부식 (Corrosion) 의 개념과 원리 part.2

부식(Corrosion)의 개념과 원리

고온에서의 일반부식

금속과 고온의 물과 접촉하는 경우 (5)에서 생성된 Fe(OH)2는 (8)과 같이 분해하게 된다.

 

Fig1. 철의 부식 반응식

 

그리고 (5)와 (8)을 종합하면 (9)의 식이 만들어 지는데, 이렇게 생성된 Fe3O4는 다른 Fe산화물과 다르게 흑색을 띄며 물에 잘 녹지 않고, 자성을 띠고 있어 자성산화철이라고 한다.

 

Fig.2 고온에서의 부식 반응식

 

Fig.3 부식은 대기중에서도 수분에 의해 부식된다.

 

고온에서의 일반부식도 상온과 마찬가지로 pH농도와 용존산소의 영향을 받는다.

 

pH농도

물에 용존산소가 존재하지 않고 pH가 적덩하게 유지되면, 표면에는 Fe3O4의 피막을 형성해 부동화해서 금속의 부식방지에 효과적이다. 그러나 물의 pH가 낮으면 Fe3O4피막이 생성되기 이전에 일부 Fe(OH)2는 (5)의 반대 방향으로 반응이 진행되어 부식을 촉진시키게 되고, Fe3O4피막의 형성도 불안정하게 되어 부식을 촉진시키게 된다. 고온에서는 pH가 낮으면 부식량이 증가하게 되고, pH가 너무 높아도 알칼리 부식이 발생할 수 있으니 주의해야 한다.

 

Fig.4 금속표면의 부식 발생

 

용존산소

물에 용존산소가 존재하면 Fe(OH)2, H2의 일부가 산화되기 때문에 재료의 표면에 Fe3O4피막이 제대로 생성되지 못하고 다공성의 산화물층이 형성되게 된다. 따라서 물이 다공성의 철산화물 층을 통과해서 강면과 반응을 계속 일으키게 되어 부식을 촉진시킨다.

 

또한 미리 재료의 표면에 Fe3O4 피막이 생성되어 있어도 표면의 Fe가 Fe2+와 2e로 전리되어서 Fe3O4 피막과 물의 경계에 도달하게 되고, Fe2+는 수중의 OH-와 결합하여 Fe(OH)2로 되기도 한다. 또한 그 일부는 다시 산화하거나 분해해서 Fe3O4를 생성하기도 한다.

 

Fig.5 간단한 부식발생 매커니즘

 

2e-는 수중의 H+, Na+ 등과 전기적으로 중화하여 H2를 생성하며, 또 생성된 H2의 일부는 수중의 산소에 의해서 용해되기도 한다. 이런 반응이 금속표면에 전체적으로 발생하게 되면 일반적인 부식이 진행될 수 있으나, 점식으로 진행될 수 있다.