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부식의 종류와 방법. 화학적 부식이란 무엇이며 이를 제거하는 방법은 무엇입니까? 추가 영향의 성격에 따라

우리 모두는 삶에서 주기적으로 다양한 유형의 부식에 직면합니다. 금속, 콘크리트 및 일부 유형의 플라스틱이 부식됩니다. 부식을 적절하게 처리하는 방법을 배우려면 먼저 부식이 무엇인지 이해해야 합니다.

부식은 외부 환경과 상호 작용하는 동안 신체 표면에서 발생하는 화학적, 전기화학적 과정으로 인해 발생하는 고체의 파괴입니다. 부식이라는 단어 자체도 후기 라틴어 corrosio(부식)에서 유래되었습니다. 금속의 부식은 특별한 손상을 초래합니다. 우리 모두에게 가장 흔하고 친숙한 부식 유형은 철이 녹스는 것입니다. "부식"이라는 용어는 금속, 콘크리트, 일부 플라스틱 및 기타 재료에 적용됩니다. 부식 외에도 금속(특히 건물) 구조물은 침식되기 쉽습니다. 즉, 기계적 응력의 영향으로 재료 표면이 파괴됩니다. 침식은 비, 바람, 모래 먼지 및 기타 자연적 요인으로 인해 발생합니다. 따라서 교량 아치, 건물 트러스 및 기타 구조물을 포괄적으로 보호해야 합니다. 따라서 부식은 금속과 주변 환경의 물리적, 화학적 상호 작용으로 인해 금속이 파괴됩니다. 부식의 결과로 금속은 자연에서 발견되는 형태의 산화물 또는 염과 같은 안정한 화합물로 변환됩니다. 부식은 국내에서 생산되는 금속의 최대 10%를 소모합니다. 부식에 노출된 장비의 가동 중단 및 생산성 저하, 정상적인 기술 프로세스 중단, 금속 구조물의 강도 저하로 인한 사고 등으로 인해 발생하는 간접적인 손실이 더 크다는 점을 고려하기는 어렵습니다.

부식을 부식이라고 부르는 이유는 무엇입니까?

부식이라는 단어는 라틴어 "corrodo"(갉아먹다)에서 유래되었습니다. 일부 출처는 후기 라틴어 "corrosio"- "부식"을 참조합니다. "부식"과 "녹"의 개념을 혼동해서는 안됩니다. 부식이 과정이라면 녹은 그 결과 중 하나입니다. 이 단어는 강철과 주철의 일부인 철에만 적용됩니다. 다음에서 "부식"이라는 용어는 금속의 부식을 의미합니다. 국제 표준에 따르면 ISO 8044부식은 금속(합금)과 환경 사이의 물리화학적 또는 화학적 상호작용으로 이해되며, 이로 인해 금속(합금), 환경 또는 이를 포함하는 기술 시스템의 기능적 특성이 저하됩니다. RUST는 부식의 결과로 철 및 일부 합금의 표면에 형성된 부분적으로 수화된 산화철 층입니다. 콘크리트, 건축용 석재, 목재 및 기타 재료도 부식 파괴될 수 있습니다. 폴리머의 부식을 분해라고 합니다.

금속이 부식되는(부식하는) 환경을 부식성 또는 공격적인 환경이라고 합니다. 금속의 경우 부식에 관해 이야기할 때 이는 금속과 환경의 바람직하지 않은 상호 작용 과정을 의미합니다.

부식 중 금속이 겪는 변화의 물리화학적 본질은 금속 산화입니다. 모든 부식 과정은 다단계로 진행됩니다.

  1. 부식성 매체나 그 개별 구성요소를 금속 표면에 공급하는 것이 필요합니다.
  2. 환경과 금속의 상호 작용.
  3. 금속 표면에서 제품을 완전히 또는 부분적으로 제거합니다(매질이 액체인 경우 액체 부피로).

대부분의 금속(Ag, Pt, Cu, Au 제외)은 일반적으로 금속 광석이라고 불리는 산화물, 황화물, 탄산염 등 이온 상태로 자연에서 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 이온 상태는 더 유리하며 내부 에너지가 더 낮은 것이 특징입니다. 이는 광석에서 금속을 생산하고 부식할 때 두드러집니다. 화합물에서 금속이 환원되는 동안 흡수된 에너지는 유리 금속이 금속 화합물보다 더 높은 에너지를 가지고 있음을 나타냅니다. 이는 부식성 환경과 접촉하는 금속이 더 적은 에너지 보유량으로 에너지적으로 유리한 상태로 이동하는 경향이 있다는 사실로 이어집니다. 즉, 부식의 근본 원인은 금속과 주변(부식성) 환경의 구성 요소로 구성된 시스템의 열역학적 불안정성이라고 말할 수 있습니다. 열역학적 불안정성의 척도는 금속이 이러한 구성 요소와 상호 작용할 때 방출되는 자유 에너지입니다. 그러나 자유 에너지 자체는 아직 부식 과정의 속도, 즉 금속의 내식성을 평가하는 데 가장 중요한 값을 결정하지 않습니다. 어떤 경우에는 부식 과정의 시작으로 인해 금속 표면에 나타나는 흡착 또는 상층(막)이 부식을 멈추거나 크게 억제하는 조밀하고 뚫을 수 없는 장벽을 형성합니다. 따라서 작동 조건에서 산소에 대한 친화력이 더 큰 금속은 더 안정적일 수 있습니다. 예를 들어 Cr 또는 Al의 산화물 형성 자유 에너지는 Fe보다 높으며 종종 금속보다 우수합니다. Fe 저항).

부식 과정의 분류

금속 표면이나 부피의 부식 손상 유형(기하학적 특성)에 따라 결정됩니다.

금속의 표면 전체에 영향을 미치는 부식을 부식이라고 합니다. 단단한. 으로 나누어져 있어요 제복그리고 고르지 않은, 부식 파괴 깊이가 다른 영역에서 동일한지 여부에 따라 다릅니다. ~에 현지의부식 손상은 국지적이며 표면의 상당한(때로는 압도적인) 부분이 실질적으로 영향을 받지 않습니다. 현지화 정도에 따라 부식 반점, 궤양 및 반점(움푹 들어간 곳). 점 병변은 다음을 유발할 수 있습니다. 지하매우 얇은(예: 리벳으로 고정된) 금속층 아래에서 측면으로 확산되어 기포가 생기거나 벗겨지는 부식입니다. 가장 위험한 국부 부식 유형은 다음과 같습니다. 결정간 (inter결정질)는 금속 입자를 파괴하지 않고 덜 안정적인 경계를 따라 더 깊게 이동하며, 투명 결정은 금속 입자를 균열로 직접 절단합니다. 표면에 눈에 띄는 흔적이 거의 남지 않는 이러한 병변은 강도를 완전히 상실하고 부품이나 구조를 파괴할 수 있습니다. 성격상 그들과 가깝다 칼특히 공격적인 용액에 일부 합금을 사용할 때 용접 이음새를 따라 칼로 금속을 절단하는 것과 같은 부식이 발생합니다. 때로는 구체적으로 강조합니다. 표면의 실 같은예를 들어 비금속 코팅 아래에서 부식이 발생합니다. 층별로부식은 주로 소성 변형 방향으로 진행됩니다. 특정한 선거인고용체의 개별 구성 요소라도 선택적으로 합금에 용해될 수 있는 부식(예: 황동의 탈아연화).

금속과 환경의 상호작용 반응 메커니즘(화학적 및 전기화학적 부식)에 따라.

부식은 화학적인, 금속 결합을 끊은 후 금속 원자가 금속의 원자가 전자를 제거하는 산화제의 일부인 원자 또는 원자 그룹과 화학 결합에 의해 직접 연결되는 경우. 화학적 부식은 모든 부식성 환경에서 가능하지만 부식성 환경이 전해질이 아닌 경우(가스 부식, 비전도성 유기 액체의 부식)에서 가장 자주 관찰됩니다. 그 속도는 부식 생성물의 표면 막을 통한 금속 입자 및 산화제의 확산(가스에 의한 대부분의 금속의 고온 산화), 때로는 이 막의 용해 또는 증발(W의 고온 산화 또는 Mo), 균열(고온에서 Nb의 산화) 및 때로는 외부 환경(매우 낮은 농도)으로부터 산화제의 대류 전달에 의해 발생합니다.

부식은 전기화학금속 격자를 떠날 때 생성된 양이온이 산화제와 접촉하지 않고 부식성 환경의 다른 구성 요소와 접촉하는 경우; 전자는 양이온이 형성되는 동안 방출되는 산화제로 전달됩니다. 이러한 과정은 환경에 두 가지 유형의 시약이 있는 경우에 가능하며, 그 중 일부(용매화 또는 착물화)는 원자가 전자의 참여 없이 금속 양이온과 안정적인 결합으로 결합할 수 있는 반면 다른 것(산화제)은 )은 주위에 양이온을 유지하지 않고 금속의 원자가 전자를 부착할 수 있습니다. 용매화된 양이온이 상당한 이동성을 유지하는 전해질 용액 또는 용융물은 유사한 특성을 갖습니다. 따라서 전기화학적 부식 중에 금속 격자(부식 공정의 핵심)에서 원자 제거는 두 가지 독립적이지만 결합되어 상호 연결된 전기화학 공정의 결과로 수행됩니다. 양극 - 용매화된 금속 양이온의 전이 용액 및 음극 - 방출된 전자의 결합 산화제. 따라서 전기화학적 부식 과정은 양극 과정을 직접적으로 억제할 뿐만 아니라 음극 과정의 속도에 영향을 줌으로써 느려질 수 있습니다. 가장 일반적인 두 가지 음극 공정은 다음과 같습니다. 수소 이온 방전(2 이자형+ 2H + = H 2) 및 용존 산소 감소(4 이자형+ O 2 + 4H + = 2H 2 O 또는 4 이자형+ O 2 + 2H 2 O = 4OH -), 이는 종종 각각 수소 및 산소 탈분극이라고 불립니다.

양극 및 음극 공정은 확률에 따라, 순서에 따라 양이온과 전자가 부식성 환경의 구성 요소와 상호 작용할 수 있는 금속 표면의 모든 지점에서 발생합니다. 표면이 균질하다면 음극 및 양극 과정이 전체 영역에서 동일하게 일어날 가능성이 높습니다. 이러한 이상적인 경우 부식을 균질-전기화학적이라고 합니다(따라서 표면의 어느 지점에서든 전기화학적 프로세스의 확률 분포에 이질성이 없음을 나타냅니다. 이는 물론 상호 작용 단계의 열역학적 이질성을 배제하지 않습니다). . 실제로 금속 표면에는 반응 성분의 전달 조건이 다르고, 원자의 에너지 상태가 다르거나 불순물이 다른 영역이 있습니다. 이러한 영역에서는 양극 또는 음극 공정이 더 활발하게 발생할 수 있으며 부식은 이종 전기화학적 현상이 됩니다.

부식성 환경 유형별

일부 부식성 환경과 이로 인한 파괴는 매우 특징적이어서 그곳에서 발생하는 부식 과정도 이러한 환경의 이름으로 분류됩니다.

