물질에 따른 전기방식 설계에 미치는 요인

전기화학적 요인

내용이 딱딱하고 어려워서 조금 쉽게 설명하려 했습니다. 
틀린 내용은 알려주시면 수정 하겠습니다. 

금속 연결과 갈바닉 부식**: "금속끼리 연결하면 에너지 차이가 발생합니다. 이 차이 때문에 갈바닉 부식이 일어날 수 있습니다. 건축 자재를 선택할 때, 서로 다른 자재 간의 전위(에너지 차이)를 맞추는 것이 중요해요. 이렇게 하면 갈바닉 부식을 방지할 수 있습니다. 최소 활성 금속은 최대 활성 금속과 전위가 비슷하게 조절되어야 합니다. 예를 들어, 큰 구리 시트와 강철 패스너를 연결할 때, 두 금속의 에너지 수준이 비슷해야 합니다. 이렇게 하면 부식을 예방할 수 있습니다."

 

일부 합금(예: 스테인리스강)은 화학 및 환경의 기타 매개변수에 따라 활성 또는 수동 전위를 나타낼 수 있습니다. 일반적으로 스테인레스강은 수동성을 유지하기 위해 산소의 존재에 의존합니다.

 

표 2.2에는 해수에 있는 일반적인 금속 및 합금의 갈바닉 활동을 음극에서 양극까지 순서대로 정리한 표가 나와 있습니다.

 

 

**수소취성과 민감성**:

"부식 반응이나 음극방식으로 인해 표면에 수소가 생성될 때, 이 수소가 금속과 반응하거나 금속 내부로 퍼질 수 있습니다. 수소는 다양한 문제를 일으킬 수 있습니다. 예를 들면 기포 생성, 입자 형성, 응력 부식 균열 등이 있습니다. 수소에 민감한 금속 예시로는 고강도 탄소강, 저합금강, 스테인리스강 등이 있습니다."

음극방식 또는 부식 반응에 의해 표면에 생성된 수소 원자는 특정 금속과 반응하여 금속 수소화물을 형성하거나 금속으로 확산될 수 있습니다.  수소는 여러 가지 방법으로 금속에 손상을 줄 수 있습니다. 여기에는 기포 발생, 취성 입자 형성, 취성 또는 응력 부식 균열 촉진이 포함됩니다. 금속이 부서지면 균열이 생겨 구조물이 파손될 수 있습니다. 수소 확산에 의해 부정적인 영향을 받을 수 있는 금속의 예는 다음과 같습니다.
•     200ksi(1380MPa) 최대 인장 강도를 초과하는 탄소강
•     200ksi(1380MPa) 이상의 저합금강(예: 4130, 4340, D6AC)
•     마르텐사이트계 스테인리스강
•     석출경화 스테인리스강(특정 열처리 조건)
•     일부 2000 시리즈 알루미늄 합금
•     일부 7000 시리즈 알루미늄 합금(T73 열처리 제외)
•     일부 주조 알루미늄 합금
•     특정 경도 조건에서 일부 구리 합금
•     마그네슘 합금
•     티타늄(티타늄 수소화물 입자의 형성)

 

그림 2.6은 강철의 연성에 대한 수소의 영향을 보여줍니다. 이 테스트는 pH 6.5의 수중 고강도 현수교 와이어에서 수행되었습니다. 테스트 샘플에는 응력 집중 장치를 제공하기 위해  노치가 있습니다. 그래프는 면적 감소율과 전위 대비 정규화된 노치 파괴 응력을 표시합니다. 정규화된 파괴 응력은 시험 조건 하의 공기/파괴 응력에서의 파괴 응력입니다. 금속의 잔류 수소를 제거하기 위해 샘플을 구운 후 자유롭게 부식되는 조건에  침지된 공기 중에서의 초기 테스트(ECORR), E 아래에서 제어되는 전위로 잠겨있습니다. 
수소가 없을 때 강철의 강도와 연성을 나타냅니다. 연성의 심각한 감소는 수소 발생 잠재력보다 더 활동적인 전위에서 나타납니다.

 

 

또한 일부 내부 응력 및 냉간 가공 조건으로 인해 저강도 탄소강과 같은 일반적으로 저항성이 있는 금속이 수소 손상을 받기 쉽습니다. 더 자세한 논의는 다음을 참조하세요. 

