금속 부식 원리 - geumsog busig wonli

1. 부식(Corrosion)이란?

  금속이 전해질 속에 있을 때 양극(Anode)→전해질→ 음극(Cathode) 흐름의 전류가 형성되어
금속 이온이 용출되는 현상(전기화학적 반응)을 말합니다.
즉, 금속이 전해질과 접하여 금속표면애서 전해질방향으로 전류가 유출되는 양극반응을
바로 부식이라고 하는데요! 부
식은 특히 땅 속에 매설되어 있는 금속에서 흔하게 발생합니다.
땅 속에 매설되어 있는 금속 표면에 양극부과 음극부가 생기게 되며,
이로 인해 산화와 환원 반응이 발생하게 되는 것입니다.
금속재료(Metallic Materials)가 그 주변 환경과의 사이에서 화학적 혹은 전기화학적으로 반응하여
손실되는 직·간접적인 경제적 손실은 GNP의 약 3~5%에 달합니다.
그렇기 때문에 부식을 예방하는 것이 무엇보다도 중요한데요!
부식은 그렇다면 어떤 원리로 발생하며 어떻게 예방해야 할까요?
먼저 부식의 대표적인 원리에 대해 알아보도록 하겠습니다.

2. 부식의 원리

  (1) 갈바닉(Galvanic)부식 : 전위차가 다른 두 금속을 전해질 속에 넣어 두 금속을 전선으로 연결하면
전류가 형성되며 전위가 낮은 금속(비금속)이 양극(Anode), 전위가 높은 금속(귀금속)이
음극(Cathode)이 되어 양극부의 부식이 촉진되는 현상

  (2) 매크로셀(Macro Cell)부식 : 금속표면에서 양극(+), 음극(-)의 부위가 각각 변화하여
양극과 음극의 위치가 확정적이지 않아 전면부식이 발생하는 현상

  (3) 전식(Stray – Current Corrosion) : 흙(전해질)속에 매설한 금속에 전류가 흐르는 경우
금속에 일부 전류가 유입되고 이 전류가 유출되는 부위에서 부식이 발생하는 현상
전식은 정규회로 이외의 곳을 흐르는 전류에 의해 생기는 부식으로, 특히 직류전기 철도의 레일에서
누설전류에 의해 수도관, 가스관, 전신전화 케이블 등의 지중 매설 금속체가 현저히 부식되는
경우가 있음

상으로 부식의 원리에 대해 알아봤습니다.
그렇다면 부식은 왜 발생하는 것일까요?
다음으로 부식이 발생하는 원인에 대해 알아보도록 하겠습니다!

3. 부식의 원인

  부식의 대표적인 원인으로는 전기화학작용, 미생물작용, 누설전류작용이 이 있는데요.
자세한 내용은 아래와 같습니다!

  (1) 전기화학작용에 의한 부식
관로에서 관과 관 사이, 금속 표면 상태, 토양 통기도 등에 의해 관로 표면에서 전위차가 발생하여
양극(+)과 음극(-)이 형성되어 양극부가 되는 금속표면에서 부식되는 현상으로 거의 모든 부식작용의
기초가 됩니다. 이와 같은 현상으로 양극부에선 부식작용이, 음극부에선 방식작용이 일어나게 됩니다.

  ① 부식작용(산화반응, Oxidation)
양극(Anode)에서 음전하인 전자를 잃어버리는 반응(산소와 결합)으로 부식이 발생하는 반응을
말합니다.
(ex) 2Mg+O₂→2MgO(산소와 결합),
Zn →Zn2+ + 2e-(전자를 잃음)

이상으로 부식의 원리와 원인에 대해 알아보았습니다.
그렇다면 우리 주변에서 부식은 어떻게 발생하며, 부식에 어떻게 대처해야 할까요?
다음으로 부식 사고 사례를 통해 부식의 발생형태와 대처법을 알아보도록 하겠습니다. 4. 부식 사고사례

사고사례 1
시설/설비명 : 가스 파이프
사용 기간 : 약 3년 이상
사용 환경 : 서울시에서 시설된 천연가스 공급용 파이프(저압용). 지하철이 지나고 있으며 매설심도는
약 지하 1.2m
가스 파이프가 심하게 부식된 사례입니다.
지하철의 미주전류에 의한 전기부식이 그 원인이었는데요!
특히 파이프의 피복이 손상되어 있는 부위가 있었으며 이 부위에서 부식이 심하게 발생되었습니다.
이와 같이 지하철의 직류전기가 땅속으로 유입될 경우 매설된 금속체인 파이프를 통해 흐르게 되며
이 전류가 유출되는 부위에서 부식이 발생하게 됩니다. 이 경우 부식의 속도가 매우 빠르기 때문에
빠른 대처가 필요합니다.
전철 레일에 설치되는 절연판을 보강하여 누설전류를 최소화하고 파이프의 유기된 전류를 배류하는
배류기의 설치가 필요합니다.

  사고사례 2
- 시설/설비명 : 아파트 온수배관계
사용 기간 : 약 1년 6개월
사용 환경 : 신축아파트의 온수 배관용으로 설치되었으며 콘크리트 내에 매설된
다음 사례는 아파트 온수배관계에 발생한 부식입니다.
원인은 강관 외면에서 발생한 염소였는데요!
이와 같은 염소는 부식의 원인이 되기 때문에 콘크리트 타설 시 바다모래를 사용하지 말아야 하며
바다모래를 사용할 경우 충분한 수세를 거쳐 염소 농도를 낮춰야 합니다.
또한 콘크리트의 경화제 또는 발포제 등도 염소 성분의 함유량이 낮은 것을 사용해야 합니다.

  사고사례 3
시설/설비명 : 건물의 구조용 빔
사용 환경 : 건물 기둥빔의 하부. 해수의 사용이 많은 건물(어시장 내의 건물)
다음 사례는 어시장 내 건물 기둥빔의 하부에서 발생한 부식입니다.
해수의 사용이 많기 때문에 염소의 유입이 많았고 이와 더불어 산성비에 의한 중화 등이
그 원인이었습니다.
이와 같이 해수의 유입이 우려되는 건물의 경우 시공 시 부식방지 기술을 적용시켜야 합니다.
보수 시엔 부식된 부위의 콘크리트를 제거하고 세척 후 덧씌워야 합니다.

  이상으로 부식의 사고사례에 대해 알아보았습니다.
이 외에도 부식은 다양한 형태로 발생하며 부식의 발생이 우려되는 경우엔
전기방식을 통해 이를 예방해야 합니다.
전기방식 방법에는 대표적으로 희생양극법, 외부전원법, 배류법이 있습니다.
자세한 내용은 다음과 같습니다.