부식방지 및 방식대책

부식방지 및 방식대책에 대한 일반적인 내용을 공유하고자 한다.

 

 

 

부식방지 및 방식대책

부식방지

부식방지 방법은 다음과 같은 방법이 있다.

첫째, 전해액으로부터 양극(Anode)을 고립시키는 것이 있다. 예를 들어 페인트, 주석(Sn)도 금, 유리질, 에나멜(유리 피막) 등이 그 것이다.

둘째, 음극보호(Cathode Protection)가 있다. 이 방법은 강제전압(Impressed Voltage) 또는 희생양극을 이용하여 보호하고자 하는 금속 성분을 음극으로 만드는 것이다. 철(Fe)에 아연도금(Galvanizing) 피막을 하는 방법도 일종의 부식방지 방법이다.

셋째, 금속에 흡착시킬 때 억제제의 사용이다. 예로서 자동차 라디에이터에 사용되는 녹(FeO)의 억제제이다.

끝으로 부식은

(1) 공업적 설계를 적절히 하여 갈바닉쌍(Galvanic Couple)이 일어나지 않도록 하고

(2) 적절하게 재료를 사용하여 부식에 민감한 현미경 조직을 피하도록 하면 부식은 최소한으로 방지할 수 있다. (2)의 예는 스텐레스강을 사용할 경우에 볼 수 있다. 만일 0.1% 탄소를 함유한 Austenite 스테인레스강을 1000''c에서 상온으로 급속히 냉각하면 탄화물이 분리되지 않는다. 또한 같은 강철을 서서히 냉각하거나 650''c부근에서 잠시 유지시키면 탄소가 결정립계에 미세한 석출물의 모양으로 탄화크롬으로 석출된다. 이와 같은 상태가 되면 좋은 결정립계에 크롬이 고갈되고 부동태 보호가 없어진다. 이러한 현상이 결정립계에서 부식을 가속시키므로 피해야 한다.

 

 

일반적인 부식방지 대책 설계는  다음 사항을 고려해야 한다.

가. 탄화물 석출을 피하도록 억제한다 .

이 방법은 사용되는 상태가 석출온도 이상이거나 또는 Forming, 용접, 치수 등의 문제로 그러한 억제작용을 할 수 없는 경우를 제외하고 많이 사용되는 방법이다.

 

나. 탄화물의 분리 온도에서 장시간 어닐링한다.

이 방법은 탄화물이 뭉치게 되고 크롬의 함유량이 균일하게 되어 결정립계에서도 크롬의 고갈이 일어나지 않으므로 약간의 이점이 있다. 그러나 이 방법에 의한 부식방지의 효율이 비교적 적어서 일반적으로 이용은 적다.

 

다. 0.03% 미만의 탄소강을 선택한다

이 방법은 실질적으로 탄화물의 석출을 막아준다. 그러나 탄소의 함유량을 이와 같이 적게 하기는 힘들므로 이 종류의 탄소강은 매우 고가이다.

 

라. 크롬(Cr)함유량이 높은 강철을 선택한다.

18% 이상의 크롬이 함유된 강은 보통 탄소강보다 부식이 매우 느리다. 크롬 및 니켈의 함유량이 많을수록 부식은 더 방지된다.

 

마. 강한 탄화물 생성 원소를 함유한 강을 선택한다

이러한 원소에는 티탄늄(Ti), 콜롬비움(Cb), 탄탈리움(Ta) 등이 있다. 이들 금속이 함유된 강철은 높은 온도에서 이미 탄화티탄늄, 탄화콜롬비움 및 탄화탄탈리룸 등으로 이미 석출된 상태이므로 냉각하여도 결정립계에 적출되지 않는다. 이러한 탄화물은 강철에서 크롬의 분포에 고갈되는 부분을 형성하지도 않고 또한 결정립계에서 국부적인 갈바닉 현상을 야기하지도 않으므로 해롭지 않다. 위에 지적한 여러 방법들은 가끔 사용되는데 특히 용접을 해야 할 스텐레스 강에 이용되고 있는 것이다 위의 지적한 예들은 약간 특수한 방법들이지만 이것이 금속의 부식을 줄이는데 사용할 수 있는 방법들이다 문제는 어떠한 방법을 선택하여 사용해야 부식을 최소로 하느냐에 관건이 달려 있다.

 

 

방식대책

부식을 완전히 피하기 위해서는 한 물질이나 그계에 전해질이 없을 때만 가능하다.

그러나 이러한 현상은 매우 난이한 문제이다 잘 알려진 사실처럼 작업장에 사용하고 있는 각종 공구들이 습기를 흡수하여 녹스는 것을 볼 수 있다. 공구 제작자들은 이것을 알고 있으므로 공구를 사용자에게 공급하기 전에 먼저 기름이나 그리이스(Grease)로 기구들을 코팅한다.

 

부식현상은 갈바닉(Galvanic)작용이므로 부식이 진행되려면 두 종류의 금속이 있어야 한다. 따라서 금속 재료를 다루는 기사들은 두 금속의 접촉을 피하도록 할 것이다. 또한 물질의 미세구조, 응력집중 또는 전해질의 불균일성 때문에 음극과 양극이 한 가지 물질내에서도 부식이 발생될 수도 있다.