수소 취성의 방지는 pH에 따라 달라지는 수소 발생 전위 아래로 전위를 유지하는 데 달려있습니다. 반응 H의 잠재력에 대한 일반 공식 H2→2H+ 2e-Pourbaix에 의해 제공됩니다 
      E0= -0.0591 pH
      E0= 볼트 단위의 수소 발생 잠재력(수소 규모).
    방정식. 2.2
분명히 pH가 높을수록 수소를 생성하는 데 필요한 음의 전위가 더 커집니다. 예를 들어 중성 pH 7, E의 토양이나 물에0= - 0.414V(SHE) 또는 -0.730V(CSE). 건전한 콘크리트와 같은 pH 12 환경에서는 E에서 수소가 생성됩니다

 

‒ 0.709V(SHE) 또는 ‒1.025V(CSE).

 

알루미늄의 경우 알칼리 부식을 방지하려면 분극 전위를 ‒ 1200mV(CSE)보다 더 양으로 유지해야 합니다(아래 양쪽성 금속 참조). 그러나 취약한 합금의 경우 제한적인 잠재력이 더 긍정적일 수 있습니다. 티타늄의 경우 수소화를 방지하기 위한 제한 전위는  <--700mV(은-염화은)입니다. 과잉보호 수준은 일부 음극 보호 기준 문서에서 논의되며 이러한 잠재력과 다소 다를 수 있습니다. 프리스트레스트 콘크리트의 경우 -1,000mV(CSE)보다 더 음의 극성 전위를 피해야 합니다.

 

구조-전해질 전위를 수소 발생 전위 미만으로 제한하기 위해 수소 취화 또는 수소화에 민감한 재료를 사용하는 음극 보호 시스템을 설계하고 운영할 때는 주의를 기울여야 합니다.

 

양성 금속

 

 **음극 보호와 양극성 금속**: 

"어떤 금속(예: 알루미늄과 납)은 알칼리성 또는 산성 환경에서 쉽게 부식될 수 있습니다. 이런 금속을 과방식하면, 환경과 금속 간의 상호작용이 높아져 금속이 손상될 수 있습니다. 그래서 음극 보호 시스템을 설계할 때 양극 금속에 특별한 주의가 필요합니다. 양극 금속을 지나치게 보호하면 금속과 환경 간의 화학 반응이 늘어나서 오히려 금속 손상을 초래할 수 있습니다."

 

-- Amphoteric Metals 란? 양성금속은 산과 염기로서 반응할 수 있는 분자 또는 이온입니다. 이 단어의 어원은 그리스어인 암포테로이(άμφότεροι)로 '둘 다'라는 뜻입니다. 구리, 아연, 주석, 납, 알루미늄, 베릴륨과 같은 많은 금속은 양성 산화물 또는 수산화물을 형성합니다.

일부 금속(특히 알루미늄과 납)은 알칼리성 및 산성 환경에서 부식되기 쉬우며, 이는 음극 보호의 효율성에 영향을 미칠 수 있습니다. 양성 금속을 과도하게 보호하면 금속/전해질 계면의 pH가 증가합니다. 높은 pH에서는 이러한 금속에 형성된 보호 산화 물이 용해되고 금속이 물과 직접 반응하여 급속한 부식을 일으킬 수 있습니다. 아연은 pH가 12.5보다 큰 알칼리성 조건에 의해 부식됩니다. 알루미늄은 모든 알칼리성 조건 에서 부식되지 않습니다. 수산화나트륨과 탄산나트륨에  1,100 알루미늄 합금의 부식 속도는 pH 9 이상에서 급격히 증가합니다. 양쪽성 금속이 존재할 경우 높은 pH를 생성하는 가능성을 피해야 합니다.

 

그림 2.7은 아연 부식에 대한 pH의 영향을 보여줍니다.

 

 

CP 디자인에 대한 재료 효과 요약

구성 재료는 음극방식 설계에 필수적인 역할을 합니다. 언급된 특정 주의 사항은 음극방식이 특정 구조나 구성 요소에 성공적으로 또는 안전하게 적용될 수 있는지 여부에 직접적인 영향을 미칩니다.