건설기계기술사_재료의 부식과 방식
1. 갈바닉 부식(전기부식)(galvanic corrosion)
galvanic은 사전적 의미로 '전류를 발생하는, 이온화' 라는 뜻이며
galvanic corrosion(이온화 부식)이란,
2가지의 서로 다른 금속이 접촉시 전위차가 생기고 이로 인해
전류가 흐르게 되어 내식성이 큰 금속(음극)은 부식이 억제되고
활성이 큰 금속(양극)은 부식이 촉진되는 현상을 뜻한다.
양극은 anode라고 하여 부식이 촉진되는 금속재료이며
음극은 cathode라고 하여 부식이 억제되는 금속재료이다.
전자는 음에서 양으로 이동하므로 전자를 받는 쪽의 금속이
부식이 촉진된다고 이해할 수 있다. 설명글로는 한번에 이해하기 어려운
점이 있어 간략히 아래의 표와 같이 정리하였다.
| Anode | Cathode |
| 양극 | 음극 |
| Electro Positive | Electro Negative |
| 이온화 경향이 크다 | 이온화 경향이 작다 |
| 부식성이 크다 | 부식성이 작다 |
[갈바닉 부식효과]
거리가 짧으면 부식이 심하고(거리효과) 부식성이 약한 금속의
면적이 작고 부식성이 강한 금속의 면적이 클수록 좋다.(면적효과)
그리고 상온에서는 아연도금이 좋지만 46~80℃의 가정용수에서는
전위 서열이 반전되어 강철이 오히려 부식된다. 이것은 아연 위에
생긴 부식 생성물 때문에 아연 표면이 강철보다 이온화 경향이
더 크기 때문이다.(역전효과)
2. 산화부식
공기 중에는 산소가 20%를 차지하는데 공기 중에 장시간 금속재료가
노출시 산소의 영향으로 부식현상이 발생한다.
3. 탄산화부식
중성화 시작시 조직이 수축, 융해되고 철근의 부동태막이 손상되어
철근 부식이 촉진된다. 이산화탄소가 부식의 주 원인이 될 수 있다.
4. 염화부식
콘크리트에 염화물 함유시 철근의 부동태막이 파괴되고 체적팽창
으로 인장균열이 발생한다. 염화부식의 전개 과정을 들여다 보면,
염화물이 혼입되면 철근 부동태막이 파괴되고 이로 인해 철근이
부식되면 팽창압이 발생한다. 이로 인해 콘크리트가 인장균열되어
물(수분) 및 공기가 침투되고 이로 인한 균열이 가속되어 내구성을
상실하고 결국 파괴가 된다.
5. 응력부식
소성변형으로 표면피막이 파괴되면 원자의 이동으로 전위, 구멍 등
격자결함이 발생되는 부식이다. 또한 철근의 구부러짐과 강재
용접부 등이 국부적으로 응력을 받으면 금속 내부에 전위차가 발생
하여 전기적 부식이 유발된다.
응력부식의 특징으로는 예측이 어려운 취성파괴에 속하며,
부식성이 다소 약한 환경에서도 발생할 수 있다. 또한 재료 내부
잔류응력에 의해서도 발생한다.
응력부식의 주요원인으로 인장상태의 내부응력, 휨 가공과
용접열 응력에 의한 잔류응력, 마지막으로 급격한 온도구배
발생을 꼽을 수 있다.
6. 부식 진단 및 방식법
부식 진단법으로는 육안검사, 비파괴 검사, 자연전이 측정,
피복두께 측정 등이 있는데 금속재료의 방식방법으로는
다음과 같이 전기방식이 비교적 널리 사용된다.
전기방식(cathodic protection) 즉 전기부식을 방지하기 위해서는
galvanic series에서 가능한 가까운 금속끼리 접합시켜야 하며
양극의 면적을 음극보다크게 한다.
또한 이종금속 사이에 절연체 또는 도장처리를 하며
두 금속보다 활성이 큰 제3의 금속(희생양극)을 부착하면 된다.
(희생양극법) 마지막으로 음극, 양극 각 부분의 끝단에 외부에서
전원을 반대로 걸어주어 전위치를 없앤다.(외부전원법)
이 외에는 재료를 스테인리스나 동합금을 선택하는 방법이 있고
표면을 도장 및 비금속으로 피복하는 방법이 있다. 그리고 부식
억제제를 첨가하는 방식법과 배수구 위치 또는 연결접속법을 변경
해주는 구조상세 변경법 등도 있다.
모든 물질은 자연으로 회귀하려는 경향이 있다. 인공으로 가공, 제작된
제품은 자연상태로 돌아가려 한다. 이는 기후변화, 하중변화, 응력변화,
화학반응, 전기발생 등 다양한 원인에 기인한다. 이러한 원인을 차단 및
제어함으로서 부식을 방지할 수 있다.