.

${\displaystyle R=black {kW}{\rho At}}$

여기서 k는 상수, W는 시간 t에서의 금속의 중량 손실, A는 노출된 금속의 표면적, θ는 금속의 밀도(g/cm³)이다.

부식률에 대한 다른 일반적인 표현은 침투 깊이와 기계적 특성의 변화이다.

경제적 영향

2002년 미국 연방 고속도로청은 미국 산업의 금속 부식과 관련된 직접 비용에 대한 "미국의 부식 비용과 예방 전략"이라는 제목의 연구를 발표했습니다.1998년 미국의 연간 부식 직접 비용은 약 2,760억 달러(미국 국내총생산의 ^[8]3.2%)였다.다섯 개의 특정 산업으로 나누면, 경제적 손실은 인프라 226억 달러, 생산과 제조 176억 달러, 운송 297억 달러, 정부 201억 달러, 공공 ^[9]시설 479억 달러이다.

녹은 교량 사고의 가장 흔한 원인 중 하나이다.녹은 원래 철질량보다 부피가 훨씬 크기 때문에 인접한 부품을 억지로 떼어내 고장의 원인이 되기도 한다.1983년 미아누스 강 다리 붕괴의 원인으로 베어링 내부가 녹슬어 도로 슬래브의 한쪽 모서리가 지지대에서 밀려났다.당시 도로 위에 있던 운전자 3명이 슬래브가 강물에 떨어지면서 사망했다.다음 NTSB 조사 결과 도로의 배수구가 도로 재표면을 위해 막혔고 막히지 않은 것으로 나타났다. 그 결과 유출수가 지지대 옷걸이를 관통했다.녹은 1967년 웨스트버지니아에서 발생한 실버브릿지 참사의 중요한 원인이기도 했다.그때 철제 현수교가 1분만에 붕괴되어 그 다리에서 운전자와 승객 46명이 사망했다.

마찬가지로 콘크리트로 덮인 강철과 철의 부식은 콘크리트를 분출시켜 심각한 구조적 문제를 야기할 수 있습니다.철근콘크리트 교량의 대표적인 고장모드 중 하나이다.반전지 전위에 기초한 계측기는 콘크리트 구조물의 전고장에 도달하기 전에 잠재적 부식 지점을 검출할 수 있다.

20~30년 전까지만 해도 아연도금 강관은 단독 및 다세대 거주자를 위한 음용수 시스템과 상업 및 공공 건설에 광범위하게 사용되었습니다.오늘날, 이러한 시스템은 오래 전에 보호 아연을 소비했고 내부가 부식되어 수질 저하와 배관 ^[10]고장을 일으키고 있습니다.보험업계가 파이프 고장으로 인한 청구 파동에 대비하면서 주택 소유주, 콘도 거주자, 공공 인프라에 미치는 경제적 영향은 220억 달러로 추산된다.

비금속 부식

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대부분의 세라믹 재료는 거의 완전히 부식에 영향을 받지 않습니다.그것들을 함께 고정시키는 강한 화학 결합은 구조 내에 자유 화학 에너지를 거의 남기지 않습니다; 그것들은 이미 부식되었다고 생각할 수 있습니다.부식이 발생하면 거의 항상 전기화학적 과정이 아닌 물질의 단순한 용해 또는 화학 반응입니다.세라믹스에서 부식 방지의 일반적인 예는 물에 용해성을 줄이기 위해 소다 석회 유리에 첨가된 석회입니다. 순수한 규산나트륨만큼 용해성이 있지는 않지만 일반 유리는 습기에 노출될 때 미미한 결함을 형성합니다.이러한 결함으로 인해 상온에서 처음 몇 시간 동안 유리 물체의 강도가 극적으로 감소합니다.

폴리머 부식

고분자 분해는 복잡하고 종종 잘 이해되지 않는 몇 가지 물리화학적 과정을 수반한다.이들은 여기서 설명한 다른 프로세스와 현저하게 다르므로 "부식"이라는 용어는 느슨한 의미로만 사용됩니다.그들의 큰 분자량 때문에, 주어진 질량의 폴리머를 다른 물질과 혼합함으로써 엔트로피를 거의 얻을 수 없으며, 이는 일반적으로 그것들을 녹이는 것을 매우 어렵게 만든다.일부 고분자 용도에서는 용해가 문제가 되기도 하지만, 그에 대한 설계는 비교적 간단합니다.