일반적으로 금속 제품 및 구조물은 다양한 유형의 부식에 노출됩니다. 이 경우 소위 혼합 부식 작용을 말합니다.

가스 부식– 고온 가스 환경에서의 부식.

대기 부식– 금속 표면에 전해질막을 형성하기에 충분한 습도가 있는 대기 조건에서 금속 부식(특히 공격적인 가스 또는 산, 염분 등의 에어로졸이 있는 경우). 대기 부식의 특징은 금속 표면의 수분층 두께 또는 결과 부식 생성물의 수분 정도에 대한 속도와 메커니즘의 강한 의존성입니다.

액체 부식– 액체 매체의 부식. 액체 매질이 금속에 노출되는 조건에 따라 이러한 유형의 부식은 완전 침수, 부분 침지, 가변 침지 하의 부식으로 특징지어지며 고유한 특성을 갖습니다.

지하 부식– 토양과 토양의 금속 부식. 지하 부식의 특징은 다양한 토양의 지하 구조물 표면에 대한 산소 전달 속도(주 감극제)의 큰 차이(수만 배)입니다.

추가 영향의 성격에 따라

응력 부식은 인장 또는 굽힘 기계적 하중뿐만 아니라 잔류 변형 또는 열 응력 영역에서 발생하며 일반적으로 투명 결정질로 이어집니다. 부식 균열예를 들어, 강철 케이블과 스프링은 대기 조건에 노출되고, 증기 발전소의 탄소강과 스테인레스강, 바닷물의 고강도 티타늄 합금 등이 노출됩니다. 교대 하중 하에서 부식 피로는 다음과 같이 나타날 수 있습니다. 부식성 환경에서 금속 피로 한계가 다소 급격하게 감소합니다. 부식 침식(또는 마찰로 인한 부식)은 부식 및 마모 요인(미끄러짐 마찰, 연마 입자의 흐름 등)을 상호 강화하는 동시에 영향을 받아 금속의 마모가 가속화됩니다. 그녀와 관련된 캐비테이션부식은 작은 진공 기포의 지속적인 출현과 "붕괴"가 금속 표면에 영향을 미치는 파괴적인 미세 유압 충격 흐름을 생성할 때 금속 주변의 공격적인 환경 흐름의 캐비테이션 모드에서 발생합니다. 가까운 다양성을 고려할 수 있습니다. 초조해하는- 진동으로 인해 표면 사이에 미세한 전단 변위가 발생하는 경우 단단히 압축되거나 회전하는 부품 사이의 접촉 지점에서 부식이 관찰됩니다.

공격적인 환경에서 금속 경계를 통해 전류가 누출되면 누출의 특성과 방향에 따라 직접 또는 간접적으로 금속의 국지적 또는 전반적인 파괴가 가속화될 수 있는 추가 양극 및 음극 반응이 발생합니다(부식). 표류 전류). 접촉 근처에 국한된 유사한 파괴는 닫힌 갈바니 전지를 형성하는 두 개의 서로 다른 금속 전해질의 접촉으로 인해 발생할 수 있습니다. 연락하다부식. 전해질이 침투하지만 금속 부동태화에 필요한 산소 접근이 어려운 부품 사이의 좁은 틈과 느슨한 코팅 또는 빌드업 아래에서 전해질이 침투하기 어려운 곳에서 전해질이 침투할 수 없습니다. 슬롯형금속의 용해가 주로 틈새에서 발생하고 음극 반응이 부분적으로 또는 완전히 개방된 표면 옆에서 발생하는 부식입니다.

강조하는 것도 관례입니다. 생물학적박테리아 및 기타 유기체의 폐기물의 영향으로 발생하는 부식, 방사능부식 - 방사성 방사선에 노출되었을 때.

부식율 표시기

주어진 환경에서 금속의 부식 속도를 확립하기 위해 일반적으로 금속 특성의 변화를 객관적으로 반영하는 일부 특성의 시간 경과에 따른 변화를 관찰합니다. 다음 지표는 부식 실습에 가장 자주 사용됩니다.

대량 변화 표시기

질량 변화 표시기는 부식의 결과로 금속 표면 S 단위당 및 시간 단위당(예: g/m·h) 샘플 질량의 변화입니다.

부식 조건에 따라 다음이 있습니다.

1. 질량 변화의 부정적인 지표
K-m=
여기서 m은 부식 생성물을 제거한 후 부식 중 금속 질량의 손실입니다.

2. 질량 변화에 대한 긍정적인 지표 K+m=
여기서 m은 부식 생성물 막의 성장으로 인한 시간 경과에 따른 금속 질량의 증가입니다.

부식 생성물의 조성이 알려진 경우 K를 K로 또는 그 반대로 변환하는 것이 가능합니다. K-m= K+m (nok A Me / n Me Aok)
여기서 A와 M은 각각 Me와 산화제의 원자 및 분자 질량이고; n과 n은 산화 환경에서 금속과 산화제의 원자가입니다.

체적 부식 지수

K는 단위 금속 표면 및 단위 시간당 공정 중에 흡수되거나 방출되는 가스 V의 부피(예: cm/cm·h)입니다.
K = 권. V/s
가스량은 일반적으로 정상 상태로 이어집니다.
전기화학적 부식과 관련하여, 예를 들어 2H + 2 방식에 따라 수소 이온의 방출로 인해 음극 탈분극 과정이 수행되는 경우 이자형= H, 또는 산소 분자의 이온화 O + 4 이자형+2H2O = 4OH; 산소(K) 및 수소(K) 표시기가 각각 입력됩니다.
부식의 수소 지수는 부식 과정에서 방출되는 H의 양으로, Su라고 합니다.
산소 부식 지수는 공정에서 흡수된 O의 부피를 Su로 나눈 값입니다.

저항 표시기

특정 테스트 시간 동안 금속 샘플의 전기 저항 변화는 부식(K)의 표시로 사용될 수도 있습니다.
КR = (R/Ro) 시간 t 동안 100%
여기서 Ro와 R은 각각 부식 전후 샘플의 전기 저항입니다.
이 방법에는 몇 가지 단점이 있습니다. 금속의 두께는 테스트 전체에서 동일해야 하며 이러한 이유로 저항률이 가장 자주 결정됩니다. 길이가 1인 샘플의 단위 면적당 전기 저항 변화(cm, mm). 이 방법은 적용에 제한이 있습니다(판금의 경우 3mm 이하). 와이어 샘플에 대해 가장 정확한 데이터가 얻어집니다. 이 방법은 용접 조인트에는 적합하지 않습니다.

기계적 부식 표시기

부식 중 금속 특성의 변화. 인장강도의 변화는 비교적 자주 사용됩니다. 강도 표시기는 다음과 같이 표현됩니다.
Ko = (in/in) 시간 t 동안 100%
여기서 c는 시간 경과에 따른 샘플 부식 후 인장 강도의 변화입니다. in - 부식 전 최대 강도.

깊이 부식 지수

K – 단위 시간당 금속 P의 파괴 깊이(예: mm/년)
부식 파괴 깊이 P는 평균 또는 최대일 수 있습니다. 깊이 부식 지수는 금속의 균일하고 불균일한 부식(국소적 포함)을 특성화하는 데 사용할 수 있습니다. 이는 밀도가 다른 금속의 부식 속도를 비교하는 데 유용합니다. 균일한 부식으로 질량, 전류 및 부피에서 깊이로의 전환이 가능합니다.

부식(라틴어 corrosio - 부식에서 유래)은 환경과의 화학적 또는 물리 화학적 상호 작용의 결과로 금속이 자발적으로 파괴되는 것입니다. 일반적으로 이는 금속, 세라믹, 목재 또는 폴리머 등 모든 재료의 파괴입니다. 부식의 원인은 구조 재료와 접촉하는 환경 내 물질의 영향에 대한 열역학적 불안정성입니다.

예를 들면 물 속에서 철의 산소 부식이 있습니다: 4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3. 수산화철 Fe(OH)3를 녹이라고 합니다.

자동차 부식 메커니즘

부식으로부터 자신을 보호하기 전에 금속 부식이 무엇인지에 대한 질문에 답할 필요가 있습니다. 일상 생활에서 부식은 금속 표면에 녹이 나타나는 현상입니다. 녹 형성의 주요 메커니즘은 무엇입니까?

현재까지 이 질문에 대한 완전한 답은 없다는 점을 인식해야 하며, 진행 중인 연구 결과에 따르면 부식 과정은 금속의 화학적 조성, 그것이 위치한 환경, 온도, 압력, 가스의 존재 등. 이러한 이유로 이 책에는 부식 이론의 가장 기본적인 정보만 포함되어 있으며, 이에 대한 지식은 차체를 적절하게 보호하는 데 필요합니다. 독자는 권장 문헌을 통해 부식 메커니즘을 더욱 완벽하게 이해할 수 있습니다.

철의 부식(즉, 이것이 우리가 더 고려할 과정입니다)은 철과 경계를 이루는 전해질과 전해질과 경계를 이루는 다른 전도체라는 두 가지 이상의 구성 요소가 추가로 있는 경우 발생합니다. 정상적인 조건에서 전해질은 빗물, 대기 수분, 눈, 도로 먼지입니다. 차체와 관련된 두 번째 도체는 대부분 지구 표면, 대기 또는 자동차 근처에 위치한 기타 외부 도체입니다. 전해질에 담긴 두 개의 전도체(이 경우 전극이라고 함)는 소위 갈바니 전지를 형성합니다. 갈바니 전지의 주요 특성은 전극이 다른 금속으로 만들어지면 그러한 요소가 전압원이 된다는 것입니다. 이 경우 양극을 양극, 음극을 음극이라고 합니다.

간단한 실험을 해보세요. 따뜻한 물 한잔에 한 숟가락의 식탁 용 소금을 녹이고 두 개의 접시 (하나는 구리이고 다른 하나는 강철)를 내립니다. 가장 간단한 전압 소스가 준비되었습니다. 전압계를 사용하면 갈바니 전지가 0.5V 미만의 작은 전압을 생성하는지 쉽게 확인할 수 있습니다. 며칠 동안 실험을 계속하면 강철 표면에 녹이 어떻게 나타나기 시작하는지 알 수 있습니다. 이 간단한 실험은 금속 부식의 메커니즘을 명확하게 보여줍니다. 이 메커니즘에 대한 설명은 다음과 같습니다.

물리학 과정에서 도체는 전자를 외부 환경으로 방출하는 능력이 특징이라는 것이 알려져 있습니다. 각 도체가 열 에너지의 영향을 받아 밖으로 날아간 다음 방해가 없으면 전기력의 영향을 받아 도체로 돌아가는 전자 구름으로 둘러싸여 있음을 분명히 상상할 수 있습니다. 금속이 전해질에 배치되면 양이온 금속 이온(즉, 전자가 외부 환경에 있는 금속 원자)이 전해질로 이동하기 시작합니다. 결과적으로 금속은 측정할 수 있는 특정 전위를 획득합니다. 실제로 금속의 전위는 전위가 0으로 가정되는 특수 표준 전극과 관련하여 결정됩니다. 표준 전극과 금속 사이에 발생하는 전위차를 표준 전극 전위(SEP)라고 합니다.

