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| 금속자재에 대한 부식의 영향 |
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| 글쓴이 : 운영자 고유ID : 운영자
날짜 : 00-00-00 00:00
조회 : 13021
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Ferrous Materials
1. Cast Iron
정의에 의하면 주철은 1.7% 이상의 탄소를 포함한다. 주철의
typical grade(Pig iron)는 4% 탄소, 2% 실리카와 소량의 황,
망간, 인을 함유한다. 이것은 제조 과정의 결과로써 free
graphite flake를 포함한다. 따라서 graphitization이 일어
나기 쉽다. 이것은 특히 산성이나 높은 전도성의 매개체에서
심하므로 주철의 부식 저항성을 증가시키기 위해서는 크롬,
니켈 혹은 실리콘 등의 합금으로 만들어야 한다.
2. Austenitic Nickel Iron
이 재질의 최대 장점은 산에 대한 저항성이 크다는 것이다.
이 합금은 양적으로 30%까지 니켈을 포함한다. 이외에 소량의
몰리브덴, 크롬, 구리와 결합되어 있다.
3. Nickel-Iron Alloys
부식에 매우 강한 이 재질은 주로 해수 설비에 사용된다.
Nickel 함유량은 26%에서 36%까지 다양하다.
4. Silicon Iron
이 재질은 단단하지만 부서지기가 쉽다. 부식에 대한 저항성은
실리콘이 15%일때 최대가 되며, 부동태는 금속 표면을 따라
얇은 silica film에 의해서 만들어진다.
5. Low Alloy Steels
저탄소강이나 중간탄소강에 2%에서 5% 정도의 copper, 크롬
및 다른 재질을 넣으면 부식 저항성이 더 향상된다. 합금에
의한 추가 비용은 금속의 수명이 더 길어지므로 충분히 보상
될 수 있다.
6. Galvanized Steel
Steel에 zinc를 coating하는 것은 부식 방지에 있어 가장
효과적인 coating 방법이다. Zinc는 anodic coating이므로
cathodic coating에 비해 더 안전하다. 왜냐하면 cathodic
type은 coating이 파손된 지점에 매우 active한 anodic site를
형성하기 때문이다. Galvanized 재질의 최대 단점은 고온
환경에서 나타난다. 약 150℉의 온도에서, 특히 고 알카리수
(200 ppm as CaCO3 이상)에서 zinc는 potential이 변하기 시작
한다. 어떤 경우에는 zinc가 steel에 대해 cathodic이 되어
steel이 오히려 부식되기도 한다.
7. Stainless Steels
이것은 니켈과 11.5% 이상의 크롬으로 합급된 steel에 부여
되는 이름이다. 이 재질의 부식 저항성은 aerated water에서도
탁월하다. 용존산소는 금속 표면을 따라 oxide film을 재충전
하는데 필요하다. 따라서 산소는 부동태화를 위해 필수적이다.
Deaerated 용액에서 600℉의 온도까지는 부식 저항 측면에서
본다면 Stainless steel은 값싼 다른 steel에 비해 별로 나은
점이 없다. 그러나 온도가 600℉ 이상이 되면 general
corrosion과 oxide 방출 속도가 stainless steel이 훨씬 낮다.
예를 들면 Carbon steel은 온도가 925℉를 초과하면 부식이
일어나지만 304 stainless steel의 한계치는 1600℉로 매우높다.
Stainless steel을 사용할 경우에는 Oxygen differential cell이
생기지 않도록 하는 것이 중요하다. 다시 말하면 시스템을 깨끗이
하는 것이 특히 중요하다. 다른 단점으로는 brackish water에서
chloride에 의한 pitting과 austenitic stainless steel의
stress corrosion cracking이다. Stainless steel은 비용이
비싸지만 수명이 길기 때문에 justify될 수 있다.
Non-Ferrous Materials
1. Noble Metals
금과 platinum은 oxide film을 생성하지 않으면서도 타고난
부식 저항성을 지닌 금속들이다. 그러나 가격이 비싸고 강도가
약해서 건축 재료로서는 부적합하다.
2. Copper
이 semi-noble한 금속은 copper oxide와 carbonate의 얇은 막을
금속 표면을 따라 형성하여 부식에 대한 저항성을 높인다.
그 결과 대부분의 ferrous 재질보다고 그 수명이 훨씬 길다.
이 금속의 최대 단점은 impingement에 대한 저항성이 약하다는
것이다. 따라서 해수에서는 3 feet/sec, 일반 냉각수에서는
5 feet/sec를 넘지않도록 제한하는 이유가 된다. Natural soft
water에서 copper를 사용하면 pitting 문제가 생길 수 있다.
