침식 부식 (Erosion Corrosion) 의 개념과 원리

침식 부식(Erosion Corrosion)의 개념과 원리

침식 부식(Erosion Corrosion)이란 금속재료 표면과 부식 용액의 역학적인 요인에 의한 금속의 침식으로, 접한 부분의 전기화학적 부식이 겹쳐서 발생하는 현상을 말한다.

 

따라서 침식 부식은 금속재료를 손상시키게 되는데, 용액의 운동방향과 평행하게 표현 손상이 나타나는 것이 특징이다. 일반적으로 표면에 깊은 흠이 생기거나 불균일한 침식이 나타나게 된다.

 

Erosion Corrosion의 발생(유체 흐름방향대로 진행된다.)

흐름방향에 따른 Erosion Corrosion 발생

침식부식은 우선 수용액, 유기용매 등 고속 유체가 금속표면 마찰되며 그 결과로 활성화된 표면이 부식된다. 즉 Slurry 등 고체입자가 혼합될 경우 더 심해지게 된다. 따라서 배관의 굴곡부위, 관의 구경이 변하는 오리피스 노즐 등에서 발생한다.

 

터빈의 블레이드 등 유동이 난류흐름(Turbulent Flow)에서 발생하는 난류 부식도 침식 부식의 일종이며, 금속표면에 부식액이 분출되는 형태로 충돌하는 경우 충격 부식(Impingement Corrosion)이라고도 한다.

 

배관 엘보우(Elbow)에서의 Erosion Corrosion 발생 예시

배관 리듀서(Reducer)에서 Erosion Corrosion 발생 예시

 

침식부식은 대부분의 금속에서 발생할 수 있으며, 금속의 표면피박 성질과 관련이 깊다. 대부분의 금속은 부식 분위기에서 표면에 부동태 피막 등을 형성하는데 침식 부식(Erosion Corrosion)에서는 이렇게 생성된 부동태 피막을 유동에 의해 파손되어 금속의 부식이 지속적으로 빠르게 진행되는 특징이 있다.

 

특히 Al, Pb, Cu, Stainless Steel 등 피막에 의한 내식성을 가진 금속 표면에 생성되는 부동태 피막은 침식 분위기에서 내식성이 현저하게 저하된다. 따라서 표면의 피막이 강해 유동에 의해 손실되지 않거나, 조밀한 구조가 연속적으로 형성되어 있을 때 침식 부식의 피해를 최소화할 수 있다. 또한 유동에 의해 부동태가 손실되어도 보호 피막의 재생속도가 빠른 경우에도 내 침식 부식성이 좋게 된다.

 

침식 부식의 특징

1) 고속으로 유동하는 부식 매체는 금속 표면에 기계적인 마모를 유발하며, Slurry 같은 고체 입자가 혼합될 경우 기계적인 마모 속도는 더 빨라지게 된다.

 

2) 일반적으로 부식 매체의 유동 속도가 증가할수록 침식 부식량이 증가하게 된다. 이는 내부식성을 가지는 최소한의 임계 속도 이하일 때 부식은 최소화될 수 있지만, 그 임계 속도가 초과될 때부터는 부식의 속도가 급격히 증가하게 되는 원리이다.

 

3) 침식 부식은 부식 매체의 유동이 층류(Laminar Flow) 일 때보다 난류(Turbulent Flow) 일 때 금속 표면에서 액체의 유동이 훨씬 심해지기 때문에 발생하기 쉬워진다. 배관의 입구나 단면적이 급격히 변하는 부분 그리고 펌프의 임펠러(Impeller) 등 난류 조건이 만들어 지기 쉬운 곳에서 침식 부식이 발생하는 것은 이 때문이다.

 

4) 부식 매체가 금속표면에 빠른 속도로 충돌하는 경우 충격에 의한 마모 효과와 함께 침식 부식이 발생된다. 특히 부식 액체 속에 고체 입자가 Gas상태의 Bubble 등이 포함된 경우 빠른 시간 내에 심각한 손상이 발생할 수 있게 된다.

 

이를 방지하기 위해 황동 등의 내 Erosion Corrosion성 재료를 사용하고, 설비 내에서 Turbulent Flow가 발생하지 않도록 하는 것이 중요하다. 또한 가능한 pH를 중성으로 유지하며, Inhibitor를 첨가하거나 금속 표면을 Coating, PVC Lining에 의한 피복을 실시하고 음극 방식을 실시한다. 그리고 설계 시 가급적으로 직경이 변화하는 곳은 조금 더 강화된 재질을 사용하거나 Elbow 설치시 Long Radius Elbow를 설치하여 급격한 방향 전환에 따른 충격을 최소화해야 한다.