가장 흥미로운 것은 덜 활성인 금속이 있을 때 전해질에서 철이 부식되는 과정입니다. 이 경우, 활성이 더 큰 금속인 철이 양극이 되고, 활성이 덜한 금속이 음극이 됩니다. 갈바니 쌍에서는 활성이 더 높은 금속인 양극이 항상 부식됩니다.

양극 부식은 양극에서의 산화와 음극에서의 환원이라는 두 가지 유형의 반응을 동반합니다. 다음에서는 명확성을 위해 철(Fe)을 양극으로 간주하지만 부식에 관한 모든 결과는 이전에 명명된 모든 금속에 대해 적어도 질적으로 유효합니다.

산화 반응은 철 원자가 두 개의 전자를 포기하고 결과적으로 양전하를 띤 철 이온(Fe2+)으로 변환되어 양극과 접촉하는 지점에서 전해질 용액으로 들어가는 과정으로 나타낼 수 있습니다. 이 두 전자는 양극에 음전하를 부여하여 전류가 음극을 향해 흐르게 하고 그곳에서 양이온과 결합합니다. 동시에, 양극의 양이온은 전해액에 항상 존재하는 음으로 하전된 수산기(OH)와 결합합니다.

개략적으로 양극에서의 반응은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

Fe + 20Н- = Fe2+ + 2е + 20Н- = Fe(OH)2 + 2е

철 이온의 영향으로 음극에 수소 이온(H+)이 나타나 양극의 전자가 결합됩니다. 이 프로세스는 다음과 같이 개략적으로 설명됩니다.

Н+ + 2е = 2Н = Н2

저것들. 수소 발생은 음극에서 발생합니다.

양극 반응과 음극 반응이 결합되면 일반적인 부식 반응이 발생합니다.

Fe + 2H20 = Fe(OH)2 + H2

따라서 철은 물 및 덜 활성인 금속과 결합하여 일반적으로 녹이라고 불리는 수산화철로 변합니다.

물에 추가 염이 존재하면 전해질의 전도성이 증가하고 결과적으로 양극의 산화 속도가 증가합니다. 이 경우 염화제2철과 염산용액이 추가로 생성된다. 이것이 매년 겨울마다 도로 작업자가 운전자를 위해 만드는 조건입니다. 그러나 강수량과 함께 내리는 산성비 역시 자동차의 수명에 기여하지 않는다.

부식의 중요한 특성은 부식률이며, 이는 단위 시간당 금속에 부식이 침투하는 깊이로 정의됩니다. 철의 경우 가장 일반적인 부식 속도는 0.05-0.02nm/년 범위입니다. 부식율의 주어진 값에 따르면 자동차를 5년 동안 작동하면서 페인트 코팅이 손상되면 금속 두께가 0.25-1mm 감소할 수 있습니다. 즉, 실제로 특별한 보호 조치를 취하는 경우 제공되지 않으면 금속이 녹슬게 됩니다.

설명된 부식 메커니즘은 이 현상을 방지하는 주요 방법도 나타냅니다. 기본적인 방법은 음극이나 전해질을 제거하는 것이지만, 이 방법은 자동차가 환경, 특히 지구 표면으로부터 격리될 수 없기 때문에 가장 적합하지 않습니다. 코팅을 사용하여 전해질에서 금속을 분리하거나 차체를 양극에서 음극으로 변환하는 두 가지 옵션이 남아 있습니다.

첫 번째 방법은 모든 자동차 애호가에게 알려져 있으며 실제로 널리 사용되지만 부식을 막지는 못하고 금속이 녹슬지 않도록 보호할 뿐입니다. 도장이 손상되면 부식으로 인해 금속이 부식되기 시작하며, 도장을 다시 적용하려면 많은 시간과 재료 비용이 소요됩니다(부록 1, 2).

차체의 가장 취약한 부분은 문턱, 내부 빔, 사이드 멤버, 기둥, 도어 내부 표면, 천장 및 거의 차체 전체와 같은 숨겨진 구멍과 틈새입니다(부록 1 참조). 숨겨진 균열과 구멍의 복잡한 모양으로 인해 도장 표면과 도장 자체를 적절하게 준비하는 것이 어렵고 종종 불가능하며, 이러한 위치에서 구부러진 금속의 내부 응력은 심한 부식에 기여합니다. 이러한 조건에서 승용차 차체가 고장나기 전까지의 수명은 6년입니다.

동시에 저자는 정기적인 도장 복원의 중요성을 부정하지 않고 차체를 부식으로부터 보호하는 근본적으로 다른 방법, 즉 차체의 전위를 변경하여 부식 과정 자체를 완전히 중단하는 방법에 주목합니다. . 문헌에서는 이 방법을 음극 보호라고 합니다.

금속의 음극 보호는 부식 속도가 갈바니 쌍을 형성하는 금속의 활동에 비례한다는 사실에 기초합니다. 정상적인 조건에서 차체는 양극이므로 부식됩니다. 외부 전압원을 사용하거나 보다 활성이 높은 금속과 접촉하여 외부 환경에 대한 신체의 전위를 변경하면 차체 자체가 음극이 되어 전혀 부식되지 않습니다(적어도 부식 속도는 수백 배 감소하고 양극은 열화되기 시작합니다. 보호되는 금속의 전위를 변경하는 방법에 따라 희생 보호와 전기 화학적 보호가 구별됩니다. 그러나 보호 방법을 고려하기 전에 다양한 작동 조건에서 자동차 부식의 특성을 설명하는 것이 좋습니다.

작동 중 자동차 부식 및 이를 방지하는 수동적 방법

자동차의 보관 조건은 차체 부식에 특별한 영향을 미칩니다. 이는 자동차가 대부분의 시간 동안 차고에 주차되어 있고 움직이는 시간은 극히 일부에 불과하기 때문입니다. 운전하는 동안 자동차는 신선한 공기를 집중적으로 불어서 "환기"합니다. 이는 다른 모든 조건이 동일할 때 부식 속도를 감소시킵니다.

첫 번째 근사치로서 보관 조건은 개방형 주차장(차양 아래 포함)에 자동차를 보관하는 것과 차고에 자동차를 보관하는 것으로 나눌 수 있습니다. 저장 옵션을 고려해 봅시다.

개방형 주차장에서 자동차 부식

개방형 주차장에서 차량은 대기 중 습기와 강수량에 지속적으로 노출됩니다. 따뜻한 계절의 습도가 낮고 평균인 조건에서 기온이 변하면(예: 저녁 또는 이른 아침) 대기 수분이 차량 내부와 외부의 전체 표면에 응축됩니다. 가장 큰 축적은 숨겨진 구멍(문지방, 측면 부재, 기둥, 문 내부 표면, 장식용 실내 장식품 아래의 천장)에서 관찰됩니다. 온도가 상승하면 습기는 열린 표면에서 증발하지만 오랫동안 숨겨진 구멍에 남아 있습니다. 결과적으로, 일반적으로 신체의 접근하기 어려운 부분이 다른 부분보다 부식으로 더 많이 고통받습니다. 습도가 높거나 강수 중에 수분은 자동차 외부 표면 전체에 어느 정도 고르게 분포되며, 이 경우 정체되지 않기 때문에 부식 과정이 최소한으로 발생합니다.

그러나 이 경우 자동차 내부에 습기가 축적될 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 개방형 주차장에 자동차를 보관할 때 차체 내부 표면이 부식되기 가장 쉽습니다. 외부 표면은 도장이 손상된 곳에서만 부식됩니다.

이상하게 보일 수도 있지만 텐트 아래에 차량을 보관할 때는 추가적인 예방 조치를 취해야 합니다. 차양(예: 타포린으로 제작)은 먼지, 오물, 눈 및 부분적으로 물로부터 자동차를 안정적으로 보호하지만 공기 습기에 대한 노출로부터 자동차를 전혀 보호하지는 않습니다. 또한, 어닝 아래에 습기가 응결되어 차체에 오랫동안 남아있게 됩니다. 따라서 차양 아래의 자동차는 마치 수조에있어 밤의 시원함 이후 기온이 상승하는 여름에 자동차 부식에 기여합니다. 이 경우 녹이 발생하는 메커니즘은 앞선 논의에서 명확하다. 차체와 습한 공기는 함께 차체가 양극인 갈바니 커플을 형성합니다. 커버가 자동차 표면에 닿으면 페인트 코팅도 부식을 방지할 수 없으며 페인트를 통해 녹이 보입니다.

일반적으로 여름 아침 안개 몇 개만 있어도 새 차가 녹슨 금속 더미로 변할 수 있습니다. 따라서 차양을 차양으로 덮는 경우 반드시 다음 규칙을 따르십시오.

1. 커버가 차체에 닿지 ​​않도록 하십시오.
2. 덮개 아래에 공기 환기를 제공하십시오.
3. 주기적으로, 특히 습도와 온도 변화가 높은 기간에는 커버를 제거하고 차량을 환기시키십시오.

이러한 규칙은 다양한 방법으로 실행될 수 있습니다.

사다리 형태의 프레임은 40x40mm 크기의 두랄루민 모서리로 만들어집니다. 프레임의 길이는 자동차의 길이에 해당하고, 프레임의 너비는 자동차의 너비보다 약간 큽니다. 미들 프레임 크로스 멤버는 나사나 로프를 사용하여 차량의 루프 랙에 고정됩니다.

결과 프레임 위에 직사각형 타포린이 던져집니다. 이 디자인은 비와 먼지로부터 차량을 보호하고, 통풍이 잘 되며(앞면과 뒷면 벽이 없기 때문에) 몇 분 안에 분해 및 조립이 가능합니다.

차고에 보관하면 자동차 부식

언뜻보기에 차고는 외부 강수로부터 자동차를 보호하기 때문에 자동차의 장기 보관을위한 최상의 조건이 차고에 만들어집니다. 그러나 수많은 연구에 따르면 이는 습도가 낮은 경우에만 해당되는 것으로 나타났습니다. 습도가 높은 조건(중간 지역에서는 가을, 특히 봄이 포함됨, 즉 거의 6개월)에서 콘크리트 바닥이 있는 일반 강철 상자의 금속 부식 속도는 1mm/년으로, 이는 5-20배입니다. 야외에서의 비율보다 높습니다. 언뜻보기에 역설적 인 현상의 이유는 차고의 금속 벽이 부식 속도를 증가시키는 추가 음극의 예이기 때문입니다. 이렇게 큰 추가 음극이 있으면 전체 하우징 내부와 외부 모두에서 부식이 발생합니다. 이 경우 바닥, 바닥, 바퀴 테두리 및 변속기와 같이 더 습한 대기의 하층에 위치한 신체 부위가 더 큰 영향을 받습니다.