그러나 hard water 에서는 금속상에 hardness salt film이 형성
되어 바로 부식을 방지한다. Copper는 manganese dioxide의
deposit 하부에 pitting을 만드는 것으로 알려져 있다.
Copper는, 암모니아가 있을 경우는 제외하고, 오히려 알카리
용액에서의 부식 저항성이 더 뛰어나다. 이 금속의 전체 부식율은
표면에서의 반응 속도와 부식 생성물을 제거하는 능력에 의해 좌우
된다.
3. Brass
Copper-zinc 합금을 brass라 부른다. 이것은 대부분의 자연수에서
좋은 부식 저항성을 나타낸다. 해수에서는 특히 70/30 copper-zinc
합금과 admirality(70/29/1 copper-zinc-tin)가 좋다. Brass를 사용
할 경우 dezincification이 주요한 장애로 나타난다. Zinc를 15%
이상 함유할 경우 dezincification이 일어날 가능성이 높아진다.
Zinc의 농도가 39%까지와, 46%에서 50%까지일 때는 brass에서 용해
되어 one-phase를 형성한다. 중간 농도(40%-46%)에서는 two-phase
brass를 형성한다. Single phase brass는 copper-zinc 비에 비례
하여 dezincification된다. 그러나 two-phase 영역에서는 더 많은
zinc가 용출되어 나갈 것이다. Dezincification은 소량의 tin,
antimony, phosphorous를 합금시킴으로써 감소될 수 있다.
Red brass(85/15 copper-zinc)와 naval brass
(63/36/1 copper-zinc-tin)는 일반적으로 dezincification이
일어나는 조건에서도 잘 견딘다. Muntz metal(60/40 copper-zinc)와
yellow brass(67/33 copper-zinc)는 dezincification에 대해 약한
편이다.
4. Aluminum
Aluminum은 이론적으로 보다 noble한 많은 금속들보다 부식에
대한 저항성이 더 크다. 이것은 chloride 이온에 대한 저항성도
다른 steel보다 크기 때문에 해수 설비에 많이 사용된다. 정유
공장과 석유화학 complex에서 널리 사용되는데 이는 이런 환경에서
자주 발생하는 많은 공정 오염 물질들에 대해 inert하기 때문이다.
Aluminum의 이러한 저항성은 자연적인 chemisorbed oxide layer가
표면을 따라 형성되기 때문이다.
매우 높은 산성이거나 알카리 조건에서는 Aluminum을 사용하지 말아야
한다. Aluminum은 amphoteric하므로 자연적인 pH에서 가장 적합하다.
여러가지 금속을 동시에 사용하는 시스템에서는 aluminum 사용시
신중해야 한다. 예를 들어 copper는 0.05 ppm만 되더라도 aluminum
표면에 plate out되어 심한 galvanic attack를 일으킬 수 있다.
Chromate와 혹은 polyphosphate inhibitor는 aluminum과 그 합금의
부식방지에 효과적이다.
5. Zinc
Zinc는 앞에서 이미 설명했듯이 다른 금속의 부식 저항성을 증가시킬
목적으로 coating하는데 사용된다. 이것은 impervious한 oxide layer를
형성함으로써 attack에 강해진다. Zinc는 고온이거나 산 및 높은
알카리 조건에서 attack를 당하기 쉽다.
6. Nickel
니켈은 copper보다 부식에 대한 저항성이 더 크다. 니켈은 보다
noble하면서 mild steel과 비슷한 강도를 겸비하고 있어 우수한
건축 자재이다. 그러나 값이 비싸 매우 부식이 심한 환경에서만
주로 사용된다.
7. Cupro-Nickel
40% copper로 합금된 Nickel은 뛰어난 부식 저항성을 가진다.
해수 설비에 매우 좋으며 대부분의 brass들보다 더 우수하다.
이 구조에 1%의 iron을 추가하여 합금하면 erosion에 대한 저항성을
더 높일 수 있다. 일반적으로 nickel 함량이 증가할수록 전체적인
저항성도 증가한다.
8. Titanium
Titanium에 대한 관심은 최근에 들어서 상당히 높아지고 있다.
이것은 매우 저항성이 높은 oxide film을 형성하므로 많은 다른
금속들보다 해수 설비에서 더 우수한 면을 보여준다. 수명이 길고,
신뢰성이 높으며, pitting 저항성도 탁월하지만 여전히 가격이
비싼 것이 흠이다.
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