보다 일반적이고 관련성이 있는 문제는 작은 분자가 구조물에 침투하여 강도와 강성을 감소시키고 부피 변화를 일으키는 "거류"입니다.반대로 많은 폴리머(특히 유연한 비닐)는 의도적으로 가소제로 부풀려져 구조에서 침출될 수 있으며, 메짐성 또는 기타 바람직하지 않은 변화를 일으킨다.

그러나 분해의 가장 일반적인 형태는 폴리머 체인 길이의 감소입니다.폴리머 사슬을 끊는 메커니즘은 DNA에 대한 영향 때문에 생물학자들에게 친숙합니다: 이온화 방사선(가장 일반적으로 자외선), 활성산소, 산소, 오존, 염소 같은 산화제.예를 들어, 오존 균열은 천연 고무에 영향을 미치는 잘 알려진 문제입니다.플라스틱 첨가제는 이러한 과정을 매우 효과적으로 지연시킬 수 있으며 자외선 흡수 안료(예: 이산화티타늄 또는 카본 블랙)만큼 단순할 수 있습니다.비닐 쇼핑백에는 이런 첨가물이 들어 있지 않아 쓰레기의 초미세 입자로 쉽게 분해된다.

유리의 부식

유리는 내식성이 높은 것이 특징이다.높은 내수성 때문에 대부분의 의약품은 물 ^[11]용액에 보존되기 때문에 제약업계에서 주요 포장재로 자주 사용됩니다.유리는 내수성 외에도 화학적으로 공격적인 액체나 기체에 노출될 때 견고합니다.

유리병은 수용액에서 규산염 유리가 부식되는 것이다.확산 제어 ^[12]용출(이온 교환)과 유리 네트워크의 가수 분해라는 두 가지 메커니즘에 의해 제어됩니다.두 메커니즘 모두 접촉 용액의 pH에 크게 의존합니다. 즉, 이온 교환 속도는 pH가 10일^−0.5pH 때 감소하지만 가수 ^[13]분해 속도는 pH가^0.5pH 10일 때 증가합니다.

수학적으로 유리부식률은 물_i M(g) 중 방출종의 총량 대 물 접촉면적 S(cm²)의 비율, 접촉시간 t(일) 및 유리 f_i 중 원소 중량률 함량 NR(g/cm²·d)의_i 정규화된 부식률로 특징지어진다.

${\displaystyle {\mathrm{N}}_{}}$ R ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle \frac{M_{}}{}}$ i ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$ f ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$\ $displaystyle$\$mathrm${ NR $} _$ { i } =$specfrac${ $M$_ { $i$} { $Sf$_ { $i$} t$}$。

전체 부식률은 두 메커니즘(누출 + 용해) NR_i=NRX_i+NRH의 기여도의 합이다.확산 제어 침출(이온 교환)은 부식 초기 단계의 특징이며 용액에서 나오는 하이드로늄₃⁺(HO) 이온으로 유리 중의 알칼리 이온을 치환하는 것을 포함한다.유리 표면층 근방의 이온 선택성 고갈을 유발하고 노출 시간에 따른 부식률의 역제곱근 의존성을 제공한다.유리(g/cm²·d)에서 양이온의 확산 제어 정규화 침출 속도는 다음과 같이 구한다.

${\displaystyle \mathrm{N}}$ ${\displaystyle R{}_{}}$ ${\displaystyle x_{}}$ i ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle 2}$ ${\displaystyle d\sqrt{\frac{{}_{}}{}}}$ ${\displaystyle \sqrt{\frac{{Di}_{}}{}}}$ ${\displaystyle \sqrt{\frac{\pi }{}}}$t \ $displaystyle$\ $mathrm${ NR } x$_$ { i } $= 2$ \ $rho${$frac { D$_ { $i }$ }$$、

t는 시간이고_i, D는 i번째 양이온 유효확산계수²(cm/d)이며, 이는 D = D·10으로_i 접촉수의_i0 pH에^–pH 의존하며, θ는 유리의 밀도(g/cm³)이다.