차를 더 잘 보존하려면 차고 벽을 칠해야 하며 바닥은 지하수로부터 안전하게 보호되어야 합니다. 이를 위해 콘크리트, 아스팔트 또는 쇄석을 깔기 전에 바닥 표면을 완전히 덮을 폴리에틸렌 시트를 바닥에 놓으십시오. 따라서 바닥에 포함된 습기로부터 차고를 안정적으로 보호할 수 있으며 이는 해당 기간 동안 특히 중요합니다. 가을비와 봄 홍수. 일부 자동차 애호가는 차고의 벽과 바닥을 나무로 덮습니다. 그러나 이러한 차량 보호는 화재 안전을 급격히 감소시킵니다. 따라서 가능하다면 석면 코팅이나 유리 섬유를 사용하는 것이 좋습니다. 차고를 마련할 때는 반드시 환기를 시키십시오. 차고 환기는 지속적인 공기 교환을 촉진하고 공기 습도를 줄여 부식 속도를 늦춥니다. 차고 환기를 제공하는 가장 간단한 방법은 바닥 위 30-40cm 높이, 차고 지붕 위 1m 높이에 수직으로 설치된 석면 파이프를 사용하는 것입니다.

50-60m3의 표준 차고의 파이프 직경은 최소 20cm이어야합니다. 비가 파이프를 통해 차고로 들어가는 것을 방지하려면 상단을 금속 원뿔로 장식하십시오. 접지.

움직이는 자동차 부식

일반적으로 운전 중에는 차체 부식 속도가 감소합니다. 이러한 현상이 나타나는 이유는 다가오는 공기가 차체에 집중적으로 불어오면서 차체 외부와 내부 모두 공기 습도가 감소하기 때문입니다. 그러나 더럽거나 젖은 도로를 운전할 때 겨울철 도로에 뿌려진 비, 눈, 염분이 차체에 미치는 영향과 모래, 작은 돌, 유빙 및 진동의 기계적 효과가 결합되어 코팅의 노화 및 파괴. 이 경우 가장 취약한 부분은 차량의 전면 및 후면 날개 내부 표면, 바닥, 변속기 및 서스펜션입니다. 습기와 결합된 기계적 스트레스로 인해 차체의 이러한 부분이 먼저 부식되기 시작합니다.

움직이는 자동차의 차체를 보호하는 가장 잘 알려진 방법은 바닥의 부식 방지 처리와 펜더 라이너를 사용하는 것입니다. 바닥에 가장 적합한 보호 코팅은 고무 수지를 기반으로 한 코팅으로 금속과의 접착력이 뛰어나며 기계 입자(모래, 먼지)가 붙어 금속에 닿지 않는 두껍고 느슨한 층을 형성합니다.

펜더 라이너는 먼지와 모래의 기계적 영향으로부터 날개의 내부 표면을 완벽하게 보호합니다. 동시에, 펜더 라이너와 보호하는 표면 사이에 닫힌 공간이 형성되어 습기가 축적됩니다. 따라서 펜더 라이너 설치 시 환기를 위해 공기의 자유로운 접근이 보장되어야 하며, 차량을 장기간 주차할 경우 펜더 라이너를 제거하는 것이 좋습니다.

위의 사실과 자동차 애호가들이 직접 관찰한 내용은 차체 부식이 발생하는 다양한 조건을 나타냅니다. 이 다양성 중에서 우리는 가장 큰 영향을 미치는 두 가지 조건, 즉 국지적 수분 축적 장소의 형성과 차체 내부 및 외부 표면 전체에 걸친 수분 응축을 강조합니다. 이러한 경우에는 음극 보호 방법이 고려됩니다.

금속 부식– 금속(합금)과 환경 사이의 물리화학적 또는 화학적 상호작용으로 인해 금속(합금), 환경 또는 이를 포함하는 기술 시스템의 기능적 특성이 저하됩니다.

부식이라는 단어는 라틴어 "corrodo"- "gnaw"(후기 라틴어 "corrosio"는 "부식"을 의미)에서 유래되었습니다.

부식은 금속과 환경 사이의 경계면에서 발생하는 금속과 환경 물질 간의 화학 반응으로 인해 발생합니다. 대부분의 경우 이는 금속이 접촉하는 용액에 포함된 대기 산소 또는 산에 의한 금속의 산화입니다. 철을 포함하여 수소의 왼쪽에 있는 전압 계열(활성 계열)에 위치한 금속은 특히 이에 취약합니다.

부식으로 인해 철이 녹슬게 됩니다. 이 프로세스는 매우 복잡하며 여러 단계를 포함합니다. 이는 요약 방정식으로 설명할 수 있습니다.

4Fe + 6H 2 O (수분) + 3O 2 (공기) = 4Fe(OH) 3

수산화철(III)은 매우 불안정하여 빠르게 물을 잃고 산화철(III)로 변합니다. 이 화합물은 철 표면을 추가 산화로부터 보호하지 않습니다. 결과적으로 철 물체는 완전히 파괴될 수 있습니다.

매우 활동적인 금속(예: 알루미늄)을 포함한 많은 금속은 부식되면 조밀하고 잘 결합된 산화막으로 덮여 있어 산화제가 더 깊은 층으로 침투하는 것을 방지하여 금속을 부식으로부터 보호합니다. 이 필름이 제거되면 금속은 공기 중의 수분 및 산소와 상호 작용하기 시작합니다.

정상적인 조건에서 알루미늄은 공기와 물, 심지어 끓는 물에도 저항력이 있지만 수은이 알루미늄 표면에 적용되면 생성된 아말감이 산화막을 파괴하여 표면에서 밀어내고 금속은 빠르게 흰색 알루미늄 조각으로 변합니다. 메타수산화물:

4Al + 2H2O + 3O2 = 4AlO(OH)

융합된 알루미늄은 물과 반응하여 수소를 방출합니다.

2Al + 4H2O = 2AlO(OH) + 3H2

일부 비활성 금속도 부식되기 쉽습니다. 습한 공기에서는 염기성 염 혼합물이 형성되어 구리 표면이 녹색 코팅(녹청)으로 덮입니다.

때때로 금속이 부식될 때 일어나는 것은 산화가 아니라 합금에 포함된 일부 원소의 환원입니다. 예를 들어, 높은 압력과 온도에서 강철에 포함된 탄화물은 수소에 의해 환원됩니다.

수소 존재 시 금속이 파괴되는 현상은 19세기 중반에 발견되었습니다. 프랑스 엔지니어 Sainte-Claire Deville은 총신이 예기치 않게 파열되는 원인을 연구했습니다. 화학 분석 중에 그는 금속에서 수소를 발견했습니다. Deville은 강철의 강도가 갑자기 떨어지는 이유가 수소 포화 때문이라고 판단했습니다.

수소는 가장 중요한 산업 화학 공정 중 하나인 암모니아 합성을 위한 장비 설계자에게 많은 문제를 일으켰습니다. 이 합성을 위한 첫 번째 장치는 수십 시간만 지속되었으며 그 후 작은 부품으로 부서졌습니다. 강철에 티타늄, 바나듐 또는 몰리브덴을 추가하는 것만으로도 이 문제를 해결하는 데 도움이 되었습니다.

금속 부식에는 특히 원자로의 냉각제로 사용되는 액체 용융 금속(나트륨, 납, 비스무트)에 용해되는 것도 포함될 수 있습니다.

화학양론적 측면에서 금속 부식을 설명하는 반응은 매우 간단하지만 메커니즘 측면에서는 복잡한 이질적 과정에 속합니다. 부식 메커니즘은 주로 공격적인 환경의 유형에 따라 결정됩니다.

금속 물질이 화학적 활성 가스와 접촉하면 표면에 반응 생성물 막이 나타납니다. 금속과 가스 사이의 추가 접촉을 방지합니다. 이 필름을 통해 반응 물질의 역확산이 발생하면 반응이 계속됩니다. 이 과정은 고온에서 촉진됩니다. 부식이 진행되는 동안 제품 필름은 지속적으로 두꺼워지고 금속은 파괴됩니다. 고온을 사용하는 야금 및 기타 산업은 가스 부식으로 인해 큰 손실을 입습니다.

부식은 전해질 환경에서 가장 흔하게 발생합니다. 일부 기술 공정에서는 금속이 용융된 전해질과 접촉합니다. 그러나 가장 흔히 부식은 전해질 용액에서 발생합니다. 금속을 액체에 완전히 담글 필요는 없습니다. 전해질 용액은 금속 표면에 얇은 막 형태로 존재할 수 있습니다. 금속 주변 환경(토양, 콘크리트 등)에 침투하는 경우가 많습니다.

모스크바의 지하철 교량과 Leninskie Gory 역을 건설하는 동안 아직 굳지 않은 콘크리트의 동결을 방지하기 위해 다량의 염화나트륨을 콘크리트에 첨가했습니다. 역은 최단 기간(단 15개월)에 건설되어 1959년 1월 12일에 개통되었습니다. 그러나 콘크리트에 존재하는 염화나트륨으로 인해 철근 보강재가 파괴되었습니다. 철근 콘크리트 구조물의 60%가 부식되어 역 재건축을 위해 폐쇄되었습니다. , 거의 10년 동안 지속됨. 2002년 1월 14일에야 지하철 다리와 Vorobyovy Gory라는 역이 다시 개통되었습니다.

도로와 보도에서 눈과 얼음을 제거하기 위해 소금(보통 염화나트륨 또는 염화칼슘)을 사용하면 금속이 더 빨리 분해됩니다. 차량과 지하 통신이 심각한 영향을 받습니다. 미국에서만 눈과 얼음을 방지하기 위해 소금을 사용하면 엔진 부식으로 인해 연간 약 20억 달러의 손실이 발생하고 도로, 지하 고속도로 및 교량의 추가 수리에 5억 달러가 발생하는 것으로 추산됩니다.

전해질 환경에서 부식은 금속에 산소, 물 또는 산이 작용하는 것뿐만 아니라 전기화학적 공정에 의해서도 발생합니다. 이미 19세기 초에 말이죠. 전기화학적 부식은 영국 과학자 Humphry Davy와 Michael Faraday가 연구했습니다. 전기화학적 부식에 대한 최초의 이론은 1830년 스위스 과학자 De la Rive에 의해 제시되었습니다. 두 개의 서로 다른 금속이 접촉하는 지점에서 부식이 발생하는 것을 설명했습니다.

전기화학적 부식은 다양한 메커니즘과 장치에서 전기화학적 전압 계열의 오른쪽에 위치한 덜 활성인 금속과 접촉하게 되는 보다 활성인 금속의 급속한 파괴로 이어집니다. 바닷물에서 작동하는 철이나 알루미늄 구조물에 구리나 황동 부품을 사용하면 부식이 크게 증가합니다. 철판을 구리 리벳으로 고정한 선박이 파괴되고 침몰하는 사례가 알려져 있습니다.

알루미늄과 티타늄은 별도로 해수에 대한 저항력이 있지만 수중 사진 장비 하우징과 같은 한 제품에 접촉하면 알루미늄이 매우 빠르게 분해되어 하우징이 누출됩니다.

