틈 부식 (Crevice Corrosion) 과 공식 (Pitting) 의 개념 및 원리

틈부식(Crevice Corrosion)과 공식(Pitting)의 개념 및 원리

틈부식(Crevice Corrosion)

틈부식은 금속과 금속 또는 금속과 비금속 사이에 틈이 있을 때 그 부분에 부식이 집중적으로 발생하는 부식을 말한다. 주로 Hole, 개스킷 표면, 이중으로 이은 부분, 볼트나 리베트 틈새 등 용액이 고이기 쉬운 곳에 주로 발생한다.

 

틈부식은 특성상 일정한 틈새가 필요하기 때문에 이를 예방하기 위해서는 틈이 있어 용액이 침투하여 경신되지 않을 크기로 관리하는 것이 중요하며, 일반적으로 틈의 간격이 30μm 이내면 틈부식이 발생하지 않는다.

 

틈부식(Crevice Corrosion)의 발생 예시

 

틈부식은 다음과 같은 반응으로 진행된다.

 

틈부식(Crevice Corrosion)의 초기단계

 

이러한 반응이 진행되면 식공 내에 M+이온의 농도가 높아지게 되고, 전기적인 중성을 유지시키기 위해 외부로부터 Cl- 등 이온이 들어와 MCl구조의 염화물을 생성한다. 다시 MCl은 가수분해 되어 HCl이 된다.

 

이 결과 금속의 용해 반응이 촉진 되게 되며, 이와 같이 염소 이온이 이동하고 반응하여 가수분해 하게 되며, 그 결과 틈새 내부의 부식은 자기 촉매반응처럼 증가하게 되며, 틈새 외부는 상대적으로 음극 반응이 우선적으로 생겨 부식하지 않는다.

 

틈부식(Crevice Corrosion)의 진행단계

 

따라서 염소이온을 포함한 수용액에서 발생이 쉬우며, 이런 과정은 몇 개월 이상의 긴 잠복 시간을 지난 후에나 발생한다. 하지만 발생하는 순간부터는 빠른 속도로 진행되기 때문에 예방이 중요하다. 이와 같은 점에서 틈부식(Crevice Corrosion)은 산화피막 또는 부동태 화에 따라 내식성을 가지고 있는 Stainless Steel, Al, Ti, Cu 등에 발생하기 쉽다.

 

이를 방지하기 위해서는 볼트, 리베트에 의한 접합의 보상에 용접을 하거나, 용점, Coking, 납땜부 등에 보다 틈새를 줄여 30μm 이내로 만드는 것이 중요하며, 테프론 등의 비 흡습성의 가스킷을 사용하여 부식 조건을 만들지 않는 등의 방법을 선택한다.

 

 

공식(Pitting)

공식은 산화피막을 가져서 부동태 화 되어 있는 금속 표면에 작은 구멍이 생기고, 이 부위만 급속도로 부식되는 현상이다. 겉으로 보기에는 몇 mmmm 정도의 작은 구멍처럼 보이지만 깊게 침식되는 특징을 가지고 있으며, 심할 경우 금속판이 관통되어 사용하지 못하는 형태로 되기도 한다.

 

일반적으로 공식은 부동태 화 되어 있는 금속 표면에 발생하므로 전면 부식이 일어나는 금속에서는 발생하지 않는다. 따라서 SUS 304, SUS316 등에서는 특정 온도에서 내 공식성이 현저하게 감소한다고 한다.

 

공식은 중성용액 중에서 이온(Cl-) 등이 표면 부동태 막에 작용하여 반응을 통해 피막을 파괴하는 과정을 거친다. 이를 통해 파괴된 표면에 집중적인 부식이 발생하게 되는데 따라서 눈에 보이기에는 작은 점 같지만 정작 내부를 보면 깊숙하게 부식이 진행된 것을 알 수 있다.

 

공식(Pitting)의 종류

개방형 공식

개방형은 식공(Pit)내의 용액이 외부로 유출되기 쉬은 형태로 용액이 유출되면 내부는 다시 부동태 화 되어 공식이 정지되는 방식이다.

 

밀폐형 공식

반면 밀폐형은 외부로부터 Cl- 등 이온이 식공 내부로 들어가 농축되어 pH를 저화 시키며 공식이 진행되는 형태로 진행된다. 따라서 밀폐형의 경우 반응이 지속적으로 진행되기 때문에 더욱 심각한 결과를 초래하게 된다.

 

공식(Pitting)의 진행

공식은 틈부식과 같은 반응에 따라 진행된다.

 

 

이러한 반응이 진행되면 식공 내에 M+이온의 농도가 높아지게 되고, 전기적인 중성을 유지시키기 위해 외부로부터 Cl- 등 이온이 들어와 MCl구조의 염화물을 생성한다. 다시 MCl은 가수분해 되어 HCl이 된다.

 

 

그래서 식공 내의 pH는 1.3~ 3.0 정도로 저하되며 공식은 계속 진행된다.

 

공식의 발생은 다음처럼 이루어진다.

 

1. Cl-이온의 공격에 의한 부동태 층 파괴

2. 금속의 빠른 용해 반응

3. Cl-이온이 식공(Pit)으로(Pit) 이동

4. 가수분해에 의한 용액의 산성화

5. 외부의 커다란 양극과 식공의 작은 음극 형성

6. 식공과 외부 표면 사이에 IR Drop이 형성되며 지속적인 반응

 

공식(Pitting)의 진행 원리

 

공식은 금속 표면에서 생성되는 단계와, 성장하는 단계로 나눠질 수 있으며, 공식의 성장단계는 틈부식과 비슷한 경향을 띄고 있어 틈부식의 특별한 경우로 볼 수 있다.

 

이를 방지하기 위해서는 공식의 특성상 용액이 정체되어 있을 경우 공식 발생 확률이 높아지기 때문에, 정체되는 장소가 없도록 관리하여야 하며, Inhibitor를 첨가하거나 음극 방식을 실시하여야 한다. 또한 Ti, 하스테로이 C 등 내 공식성의 합금을 사용하여 예방한다.