부식 개념과 종류는?

부식의 개념

 

금속재료가 그 주변 환경과의 사이에서 화학적 혹은 전기화학적으로 반응하는 과정을 통해 열화되는 현상을 부식이라 한다. 그러나 좁은 의미의 부식은 금속재료가 환경과 반응하여 퇴하되어 본래의 기능을 상실하는 것을 의미한다. 이러한 금속의 부식현상은 자발적인 현상으로서 금속이나 합금이 생산되어진 원래의 공석의 상태로 돌아가려는 과정으로 이해되어질 수 있다. 즉, 자연계에서 대부분 산화물이나 유화물 등의 형태로 존재하는 광석을 제련 과정을 통해 금속을 얻게 되는데, 에너지가 주입되어 불안정한 금속이 자연상태의 화합물로 되는 것이 에너지면에서 안정되기 때문에 금속재료는 주위에 존재하는 다른 원소와 결합하여 화합물의 상태로 돌아가려는 경향이 있으며, 이러한 과정을 부식이라고 이해할 수 있다. 따라서 부식은 자발적인 현상으로서 모든 금속은 반드시 부식이라는 퇴화과정을 겪게된다고 할 수 있다. 제련 과정에서 많은 양의 에너지가 투입된 금속은 불안정하여 부식되려는 경향이 크고, 반면에 제련이 용이한 금속은 부식되려는 경향이 작다고 할 수 있다. 예를 들어 구리나 구리 합금 등은 철이나 강에 비해 제련에 필요한 에너지가 훨씬 적으므로 부식에 대한 저항성이 크다. 따라서 자연상태에서도 금속의 형태로 존재하는 금이 부식되지 않는 것도 같은 이유에서이다.

부식은 금속 제품의 수명이나 성능에 관계되는 중요한 문제로, 제품이나 혹은 기계 부품의 질저하로 인한 사고 발생의 원인이 된다. 사고의 대부분은 피로에 의한 것이 많지만, 부식과의 상호작용에 의한 파괴는 더욱 치명적일 수 있다.

 

부식의 종류

부식 환경에 따른 분류

1) 건식(Dry Corrosion) : 수분이 존재하지 않는 산소, 공기, CO2가스 등의 환경에 대한 부식현상을 건식 혹은 가스부식이라 한다. 건식은 일반적으로 고온가스, 건조기체와 접촉하는 경우가 많으므로, 고온부식에도 해당된다.

2) 습식 (Wet Corrosion) : 금속표면에 수용액이 존재하여 용액의 작용에 의해서 생기는 부식을 습식이라 한다. 자연 대기 중, 해수 중, 토양 중 등의 부식이 이에 해당한다. 습식의 과정은 일반적으로 전기화학적 작용에 의한 것이 많다.

3) 대기 부식 (Atmospher ic Corrosion) : 대기부식이란 빗물 등으로 야기되는 다양한 수분함량을 가진 자연의 대기환경에 노출되어졌을 때의 온도 및 수분조건에서 발생하는 부식을 말한다. 대기부식이 발생하기 위해서 습기는 필요조건이긴 하지만 충분조건은 아니다. 대기가 대단히 습한 경우에도 금속 표면의 오염이 없을 경우에는 부식속도가 비교적 느리다.

오염물질 및 그 외 다른 대기오염은 전해성질을 향상시키고 대기로부터 응축되는 수막의 안정성을 증가시킴으로써 대기 부식을 촉진시킨다. 가장 일반적인 산업공해 물질인 이산화황이 표면 피막에 용해되면 황산을 생성하게 되며, 탄소강의 대기 부식을 크게 촉진시킨다. 또한, 흡습성의 부식생성물과 대기로부터 흡착된 염 입자들이 금속 표면에 존재하게 되면, 상대습도가 낮은 경우에도 표면에 물이 응착될 수 있다. 이는 수막의 존재가 용이해지기 때문에 금속 표면이 물에 젖어있는 시간이 길어지게 되어 부식속도가 증가한다.

그리고 온도는 대기부식에 여러 가지 영향을 미친다. 실온의 대기에서는 부식속도가 비교적 낮지만 표면수막이 만들어지는 경우에는 부식이 촉진될 수 있다. 햇빛에 노출되면 온도는 상승하지만 부식속도가 반드시 촉진되는 것은 아니다. 온도 상승으로 인해서 표면이 건조해져 부식이 오히려 감소할 수도 있다. 따라서 직접 햇빛에 노출된 표면에서보다. 그늘진 표면에서 부식이 더 빠른 속도로 발생하는 경우가 많다. 높은 온습도, 오염물질 또는 공기에 함유된 해염 등의 존재가 복합적으로 작용하여 대기부식은 촉진된다.

4) 해수 부식 (Marine Corrosion) : 강관파일이나 시트파일을 부재로 사용하는 항만구조물은 해상대기로부터 해저토중까지 이어진 연속체로서 전기적인 일체로 간주할 수 있다. 해저에 관입한 강관의 부식률 분포는 유동지역 에서 가장 높다. 이 유동지역에서는 강관의 표면은 해수의 얇은 막으로 피복되는데 해수의 유동, 조류, 방대한 산소가 이 피막을 통하여 공급되기에 부직률이 가장높다. 이 지역에 있는 강관 표면은 목재나 배, 파도에 의해 부식이 가속되기도 한다. 따라서 유동지역에서 부식방지책은 다른 어느 지역보다 어렵다.

조수지역에서 강관 표면은 해수에 주기적으로 반복해서 잠겨드는 까닭에 유동지역과 같은 상황에 놓이지만 부식률은 유동지역에서보다는 작다. 그 이유는 조수지역과 조수지역 바로 밑지역이 서로 산소공급량이 달라 조수지역은 음극을 띠어 부식은 감소하고 조수 바로 아래지역은 양극을 띠어 부식이 가속된다. 이 현상은 조수 바로 아래지역이 부식이 큰 것과 맥을 같이 한다.