전기화학 공정은 균질한 금속에서도 발생할 수 있습니다. 벌크 및 경계의 금속 입자 구성, 불균일한 기계적 응력, 미세 불순물 등의 차이가 있는 경우 활성화됩니다. Vladimir Aleksandrovich Kistyakovsky(1865-1952)와 Alexander Naumovich Frumkin(1895-1976)을 포함하여 많은 동포들이 금속 재료의 전기화학적 부식에 대한 일반 이론 개발에 참여했습니다.

전기 화학적 부식이 발생하는 이유 중 하나는 전기 회로에서 전류의 일부가 금속 구조물에 떨어지는 토양이나 수용액으로 누출되어 나타나는 표류 전류입니다. 전류가 이러한 구조를 벗어나면 금속이 토양이나 물에 다시 용해되기 시작합니다. 표류 전류의 영향을 받는 이러한 금속 파괴 영역은 특히 지상 전기 운송(트램 라인, 전기 철도 운송) 영역에서 자주 관찰됩니다. 이러한 전류는 수 암페어에 도달하여 큰 부식 손상을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 1A의 전류를 1년 동안 흐르게 하면 철 9.1kg, 아연 10.7kg, 납 33.4kg이 용해됩니다.

부식은 방사선뿐만 아니라 박테리아 및 기타 유기체의 폐기물의 영향으로 발생할 수도 있습니다. 금속 구조물 표면의 박테리아 발생은 생물부식 현상과 관련이 있습니다. 작은 해양 생물이 있는 선박 수중 부분의 오염도 부식 과정에 영향을 미칩니다.

금속이 외부 환경과 기계적 응력에 동시에 노출되면 모든 부식 과정이 활성화됩니다. 이는 금속의 열적 안정성을 감소시키고 금속 표면의 산화막을 파괴하며 균열과 불균일이 나타나는 곳에서 전기 화학적 과정을 강화하기 때문입니다.

부식은 돌이킬 수 없는 엄청난 양의 금속 손실을 가져오며, 매년 생산된 철의 약 10%가 완전히 파괴됩니다. 러시아 과학 아카데미 물리 화학 연구소에 따르면 러시아의 여섯 번째 용광로마다 헛되이 작동합니다. 모든 제련 된 금속이 녹으로 변합니다. 금속 구조물, 농업 및 운송 차량, 산업 장비의 파괴로 인해 가동 중지 시간, 사고 및 제품 품질 저하가 발생합니다. 부식 가능성을 고려하면 고압 장치, 증기 보일러, 독성 및 방사성 물질을 담는 금속 용기 등을 제조할 때 금속 비용이 증가합니다. 이는 전반적인 부식 손실을 증가시킵니다. 부식 방지 보호를 위해 상당한 금액의 돈을 지출해야 합니다. 직접 손실, 간접 손실 및 부식 방지 비용의 비율은 (3–4):1:1로 추정됩니다. 선진국에서는 부식으로 인한 피해가 국민 소득의 4%에 달합니다. 우리나라에서는 연간 수십억 루블에 이릅니다.

금속 생산량의 지속적인 증가와 조업 조건의 강화로 인해 부식 문제는 지속적으로 악화되고 있습니다. 금속 구조물이 사용되는 환경은 오염으로 인해 점점 더 공격적으로 변하고 있습니다. 기술에 사용되는 금속 제품은 점점 더 높은 온도와 압력, 강력한 가스 및 액체 흐름 조건에서 작동합니다. 따라서 금속 재료를 부식으로부터 보호하는 문제가 점점 더 중요해지고 있습니다. 금속 부식을 완전히 방지하는 것은 불가능하므로 이를 방지하는 유일한 방법은 속도를 늦추는 방법을 찾는 것입니다.

부식으로부터 금속을 보호하는 문제는 거의 사용 초기에 발생했습니다. 사람들은 지방, 기름의 도움을 받아 대기 영향으로부터 금속을 보호하려고 노력했으며 나중에는 다른 금속, 특히 저융점 주석(주석 도금)으로 코팅했습니다. 고대 그리스 역사가 헤로도토스(기원전 5세기)와 고대 로마 과학자 플리니우스(기원전 1세기)의 저서에는 철이 녹슬지 않도록 보호하기 위해 주석을 사용했다는 언급이 이미 나와 있습니다. 현재 부식 방지 작업은 동시에 여러 방향에서 진행되고 있습니다. 즉, 금속 제품이 작동하는 환경을 바꾸고, 재료 자체의 내식성에 영향을 미치고, 금속과 외부의 공격적인 물질 사이의 접촉을 방지하려고 노력하고 있습니다. 환경.

부식은 아르곤 분위기와 같은 불활성 환경에서만 완벽하게 방지할 수 있지만, 대부분의 경우 구조 및 메커니즘 작동 중에는 실제로 이러한 환경을 조성하는 것이 불가능합니다. 실제로 매체의 부식성을 줄이기 위해 매체에서 가장 반응성이 높은 성분을 제거하려고 합니다. 예를 들어 금속이 접촉할 수 있는 수용액과 토양의 산도를 줄입니다. 철 및 그 합금, 구리, 황동, 아연 및 납의 부식을 방지하는 방법 중 하나는 수용액에서 산소와 이산화탄소를 제거하는 것입니다. 에너지 부문과 일부 기술 부문에서 물에는 국부적 부식을 자극하는 염화물이 없습니다. 토양 산도를 줄이기 위해 석회가 수행됩니다.

대기의 공격성은 습도에 따라 크게 달라집니다. 모든 금속에는 특정 임계 상대 습도가 있으며, 그 이하에서는 대기 부식이 발생하지 않습니다. 철, 구리, 니켈, 아연의 경우 50~70%입니다. 때로는 역사적 가치가 있는 물품을 보존하기 위해 온도를 인위적으로 이슬점 이상으로 유지하기도 합니다. 밀폐된 공간(예: 포장 상자)에서는 실리카겔이나 기타 흡착제를 사용하여 습도를 줄입니다. 산업 환경의 공격성은 주로 연료 연소 생성물( 센티미터. 환경 오염). 산성비를 예방하고 유해한 가스 배출을 제거하면 부식으로 인한 손실을 줄이는 데 도움이 됩니다.

수용액에 소량(보통 1% 미만)을 첨가하는 부식 억제제를 사용하면 수용액 환경에서 금속 파괴를 늦출 수 있습니다. 이들은 금속 표면의 부동태화, 즉 얇고 조밀한 산화물막 또는 기타 난용성 화합물의 형성을 촉진하여 주물질의 파괴를 방지합니다. 이를 위해 일부 나트륨염(탄산염, 규산염, 붕산염) 및 기타 화합물이 사용됩니다. 면도날을 크롬산 칼륨 용액에 담그면 훨씬 더 오래 지속됩니다. 무기 억제제보다 더 효과적인 유기 억제제가 종종 사용됩니다.

부식 방지 방법 중 하나는 내부식성이 더 높은 신소재 개발을 기반으로 합니다. 부식성 금속을 대체할 물질을 찾는 연구가 진행 중입니다. 플라스틱, 세라믹, 유리, 고무, 석면 및 콘크리트는 환경 영향에 더 강하지만 다른 많은 특성에서는 여전히 주요 구조 재료로 사용되는 금속보다 열등합니다.

귀금속은 실질적으로 부식에 강하지만 광범위하게 사용하기에는 너무 비싸므로 비부식성 전기 접점 제조와 같은 가장 중요한 부품에만 사용됩니다. 니켈, 알루미늄, 구리, 티타늄 및 이를 기반으로 한 합금은 내식성이 높습니다. 그들의 생산량은 매우 빠르게 증가하고 있지만 지금도 가장 접근하기 쉽고 널리 사용되는 금속은 빠르게 녹슬고 있는 철로 남아 있습니다. 합금화는 철 기반 합금에 내식성을 부여하기 위해 종종 사용됩니다. 이것이 철 외에 크롬과 니켈이 포함된 스테인레스강을 얻는 방법입니다. 우리 시대에 가장 흔한 스테인리스강인 18~8등급(크롬 18%, 니켈 8%)은 1923년에 등장했습니다. 습기와 산소에 상당히 강합니다. 우리나라 최초의 스테인레스 스틸은 1924년 Zlatoust에서 제련되었습니다. 요즘에는 크롬과 니켈 외에도 망간, 몰리브덴, 텅스텐 및 기타 화학 원소를 포함하는 다양한 등급의 강철이 개발되었습니다. 아연, 알루미늄 및 크롬과 저렴한 철 합금의 표면 합금이 종종 사용됩니다.

대기 부식에 저항하기 위해 습기 및 대기 산소에 더 강한 다른 금속의 얇은 코팅이 철강 제품에 적용됩니다. 크롬 및 니켈 도금이 자주 사용됩니다. 크롬 도금에는 균열이 있는 경우가 많기 때문에 일반적으로 장식성이 덜한 니켈 도금 위에 적용됩니다. 식품에서 발견되는 유기산에 의한 부식으로부터 주석 캔을 보호하려면 상당한 양의 주석이 필요합니다. 오랫동안 카드뮴은 주방용품 코팅에 사용됐지만, 이제는 이 금속이 건강에 유해하다는 사실이 알려지면서 카드뮴 코팅은 기술 분야에서만 사용된다.

부식 속도를 늦추기 위해 바니시와 페인트, 미네랄 오일 및 윤활제가 금속 표면에 도포됩니다. 지하 구조물은 두꺼운 역청 또는 폴리에틸렌 층으로 덮여 있습니다. 강철 파이프와 탱크의 내부 표면은 값싼 시멘트 코팅으로 보호됩니다.

도장 작업의 신뢰성을 높이기 위해 금속 표면의 먼지와 부식 생성물을 철저히 청소하고 특수 처리를 실시합니다. 철강 제품의 경우 오르토인산(H 3 PO 4) 및 그 염을 함유한 소위 녹 변환기가 사용됩니다. 그들은 잔류 산화물을 용해시키고 조밀하고 내구성 있는 인산염 피막을 형성하여 한동안 제품 표면을 보호할 수 있습니다. 그런 다음 금속은 표면에 잘 접착되고 보호 특성을 가져야 하는 프라이머 층으로 코팅됩니다(보통 적연 또는 아연 크롬산염이 사용됨). 그 후에만 바니시나 페인트를 칠할 수 있습니다.

부식을 방지하는 가장 효과적인 방법 중 하나는 전기화학적 보호입니다. 시추 플랫폼, 용접 금속 베이스 및 지하 파이프라인을 보호하기 위해 외부 전류 소스에 음극으로 연결됩니다. 보조 불활성 전극이 양극으로 사용됩니다.

이러한 보호의 또 다른 버전은 상대적으로 작은 강철 구조물이나 추가로 절연된 금속 물체(예: 파이프라인)에 사용됩니다. 이 경우 보호 장치가 사용됩니다. 상대적으로 활성이 있는 금속(보통 마그네슘, 아연, 알루미늄 및 그 합금)으로 만들어진 양극은 점차적으로 붕괴되어 주 물체를 보호합니다. 하나의 마그네슘 양극 덕분에 최대 8km의 파이프라인이 보호됩니다. 트레드 보호가 널리 퍼져 있습니다. 예를 들어, 미국에서는 매년 약 11.5,000톤의 알루미늄이 보호 장치 생산에 사용됩니다.

