갈바닉 부식 (Galvanic Corrosion), 이종재료 부식

 

1. 개요

 

 

1) 갈바닉 부식 정의

이종 금속이 서로 접촉해서 전해질 환경 (ex. 수분, 소금물 등)에 존재할 때 발생하는 현상, 전지작용과 흡사
이반적으로 이종의 금속이 붙은 기계 구조물 (흔히 플랜지 등에 볼트 - 너트 체결)에서 쉽게 볼 수 있음 

갈바닉부식의 예

2) 갈바닉부식 원리

<이온화 경향성>

어떤 금속이 다른 금속과 비교하여 이온으로 되기가 쉬운지 (이온 : Fe2+) 어려운지를 나타낸 척도
이온화열에서 수소 좌측을 비금속(less noble metal, base metal -  non metal이 아님)이라 하고, 오른쪽에 있는 금소을 귀금속, 활성화금속(noble metal)이라 함

칼륨 > 칼슘 > 나트륨 > 마그네슘 > 알루미늄 > 아연 > 철 > 니켈 > 주석 > 납 > 수소 > 구리 > 수은 > 은 >백금>금

이온화경향이 다른 금속이 접촉했을때, 전위차가 생겨 전류가 흐르고(이온이 이동하고) 부식이 생김. 
이온확 경향이 작은 금속은 부식이 억제되고, 이온화 경향성이 큰 금속은 부식이 됨 (낮은 전위의 금속은 산화되어 전자를 잃고, 높은 전위의 금속은 전자를 받아 환원됨 (이온화 경향이 큰 것이 양극으로 작용) 

 ex. 구리와 아연을 황산(전해질)에 넣어 도선으로 연결하면 ,아연이 이온화 경향이 커져 2개의 전자를 남기고 Zn2+로 녹아나오고, 전자는 도선을 따라 구리쪽으로 흐름. 이때 저자는 구리 표면에 액중 수소이온과 결합하여 수소를 발생시킴 (2H+ + 2e- → H2)
 즉, 비금속(base metal, 이온화경향이 큰 금속)은 서서히 녹아 없어지며 부식되고, 음극은 살아남는다 

 ex. 동관과 강관을 연결시키고 전해질 환경에 두면, 철이 이온화 경향이 더 크다. 즉, 양극이 강관이 되고, 음극이 동관이 되어 전자는 양극에서 음극으로 흐르게 되고 강관은 부식된다

양 금속간 이온화 경향차이가 크거나 액의 운동이 심할수록 부식하기 쉽다 
액에 접하는 표면적이 큰 귀금속이 표면적이 작은 비금속이 접촉할때 심한 부식이 일어나지만, 비금속이 비교적 큰 면적일때는 거의 생기지 않음 

 수중에 염분이 있거나, 물이 산성 또는 알칼리성인 경우 전도성이 커져 부식이 촉진된다 

 

갈바닉부식 원리

갈바닉부식 원리, 네이버 블로그

 

(1) 산화, 환원의 예시 

\산화란 산소와의 결합, 수소의 떨어져 나감, 산화수의 증가(전자의 수가 줄어듦)의 경우를 말하며 환원은 산소와의 분리, 수소와의 결합, 산화수의 감소(전자의 수가 늘어남)의 경우를  말한다. 한 원소가 산화하면 다른 원소는 환원되기 때문에 항상 동반되어 발생한다고 볼 수 있다.
금속이 전자를 잃으면 '산화'이고, 전자를 얻으면 '환원'이다

산화, 환원의 예시ㅏ

 

 

3) 갈바닉부식 예시

• 이종 금속관이 접촉되고 있는 경우
• 동종 금속관의 납땜 용접 (금속관 - 납간의 차이) 
• 금속관과 포금제 기구와의 접속
• 기타 금속 소재의 불순물 
• 다른 재질의 너트, 볼트 고정 

갈바닉 부식의 예시

철(Fe) 볼트가 구리판이 접촉되어있는 상황을 생각해보자 (전해질 속에 있음) 
철은 구리보다 이온화경향이 강하기 때문에, 양극의 역할을 하며 이온을 잃는다 (산화된다) 
이 과정에서 철은 산화되어 일부는 녹아 없어지거나, 산화철이 형성된다 (적녹)
Fe -> Fe2+ + 2e-  (철이 전해질에 점점 녹아 없어진다) 
Fe2+ + O2- -> Fe2O3 (적녹 발생)  

 

• 철의 산화: 2Fe → 2Fe2+ + 4e− 
• 산소의 환원: O2+4e−→2O2−
• 철(II) 산화물의 추가 산화: 4Fe2+→ 4Fe3+ + 4e−  
                                         O2 + 4e− → 2O2−
• 철의 직접 산화: 4Fe2+ + 3O2- → 2Fe2O3 (적녹 발생) 

 

 

4) 갈바닉부식 방지 대책 

• 이종금속관이 접촉하고 있는 경우, 비금속의 면적을 귀금속의 면적보다 크게 만듬 
• 용접에 사용하는 용접봉이나, 경납땜에 사용하는 납, 리베팅에 사용하는 리벳 등에 주재료(모재)보다 이온화경향이 낮은 금속을 사용하면 예방할 수 있음 (알루미늄 모재에 구리 리벳 등..)
• 전기절연 : 애초에 서로 다른 금속이 접촉하지 않도록 절연재를 사용함 (한쪽에 부동태피막처리, 도장 등) 
• 접촉되는 금속을 선택할때 전위차가 없도록 같은 금속을 선태하던가, 아니면 전위차를 적게 한다 

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스테인리스 부동태처리 (Passivation treatment)

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