유리망 용해는 부식 후기의 특징이며 희석액(g²/cm·d)에서 시간 의존적인 속도로 수용액에 이온이 동일하게 방출된다.

${\displaystyle \mathrm{N}}$ ${\displaystyle R}$ h ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle {}_{}}$ r$$ \ $displaystyle$\ $mathrm${ NR } h$$= \$rho r_{h$ ,

여기서_h r은 유리의 정상 가수분해(분해) 속도(cm/d)입니다.폐쇄 시스템에서 수상의 양성자 소비는 pH를 증가시키고 가수분해로 ^[14]빠르게 이행시킨다.그러나 실리카를 포함한 용액의 추가 포화상태는 가수분해를 저해하고 유리가 이온교환(예를 들어 확산제어된 부식상태)으로 돌아가게 한다.

전형적인 자연 조건에서 규산염 유리의 정규화된 부식률은 매우 낮으며 약 10⁻⁵–10 g/(cm²·d)이다⁻⁷.물 속의 규산염 유리는 내구성이 매우 높기 때문에 위험 및 핵폐기물 고정화에 적합합니다.

유리 부식 시험

중성, 염기성 및 산성 환경, 시뮬레이션된 환경 조건, 시뮬레이션된 체액, 고온 및 압력 ^[16]및 기타 조건에서 유리의 부식(화학 내구성이라고도 함)을 측정하는 수많은 표준화된 절차가 있습니다.

표준 절차 ISO^[17] 719는 중성 조건 하에서 수용성 염기성 화합물 추출 테스트를 기술하고 있다. 입경 300~500μm의 유리 2g을 2등급의 탈이온수 50ml에 98°C에서 60분간 보관하고, 얻은 용액의 25ml를 0.01mol/l HCL 용액에 대해 적정한다.중성화에 필요한 HCl의 부피는 아래 표에 따라 분류한다.

추출된 염기성 산화물을 중화하는데 필요한 0.01M HCl의 양(ml)	추출된2 NaO 등가, μg	가수 분해 학급
< 0.1	31 미만	1
0.1-0.2	31-62	2
0.2-0.85	62-264	3
0.85-2.0	264-620	4
2.0-3.5	620-1085	5
3.5 이상	1085 이상	5 이상

표준화된 테스트 ISO 719는 알칼리 성분이 불량하거나 추출할 수 없는 유리에는 적합하지 않지만, 석영 유리₂₃, BO 유리 또는₂₅ PO 유리처럼 여전히 물에 노출되어 있습니다.

일반 안경은 다음과 같은 등급으로 구분됩니다.

가수분해 클래스 1(타입 I):

중성 유리라고도 하는 이 세분류는 붕규산 유리(예: Duran, Pyrex, Fiolax)를 포함한다.

이 등급의 유리에는 필수량의 붕소 산화물, 알루미늄 산화물 및 알칼리 토류 산화물이 포함되어 있습니다.중성 유리는 구성 성분으로 온도 충격에 대한 저항성이 높고 가수 분해 저항성이 가장 높습니다.알칼리 용액에 대한 알칼리 함량이 낮기 때문에 산 용액과 중성 용액에 대해 높은 내화학성을 보입니다.

가수분해 클래스 2(타입 II):

이 등급은 일반적으로 표면 마감 시 높은 가수 분해 저항성을 가진 규산나트륨 안경을 포함합니다.규산나트륨 유리는 알칼리 및 알칼리 토류 산화물과 주로 산화나트륨 및 산화칼슘을 포함하는 규산나트륨 유리입니다.

가수분해 클래스 3(타입 III):

세 번째 가수분해 등급의 유리는 보통 규산나트륨 유리를 포함하고 있으며, 평균 가수분해 저항성이 1종 유리보다 2배 낮습니다.

산 등급 DIN 12116 및 알칼리 등급 DIN 52322(ISO 695)는 가수 분해 등급 DIN 12111(ISO 719)과 구별된다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

추가 정보

• Jones, Denny A. (1996). Principles and prevention of corrosion. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 0-13-359993-0. OCLC 32664979.