왼쪽의 전압 계열에 위치한 보다 활동적인 다른 금속으로 한 금속을 보호하는 것은 전위차를 가하지 않고 효과적입니다. 활성이 더 높은 금속(예: 철 표면의 아연)은 활성이 덜한 금속을 파괴로부터 보호합니다.

부식 방지를 위한 전기화학적 방법에는 표유 전류에 의한 구조물 파괴 방지도 포함됩니다. 이러한 부식을 제거하는 방법 중 하나는 트램이나 전기 열차가 이동하는 레일과 함께 표유 전류가 흐르는 구조물 부분에 금속 도체를 연결하는 것입니다.

엘레나 사빈키나

금속 부식
자발적인 물리적, 화학적 파괴와 유용한 금속이 쓸모없는 화합물로 변형되는 것입니다. 액체든 가스든 대부분의 환경 구성 요소는 금속 부식에 영향을 미칩니다. 지속적인 자연 영향으로 인해 강철 구조물의 부식, 차체 손상, 크롬 코팅에 구멍(에칭 구멍) 형성 등이 발생합니다. 이러한 예에서 금속 표면은 눈에 띄게 파괴되지만 부식의 개념에는 금속 결정 사이의 경계면과 같은 내부 파괴 작용의 경우도 포함됩니다. 이러한 소위 구조적(결정간) 부식은 외부적으로 눈에 띄지 않게 발생하지만 고장이나 심지어 사고로 이어질 수 있습니다. 금속 부품의 예상치 못한 손상은 응력, 특히 금속 부식 피로와 관련된 경우가 많습니다. 부식이 항상 파괴적인 것은 아닙니다. 예를 들어, 청동 조각품에서 흔히 볼 수 있는 녹색 녹청은 산화구리로, 이는 산화막 아래의 금속을 추가 대기 부식으로부터 효과적으로 보호합니다. 이것은 많은 고대 청동 및 구리 주화의 우수한 상태를 설명합니다. 부식 제어는 잘 알려진 과학적 원리를 기반으로 개발된 보호 방법을 사용하여 수행되지만 이는 현대 기술의 가장 심각하고 어려운 문제 중 하나로 남아 있습니다. 좋아요. 매년 전체 금속량의 20%가 부식으로 인해 손실되며, 부식 방지를 위해 막대한 비용이 지출됩니다.
부식의 전기화학적 성질. M. Faraday(1830-1840)는 전기화학적 부식 이론의 기초가 되는 화학 반응과 전류 사이의 연관성을 확립했습니다. 그러나 부식 과정에 대한 자세한 이해는 20세기 초에야 이루어졌습니다. 과학으로서의 전기화학은 18세기에 탄생했습니다. 최초의 갈바니 소자(볼타 기둥)의 A. Volt(1799)의 발명 덕분에 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 연속 전류를 얻었습니다. 볼타 전지는 두 개의 서로 다른 금속(전극)이 전기를 전도할 수 있는 수용액(전해질)에 부분적으로 잠겨 있는 단일 전기화학 전지로 구성됩니다. 전해질 외부의 전극은 전기 전도체(금속 와이어)로 연결됩니다. 한 전극("양극")은 전해질에 용해(부식)되어 용액으로 들어가는 금속 이온을 생성하고, 다른 전극("음극")에는 수소 이온이 축적됩니다. 전해질 내 양이온의 흐름은 외부 회로에서 양극에서 음극으로 전자 전류(전류)가 통과함으로써 보상됩니다.