따라서 방식의 관리를 잘하기 위해서는 이와 같은 사항도 고려하여 활용해야 할 것이다 특히 화학장치에서는 부식을 막기 위해 유체성상을 개선하는 것이 곤란하다. 그러나 유체중에 함유되는 수증기 기타의 불순물은 제거할 수 있다. 즉 냉각수, 수증기 등은 장치 제품과는 관계없이 불순물을 제거할 수 있으므로 냉각수에는 스트레이너(Strainer)를, 수증기, 공기, 질소 기타의 가스에는 기수분리기를 달아둘 필요가 있다. 특히 냉각수에 함유되는 기포, 용존산소는 부식에 현저한 영향을 미치는 수가 있으므로 주의해야 한다. 해수를 냉각수로 사용할 경우에는 스트레이너를 설치하는 동시에 조개류, 해초류, 세균 등의 번식을 방지하기 위해서 염소를 첨가하는 것이 좋으나 이때 과량의 염소첨가는 반대로 부식을 촉진시킬 수도 있으므로 특히 화학설비에서의 잔유 염소량은 0.5ppm 정도로 유지하는 것이 바람직하며 구조 및 제작 방법도 역시 부식과 중요한 관계에 있다. 설계시에 균일한 흐름을 얻을 수 있는 구조로 하여 유체가 정체될 만한 곳이나 간극부식의 원인이 되는 접합부, 경사진 곳 등은 가급적 없애야 한다.

 

또한 각부의 용접작업, 조립작업 등의 공작법을 사용유체 및 재료 등에 따라 고려하는 것이 부식방지에는 중요한 일이다. 부식방지를 위한 사용재료의 선택 또한 중요하다.

 

 

방식의 종합대책으로는 다음과 같은 것이 있다.

가. 부식억제제

부식억제제는 재료의 부식의 진행을 느리게 하든가 또는 저지하는 역할로서, 유체에 소량 첨가하는 화학물질을 말한다. 또한 첨가하지는 않으나 재료표면에 흡착하여 유체가 직접 재료에 접촉하는 것을 막는 기능을 하는 부식억제제도 있다. 부식억제제는 재료와 유체성상에 따라 적절히 선택된다.

 

나. 방식도장

금속표면을 방식한다는 것은 부식관리 방법 중 가장 오래된 방법 중 하나이다. 페인트를 도장한 표면은 피도장물인 금속을 부식전해질로부터 격리시켜준다. 이 방법의 주된 한계는 방식막 사용시의 조건이다. Grease 로 도장한 막은 영구적이지 못하다. 유기물질은 고온이나 주위환경에 따라 사용의 제약을 받는다. 그러나 이와는 달리 방식막은 유기물에 국한될 필요는 없다. 주석을 강판에 불활성코팅으로서 입힐수 있다. 동판, 니켈관 및 은판등도 부식저항표면이다. 일부 금속들은 용융아연 코팅을 할 수 있다. 이러한 공정을 갈바나이징(Galvanizing)이라고 한다.

일반적으로 방식도장이라 함은 금속면과 유체가 직접 접촉함을 막아서 금속의 부식을 방지함에 그 목적이 있다. 그러나 방식피막은 전열효과를 저해시키므로 전열에 대한 고려는 따로 해야만 한다.

방식 피막은 운전 중 열화하기 쉽고 유체의 흐름에 따라 분리되고 전열관을 폐쇄시키거나 퇴적물이 되어 오히려 부식의 원인이 되는 수도 있으므로 주의를 요한다.

 

다. 갈바닉쌍(Galvanic Pairs)의 회피

갈바닉쌍을 회피하는 간단한 방법은 설계시 한가지 금속만을 사용하는 것인데 이것은 항시 가능한 것은 아니다. 특별한 경우에는 조성이 다른 금속을 전기적으로 절연시켜서 이를 회피할 수 있다. 스테인레스강의 경우, 크롬(Cr) 함량이 13-27%까지 다양하게 첨가하여, 크롬을 부동태표면을 이루도록 하고, 철보다 음극성인 니켈을 8~10%포함한다.

 

라. 갈바닉 방식법(Galvanic Protective Method)

부식의 원리를 방식에 이용함으로 부식을 억제시킬 수도 있다. 예로서 갈바닉화된 강이 있다. 아연코팅 자체가 강 대신에 부식되는 희생양극으로 사용된다. 이 같은 방법을 다른 용도에 응용할 수 있다. 이 방법의 잇점은 소모된 양극을 아주 쉽게 교환할 수 있다는 것이다. 예를 들면 지하에 매설한 파이프에 마그네슘(Mg)관을 함께 설치하여 원래의 관의 부식을 억제시켜 방식작용을 하게 된다. 또 한 예는 전체에 부착시킨 아연(Zn)관도 원리는 같으며 공업용수탱크 내에 마그네슘통을 설치하여 이들 모두를 희생양극으로 작용하게 되어 부식을 막게 된다.

 

마. 전기 방식법(Electric Protective Method)

화학공장에서의 부식은 응축기 또는 열교환기 등 전기화학적부식에 의한 것이 많으며 이 부식대책으로는 전기 방식법이 채택되고 있다.

전기 방식법에는 음극 방식법과 양극 방식법이 있다.

음극 방식법은 전기화학적부식이 생성되는 음극부에 외부에서 방식 전류를 통하게 하여 국부 전파를 형성하는 양극과 음극의 진위를 평형시켜서 부식 전류를 소멸시키므로 부식을 방지하는 방법이다.

한편 양극 방식법은 내식성의 산화 피막을 형성하는 것에만 유효하며 지금까지 연구 중에 있는 방법이다

그러므로 현재 실시되고 있는 화학공장에서 사용하는 전기 방식법은 대부분을 음극방식법이 주로 쓰이고 있다.

 

Reference : 위테크 기술자료