용액 속으로 들어가는 금속 이온은 용액의 성분과 반응하여 부식 생성물을 생성합니다. 이러한 제품은 용해성인 경우가 많으며 금속 양극의 추가 부식을 방지하지 못합니다. 따라서 강철 표면과 같은 두 개의 인접한 영역의 구성이나 구조가 서로 약간이라도 다른 경우 적절한(예: 습한) 환경에서 부식 셀이 이 위치에 형성됩니다. 한 영역은 다른 영역의 양극이며 부식되는 영역은 바로 이 영역입니다. 따라서 금속의 모든 작은 국부적 불균일성은 양극-음극 마이크로셀을 형성하며, 이러한 이유로 금속 표면에는 잠재적으로 부식되기 쉬운 수많은 영역이 포함되어 있습니다. 강철을 일반 물이나 거의 모든 수분 함유 액체에 담그면 적합한 전해질이 이미 준비된 것입니다. 적당히 습한 환경에서도 수분 응결이 금속 표면에 침전되어 전기화학 전지가 형성됩니다. 이미 언급한 바와 같이, 전기화학 전지는 전해질에 담긴 전극(즉, 두 개의 반쪽 전지)으로 구성됩니다. 전기화학 전지의 전위(기전력, EMF)는 두 반쪽 전지의 전극 사이의 전위차와 동일합니다. 전극 전위는 수소 기준 전극을 기준으로 측정됩니다. 금속의 측정된 전극 전위는 일련의 전압으로 감소되며 귀금속(금, 백금, 은 등)은 시리즈의 오른쪽 끝에 있고 양의 전위 값을 갖습니다. 일반적으로 기본 금속(마그네슘, 알루미늄 등)은 강한 음전위를 가지며 수소 왼쪽 행의 시작 부분에 더 가깝습니다. 응력 계열에서 금속의 위치는 부식에 대한 저항성을 나타내며 계열의 시작부터 끝까지 증가합니다. 왼쪽에서 오른쪽으로.
또한 전기화학; 전해질.
양극화.전해질의 양이온(수소) 이온이 음극을 향해 이동한 후 방전되면 음극에서 분자 수소가 형성되어 이 전극의 전위가 변경됩니다. 즉, 역부호(고정) 전위가 설정됩니다. 전체 셀 전압을 감소시킵니다. 셀의 전류는 매우 작은 값으로 매우 빠르게 떨어집니다. 이 경우 셀은 "분극화"되었다고 합니다. 이 조건에는 부식 감소 또는 중단이 포함됩니다. 그러나 전해질에 용해된 산소와 수소의 상호 작용은 이 효과를 무효화할 수 있으며, 이것이 바로 산소를 "감극제"라고 부르는 이유입니다. 분극 효과는 산소 부족으로 인해 고인 물에서 부식 속도가 감소하는 것으로 나타나는 경우도 있지만, 액체 매질의 대류 효과는 일반적으로 음극 표면에 용존 산소를 공급하기에 충분하기 때문에 이러한 경우는 흔하지 않습니다. 금속 표면에 감극제(일반적으로 산소)가 고르지 않게 분포되어 있으면 부식이 발생할 수 있습니다. 이는 전기화학 전지에서와 동일한 방식으로 부식이 발생하는 산소 농축 전지를 생성하기 때문입니다.
수동성 및 기타 양극 효과.부동태화라는 용어는 원래 농축된 질산 용액에 담긴 철의 내식성을 나타내는 데 사용되었습니다. 그러나 이는 특정 조건에서 많은 금속이 수동 상태에 있기 때문에 보다 일반적인 현상입니다. 수동성 현상은 1836년 패러데이(Faraday)에 의해 설명되었는데, 그는 금속 표면의 화학 반응의 결과로 극도로 얇은 산화막이 형성되어 발생한다는 사실을 밝혔습니다. 이러한 필름은 복원(화학적 변화)될 수 있으며, 금속은 더 음전위를 갖는 금속(예: 아연 근처의 철)과 접촉하면 다시 활성화됩니다. 이 경우, 수동 금속이 음극이 되는 갈바니 쌍이 형성됩니다. 음극에서 방출된 수소는 보호 산화막을 복원합니다. 알루미늄의 산화막은 부식으로부터 보호하므로 양극 산화 공정으로 인한 양극 산화 알루미늄은 장식 목적과 일상 생활 모두에 사용됩니다. 넓은 화학적 의미에서 금속에서 발생하는 모든 양극 공정은 산화적이지만 "양극 산화"라는 용어는 상당한 양의 고체 산화물이 목표로 형성됨을 의미합니다. 황산이나 인산을 전해질로 하는 전지의 양극인 알루미늄 위에는 일정한 두께의 피막이 형성된다. 많은 특허에서는 이 프로세스의 다양한 수정을 설명합니다. 처음에 양극 산화 처리된 표면은 다공성 구조를 갖고 있으며 원하는 색상으로 칠할 수 있습니다. 전해질에 중크롬산칼륨을 첨가하면 밝은 주황색-노란색 색조를 띠는 반면, 헥사시아노철산칼륨(II), 과망간산납 및 황화코발트는 각각 필름을 파란색, 적갈색 및 검정색으로 채색합니다. 수용성 유기염료를 사용하는 경우가 많아 도장면에 금속성 광택을 부여합니다. 생성된 층은 고정되어야 하며, 니켈 또는 코발트 아세테이트의 끓는 용액도 사용되지만 끓는 물로 표면을 처리하는 것으로 충분합니다.
구조적(결정간) 부식.다양한 합금, 특히 알루미늄은 노화에 따라 경도와 강도가 증가합니다. 합금에 열처리를 가하면 공정이 가속화됩니다. 이 경우, 합금의 미세결정 경계층(결정간 공간)을 따라 위치하는 초미세 입자가 형성됩니다. 특정 조건에서 경계에 바로 인접한 영역은 결정 내부에 대해 양극이 되며, 부식성 환경에서는 결정자 사이의 경계가 우선적으로 부식되어 부식 균열이 금속 구조 깊숙이 침투합니다. 이러한 "구조적 부식"은 기계적 특성에 심각한 영향을 미칩니다. 이는 적절하게 선택된 열처리 방법이나 부식 방지 코팅으로 금속을 보호함으로써 방지할 수 있습니다. 클래딩은 한 금속을 다른 금속으로 냉간 코팅하는 것입니다. 고강도 합금을 순수 알루미늄의 얇은 스트립 사이에 감아서 압축합니다. 이러한 구성에 포함된 금속은 내식성이 있는 반면 코팅 자체는 기계적 특성에 거의 영향을 미치지 않습니다.
금속 코팅도 참조하십시오.
부식 방지. 전기화학적 부식 중에 생성된 생성물은 종종 용해되어(용액으로 이동) 금속의 추가 파괴를 방지하지 못합니다. 어떤 경우에는 화학적 화합물(억제제)을 용액에 첨가할 수 있는데, 이는 1차 부식 생성물과 반응하여 양극이나 음극에 침전되는 보호 특성을 갖는 불용성 화합물을 형성합니다. 예를 들어, 철은 일반염(NaCl)의 묽은 용액에서 쉽게 부식되지만, 이 용액에 황산아연을 첨가하면 음극에서는 난용성 수산화아연이 생성되고, 양극에서는 인산나트륨을 첨가하면 불용성인 인산철이 생성됩니다(음극 및 양극의 예). 각각 억제제). 이러한 보호 방법은 구조물이 액체 부식성 환경에 완전히 또는 부분적으로 잠겨 있는 경우에만 사용할 수 있습니다. 부식 속도를 줄이기 위해 음극 보호가 종종 사용됩니다. 이 방법에서는 보호할 전체 구조가 음극이 되도록 시스템에 전압을 인가합니다. 이는 구조를 정류기 또는 DC 발전기의 한 극에 연결하고 흑연과 같은 외부 화학적 불활성 양극을 다른 극에 연결함으로써 달성됩니다. 예를 들어, 파이프라인 부식 방지의 경우 불용성 양극이 근처 땅에 묻혀 있습니다. 어떤 경우에는 이러한 목적을 위해 추가 보호 양극이 사용됩니다. 예를 들어 물 저장 용기 내부에 매달아 용기 안의 물이 전해질 역할을 하는 경우입니다. 다른 음극 보호 방법은 완전히 음극이 되고 동일한 전위에서 가능한 국부 양극과 음극을 포함하는 구조를 통해 다른 소스로부터 충분한 전류가 흐르도록 허용합니다. 이를 위해 더 음의 전위를 가진 금속을 보호된 금속에 연결하는데, 이는 갈바니 쌍이 형성되어 먼저 파괴되는 희생양극의 역할을 합니다. 아연 희생 양극은 영국의 유명한 화학자 H. Davy가 목재 선박 선체의 구리 도금을 보호하기 위해 이를 사용하도록 제안한 1825년부터 사용되었습니다. 마그네슘 합금을 기반으로 한 양극은 현대 선박의 선체를 바닷물 부식으로부터 보호하는 데 널리 사용됩니다. 희생 양극은 에너지 소비가 필요하지 않기 때문에 외부 전류원에 연결된 양극에 비해 더 자주 사용됩니다. 표면 페인팅은 특히 구조물이 액체에 완전히 잠겨 있지 않은 경우 부식을 방지하기 위해 사용됩니다. 금속 코팅은 금속 분사 또는 전기 도금(예: 크롬 도금, 아연 도금, 니켈 도금)을 통해 적용할 수 있습니다.
특정 부식의 유형. 응력 부식은 정적 하중과 부식이 결합된 작용으로 금속이 파괴되는 현상입니다. 주요 메커니즘은 부식 공식 및 균열의 초기 형성과 이러한 균열에 응력 집중으로 인한 구조적 파손입니다. 부식 메커니즘의 세부 사항은 복잡하며 잔류 응력과 연관되어 있을 수 있습니다. 황동뿐만 아니라 순수 금속은 응력에도 부식되지 않습니다. 합금의 경우, 결정립의 내부 영역과 관련하여 양극인 결정간 공간에 균열이 나타납니다. 이는 결정간 경계를 따라 부식될 가능성을 증가시키고 이를 따라 균열이 발생하는 후속 과정을 촉진합니다. 부식 피로는 기계적 응력과 부식이 결합된 결과이기도 합니다. 그러나 주기적 하중은 정적 하중보다 더 위험합니다. 피로균열은 부식이 없을 때 발생하는 경우가 많지만, 응력집중을 발생시키는 부식균열의 파괴적인 효과는 명백합니다. 표면 부식은 완전히 제거될 수 없기 때문에 소위 피로 메커니즘이라고 불리는 모든 메커니즘에는 부식이 수반될 가능성이 높습니다. 액체 금속으로 인한 부식은 전기화학적 메커니즘을 수반하지 않는 특별한 형태의 부식입니다. 액체 금속은 냉각 시스템, 특히 원자로에서 매우 중요합니다. 액체 칼륨 및 나트륨과 그 합금, 액체 납, 비스무트 및 납-비스무트 합금이 냉각제로 사용됩니다. 대부분의 구조용 금속 및 합금은 이러한 액체 매질과 접촉할 때 어느 정도 파괴될 수 있으며 부식 메커니즘은 각 경우에 다를 수 있습니다. 첫째, 열전달 시스템의 용기나 파이프의 재료는 액체 금속에 약간 용해될 수 있으며, 용해도는 일반적으로 온도에 따라 달라지기 때문에 용해된 금속은 시스템의 냉각 부분에서 용액 밖으로 침전될 수 있습니다. 막힌 통로와 밸브. 둘째, 구조 재료의 합금 첨가제와 선택적인 반응이 있으면 액체 금속의 결정간 침투가 가능합니다. 여기서 전기화학적 입계 부식의 경우와 마찬가지로 기계적 특성은 눈에 띄는 징후 없이 구조의 질량을 변화시키지 않고 저하됩니다. 그러나 그러한 파괴적인 영향을 미치는 경우는 드뭅니다. 셋째, 액체 금속과 고체 금속이 반응하여 표면 합금을 형성할 수 있으며, 경우에 따라 추가 공격에 대한 확산 장벽 역할을 합니다. 침식 부식(충격, 캐비테이션 부식)은 난류 모드로 흐르는 액체 금속의 기계적 충격을 말합니다. 극단적인 경우 이는 구조의 캐비테이션 및 침식 실패로 이어집니다.
캐비테이션을 참조하십시오. 원자력 발전과 관련하여 방사선의 부식 영향이 집중적으로 연구되고 있지만, 공개 언론에는 이 문제에 대한 정보가 거의 없습니다. 일반적으로 사용되는 "방사선 손상"이라는 용어는 다음 유형의 방사선에 노출되어 발생하는 고체 물질의 기계적, 물리적 또는 화학적 특성의 모든 변화를 의미합니다. 전리 방사선(X선 또는 g), 빛을 띤 입자(전자) ), 무거운 하전 입자(a-입자) 및 무거운 비전하 입자(중성자). 고에너지의 무거운 입자가 금속에 충격을 가하면 원자 수준에서 교란이 발생하고, 적절한 상황에서는 전기화학 반응이 일어날 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 더 중요한 변화는 금속 자체가 아니라 환경에서 발생합니다. 이러한 간접적 효과는 금속의 특성을 변화시키지 않지만 수용액에서는 반응성이 높은 자유 라디칼과 과산화수소 등을 형성하는 전리 방사선(예: g선)의 작용으로 인해 발생합니다. 화합물은 부식 속도의 증가에 기여합니다. 또한, 중크롬산나트륨과 같은 부식 억제제가 감소되어 그 효과가 상실됩니다. 이온화 방사선의 영향으로 산화막도 이온화되어 부식 방지 특성을 잃습니다. 위의 모든 기능은 부식과 관련된 특정 조건에 따라 크게 달라집니다.
금속 산화.대부분의 금속은 대기 산소와 반응하여 안정적인 금속 산화물을 형성합니다. 산화가 발생하는 속도는 온도에 따라 크게 달라지며, 정상 온도에서는 금속 표면에 얇은 산화물 막만 형성됩니다(예를 들어 구리의 경우 표면이 어두워지면 눈에 띄게 나타납니다). 온도가 높을수록 산화 과정이 더 빨리 진행됩니다. 귀금속은 산소에 대한 친화력이 낮기 때문에 이 규칙에서 예외입니다. 금은 공기나 산소 중에서 가열하면 전혀 산화되지 않으며, 최대 450°C의 온도에서 백금의 약한 산화는 더 높은 온도로 가열하면 중단되는 것으로 가정됩니다. 기존의 구조 금속은 산화되어 휘발성, 조밀함, 보호적, 비다공성 등 네 가지 유형의 산화물 화합물을 형성합니다. 텅스텐, 몰리브덴 등 소수의 내화성 금속은 고온에서 부서지기 쉽고 휘발성 산화물을 형성하므로 보호 산화물 층이 형성되지 않으며 고온에서는 금속을 불활성 분위기(희가스)로 보호해야 합니다. 초경량 금속은 밀도가 너무 높은 산화물을 형성하는 경향이 있으며, 이는 다공성이며 추가 산화로부터 금속을 보호하지 못합니다. 이러한 이유로 마그네슘은 매우 쉽게 산화됩니다. 보호 산화물 층은 많은 금속에 형성되지만 일반적으로 중간 정도의 보호 효과를 가집니다. 예를 들어, 알루미늄의 산화막은 금속을 완전히 덮지만 온도와 습도의 변화로 인해 압축 응력이 가해지면 균열이 발생합니다. 산화물 층의 보호 효과는 상대적으로 낮은 온도로 제한됩니다. 많은 "중금속"(예: 구리, 철, 니켈)은 비다공성 산화물을 형성합니다. 이는 깨지지는 않지만 항상 모재 금속을 보호하지는 않습니다. 이론적으로 이러한 산화물은 큰 관심을 끌고 있으며 활발히 연구되고 있습니다. 화학량론적 양보다 적은 양의 금속을 함유하고 있습니다. 누락된 금속 원자는 산화물 격자에 구멍을 형성합니다. 결과적으로 원자는 격자를 통해 확산될 수 있으며 산화물 층의 두께는 지속적으로 증가합니다.
합금의 적용. 알려진 모든 구조용 금속은 산화되기 쉽기 때문에 산화 환경에서 고온에 있는 구조 요소는 합금 요소로서 산화제의 작용에 저항하는 금속을 포함하는 합금으로 만들어져야 합니다. 이러한 요구 사항은 산화 저항 요구 사항을 충족하는 거의 모든 고온 합금에 존재하는 상당히 저렴한 금속(페로크롬 형태로 사용됨)인 크롬에 의해 충족됩니다. 따라서 크롬과 합금된 모든 스테인리스강은 내산화성이 뛰어나 가정 및 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 전기로의 나선형 선재로 널리 사용되는 니크롬 합금은 니켈 80%, 크롬 20%를 함유하고 있으며 최대 1000°C의 온도에서 산화에 완전히 저항합니다. 기계적 특성은 내산화성만큼 중요하며 종종 크롬과 같은 특정 합금 원소는 합금에 고온 강도와 내산화성을 모두 부여하므로 고온 산화 문제는 바나듐을 함유한 연료유를 사용하기 전까지는 심각한 문제가 되지 않은 것으로 나타났습니다(가스 중 터빈 엔진) 또는 나트륨. 이러한 오염물질은 연료의 황과 함께 부식성이 매우 높은 연소 생성물을 생성합니다. 이 문제를 해결하려는 시도로 인해 연소 시 바나듐 및 나트륨과 함께 무해한 휘발성 화합물을 형성하는 첨가제가 개발되었습니다. 프레팅 부식은 갈바니 부식이나 기체상의 직접적인 산화를 포함하지 않지만 주로 기계적 효과입니다. 이는 작은 다중 상대 변위 동안 마모로 인해 연결된 금속 표면이 손상되는 것입니다. 긁힌 자국, 궤양, 껍질의 형태로 관찰됩니다. 재밍이 동반되고 부식 피로에 대한 저항력이 감소합니다. 그 결과 발생하는 스크래치는 부식 피로가 발생하는 시작점이 됩니다. 일반적인 예로는 진동으로 인한 터빈 블레이드 장착 홈의 손상, 압축기 임펠러 마모, 기어 톱니 마모, 나사 연결부 등이 있습니다. 작은 다중 변위에서는 보호 산화막이 파괴되어 분말로 마모되어 부식 속도가 증가합니다. 강철의 프레팅 부식은 적갈색 산화물 입자의 존재로 쉽게 식별됩니다. 프레팅 부식 방지는 보호 코팅, 탄성 개스킷 및 윤활제를 사용하여 설계를 개선함으로써 수행됩니다.
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금속 부식- metalų korozija statusas T sritis chemija apibrėžtis Metalų, jų lydinių ir metalinių gaminių irimas dėl aplinkos poveikio. atitikmenys: engl. 금속 부식; 금속 부식; 금속 부식 rus. 금속 부식... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

금속 부식- 부식: 금속과 환경 사이의 물리화학적 상호작용으로 인해 금속의 특성이 변하고 종종 금속의 기능적 특성, 환경 또는 이를 포함하는 기술 시스템이 저하됩니다.

러시아 연방 교육부

태평양 주립경제대학교

추상적인

분야:화학

주제: 금속 부식

완전한:

그룹 69의 학생

크리비츠카야 예브게니아

나홋카

비금속 재료의 부식

작동 조건이 더욱 심각해짐에 따라(온도 상승, 기계적 스트레스, 환경 공격성 등) 비금속 재료도 환경 영향에 노출됩니다. 이와 관련하여 이러한 재료와 관련하여 "부식"이라는 용어가 사용되기 시작했습니다. 예를 들어 "콘크리트 및 철근 콘크리트의 부식", "플라스틱 및 고무의 부식"이 있습니다. 이는 환경과의 화학적 또는 물리화학적 상호작용의 결과로 인한 작동 특성의 파괴 및 손실을 의미합니다. 그러나 비금속과 금속에 대한 공정의 메커니즘과 동역학이 다를 것이라는 점을 고려해야 합니다.

금속 부식

갈바니 쌍의 형성은 배터리와 축전지를 만드는 데 유용하게 사용됩니다. 반면에 그러한 쌍이 형성되면 불리한 과정이 발생하며 그 피해자는 여러 금속-부식입니다. 부식은 표면에서 발생하는 금속 재료의 전기화학적 또는 화학적 파괴를 의미합니다. 대부분 부식 중에 금속은 산화되어 금속 이온을 형성하며, 이는 추가 변형 시 다양한 부식 생성물을 생성합니다. 부식은 화학적 또는 전기화학적 과정으로 인해 발생할 수 있습니다. 따라서 금속의 화학적 부식과 전기화학적 부식이 구별됩니다.

화학적 부식

화학적 부식은 금속 표면과 (부식- 활동적인) 환경, 상 경계에서 전기 화학적 과정의 발생을 동반하지 않습니다. 이 경우 금속 산화와 부식성 환경의 산화 성분 환원의 상호 작용이 한 가지 행위로 발생합니다. 예를 들어, 철 기반 재료가 고온에서 산소와 반응할 때 스케일이 형성됩니다.

4Fe + 3O 2 → 2Fe 2 O 3

전기화학적 부식 중에 금속 원자의 이온화와 부식 환경의 산화 성분의 환원은 한 가지 행위로 발생하지 않으며 그 속도는 금속의 전극 전위에 따라 달라집니다(예: 바닷물에서 강철이 녹슬는 현상).

전기화학적 부식

부식성 환경에서 발생하는 갈바닉 원소의 영향으로 금속이 파괴되는 것을 전기화학적 부식이라고 합니다. 예를 들어 철의 녹과 같은 균질한 재료의 부식을 전기화학적 부식과 혼동해서는 안 됩니다. 전기화학적 부식(부식의 가장 일반적인 형태)의 경우 전극이 접촉하는 전해질(응축수, 빗물 등)이 항상 필요합니다(재료 구조의 서로 다른 요소 또는 두 개의 서로 다른 접촉 재료). 다양한 산화환원 전위를 가지고 있습니다. 염, 산 등의 이온이 물에 용해되면 전기 전도도가 증가하고 공정 속도가 빨라집니다.

부식성 요소

산화환원 전위가 서로 다른 두 금속이 접촉하여 전해질 용액(예: 이산화탄소 CO 2가 용해된 빗물)에 담그면 소위 부식 셀이라고 불리는 갈바니 전지가 형성됩니다. 그것은 닫힌 갈바니 전지에 지나지 않습니다. 산화 환원 전위가 낮은 금속 물질을 천천히 용해시킵니다. 일반적으로 한 쌍의 두 번째 전극은 부식되지 않습니다. 이러한 유형의 부식은 특히 음전위가 높은 금속의 특징입니다. 따라서 산화 환원 전위가 높은 금속 표면의 매우 적은 양의 불순물만으로도 부식성 요소가 나타나는 데 충분합니다. 용접이나 리벳과 같이 전위가 다른 금속이 접촉하는 영역은 특히 위험합니다.

용해 전극이 내식성인 경우 부식 과정이 느려집니다. 예를 들어, 이는 주석 도금 또는 아연 도금을 통해 철 제품을 부식으로부터 보호하는 기초입니다. 주석 또는 아연은 철보다 음전위가 더 높으므로 이러한 쌍에서는 철이 복원되고 주석 또는 아연은 부식되어야 합니다. 그러나 주석이나 아연의 표면에 산화막이 형성되어 부식 진행이 크게 느려집니다.

수소 및 산소 부식

H 3 O + 이온 또는 H 2 O 물 분자의 환원이 발생하면 수소 부식 또는 수소 탈분극에 의한 부식을 말합니다. 이온 감소는 다음 계획에 따라 발생합니다.

2H 3 O + + 2e − → 2H 2 O + H 2

2H 2 O + 2e − → 2OH − + H 2

중성 또는 강알칼리성 환경에서 종종 발생하는 수소가 방출되지 않으면 산소가 감소하며 산소 부식 또는 산소 탈분극을 통한 부식을 말합니다.

O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH −

부식성 요소는 두 개의 서로 다른 금속이 접촉할 때만 형성될 수 있는 것이 아닙니다. 예를 들어 표면 구조가 이질적인 경우, 하나의 금속인 경우에도 부식성 요소가 형성됩니다.

부식 방지

부식으로 인해 매년 수십억 달러의 손실이 발생하며, 이 문제를 해결하는 것이 중요한 과제입니다. 부식으로 인한 주요 피해는 금속의 손실 자체가 아니라 부식으로 인해 파괴된 제품의 막대한 비용입니다. 그렇기 때문에 선진국에서 연간 손실이 너무 큽니다. 구조물 붕괴 비용, 장비 교체 비용, 부식 방지 조치 비용 등 직접적인 손실만을 평가하는 것만으로는 실제 손실을 확인할 수 없습니다. 더 큰 피해는 간접적인 손실에서 비롯됩니다. 여기에는 부식된 부품 및 어셈블리 교체 시 장비 가동 중지 시간, 제품 누출, 기술 프로세스 중단 등이 포함됩니다.

이상적인 부식 방지는 적절한 표면 처리를 통해 80% 보장되며, 사용된 페인트 및 바니시의 품질과 적용 방법에 따라 20%만 보장됩니다. . 기판을 추가로 보호하기 전에 표면을 준비하는 가장 생산적이고 효과적인 방법은 다음과 같습니다. 연마제 분사 .

일반적으로 부식 방지 방법에는 세 가지 영역이 있습니다.

1. 구조적

2. 활동적

3. 패시브

부식을 방지하기 위해 구조재로 사용됩니다. 스테인리스강 , 코르텐강 , 비철금속 .

부식에 대한 보호로서, 어떤 것의 적용 코팅, 부식성 요소의 형성을 방지합니다 (수동적 방법).

아연 도금 철의 산소 부식

주석 코팅 철의 산소 부식

페인트 코팅, 폴리머 코팅 및 에나멜링은 무엇보다도 산소와 습기의 접근을 방지해야 합니다. 예를 들어 아연, 주석, 크롬, 니켈과 같은 다른 금속으로 강철을 코팅하는 경우도 종종 사용됩니다. 아연 코팅은 코팅이 부분적으로 파괴되더라도 강철을 보호합니다. 아연은 더 부정적인 잠재력을 가지며 먼저 부식됩니다. Zn 2+ 이온은 독성이 있습니다. 캔 제조에는 주석 층으로 코팅된 주석이 사용됩니다. 아연 도금 시트와 달리 주석 층이 파괴되면 철은 부식되기 시작하며 주석은 더 긍정적인 잠재력을 갖고 있기 때문에 더욱 강렬하게 부식됩니다. 부식으로부터 금속을 보호하는 또 다른 방법은 아연이나 마그네슘으로 만들어진 높은 음전위를 갖는 보호 전극을 사용하는 것입니다. 이를 위해 부식 요소가 특별히 생성됩니다. 보호된 금속은 음극 역할을 하며 이러한 유형의 보호를 음극 보호라고 합니다. 따라서 용해 전극을 희생 보호 양극이라고 합니다. 이 방법은 해양 선박, 교량, 보일러 플랜트 및 지하 파이프를 부식으로부터 보호하는 데 사용됩니다. 선박의 선체를 보호하기 위해 선체 외부에는 아연판이 부착되어 있습니다.

아연과 마그네슘의 잠재력을 철과 비교하면 더 많은 음의 잠재력을 가지고 있습니다. 그럼에도 불구하고 표면에 보호 산화막이 형성되어 금속이 더 이상 부식되지 않도록 보호하므로 부식 속도가 더 느려집니다. 이러한 피막의 형성을 금속 패시베이션이라고 합니다. 알루미늄에서는 양극산화(양극산화)에 의해 강화됩니다. 강철에 소량의 크롬을 첨가하면 금속 표면에 산화막이 형성됩니다. 스테인레스 스틸의 크롬 함량은 12% 이상입니다.

냉간 아연 도금 시스템

냉간 아연 도금 시스템은 복잡한 다층 코팅의 부식 방지 특성을 강화하도록 설계되었습니다. 이 시스템은 다양한 공격적인 환경에서 부식으로부터 철 표면을 완벽하게 음극(또는 갈바닉) 보호합니다.

냉간 아연 도금 시스템은 1개, 2개 또는 3개의 패키지로 제공되며 다음을 포함합니다.

· 바인더 - 염소화 고무, 에틸 실리케이트, 폴리스티렌, 에폭시, 우레탄, 알키드 (변형)를 기본으로 한 조성물이 알려져 있습니다.

· 부식 방지 충전재 - 아연 분말("아연 가루")은 95% 이상의 금속 아연을 함유하고 입자 크기가 10미크론 미만이고 최소 산화도를 갖습니다.

· 경화제(2팩 및 3팩 시스템)

1팩 냉간 아연 도금 시스템은 바로 사용할 수 있도록 공급되며 도포 전 구성 요소를 철저히 혼합하기만 하면 됩니다. 2팩 및 3팩 시스템은 여러 패키지로 제공될 수 있으며 적용 전 구성물(결합제, 충전제, 경화제 혼합)을 준비하기 위한 추가 작업이 필요합니다.