전기방식 이론 연제 : 01 부식의 개요

안녕하세요. 전기방식이야기를 사랑해 주셔서 감사합니다.
여러번 전기방식이론에 대해 연제하려고 마음 먹고 있었는데, 전기방식의 바이블인 "PEABODY’S
CONTROL OFPIPELINE CORROSION"을 참조해서 해볼까 합니다. 많은 관심 부탁 드립니다. 그리고 궁금한건 댓글 남겨 주세요
그럼 처음 주제인 "부식의 개요" 부터 시작하겠습니다.

부식의 개요

부식이란 무엇인가?

부식의 일반적인 정의는 재료가 환경과의 상호작용을 통해 열화되는 것입니다. 이 정의는 자연 발생적이거나 인공적인 모든 재료를 포함하며 플라스틱, 세라믹, 금속을 포함합니다. 이 책은 금속의 부식, 특히 지하 배관에 사용되는 탄소강과 저합금강의 부식에 초점을 맞춥니다.

금속이 왜 부식되는지에 대한 답은 열역학 분야에서 찾을 수 있습니다:

1. 열역학은 부식과 같은 과정이 일어날 것인지를 알려줍니다
2. 부식 속도나 배관의 수명과 같은 질문에는 부식 동역학이 답을 제공합니다

상당한 에너지가 금속을 광석에서 추출할 때 투입되어 높은 에너지 상태에 있게 됩니다. 이러한 광석들은 일반적으로 철강용 적철광(Fe2O3)이나 알루미늄용 보크사이트(Al2O3·H2O)와 같은 금속의 산화물입니다. 열역학의 한 원리는 재료가 항상 가장 낮은 에너지 상태를 추구한다는 것입니다. 다시 말해, 대부분의 금속은 열역학적으로 불안정하여 산화물이나 다른 화합물과 같은 낮은 에너지 상태를 추구하는 경향이 있습니다. 금속이 낮은 에너지 산화물로 변환되는 과정을 부식이라고 합니다.

부식의 전기화학적 특성

대부분의 일반적인 공학재료의 부식은 상온에서 수성(물을 포함하는) 환경에서 발생하며 전기화학적 특성을 가집니다. 수성 환경은 전해질이라고도 하며, 지하부식의 경우 습윤한 토양입니다. 부식과정은 다음과 같은 반응을 포함합니다:

1. 금속의 산화(전자의 제거)
2. Fe → Fe++ + 2e-
3. 산소나 물의 환원과 같은 다른 환원반응에 의한 전자의 소비
4. O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-

산화반응은 일반적으로 양극반응이라 하고 환원반응은 음극반응이라 합니다. 부식이 일어나기 위해서는 두 전기화학 반응이 모두 필요합니다. 산화반응은 실제 금속손실을 일으키지만 산화반응에 의해 발생된 전자를 소비하기 위해서는 환원반응이 존재해야 합니다. 그렇지 않으면, 금속과 전해질 사이에 큰 음전하가 빠르게 발생하여 부식과정이 중단될 것입니다.

부식 셀의 구성요소

산화와 환원반응은 때때로 반쪽전지 반응이라고도 하며, 금속의 동일 부위에서 국부적으로 발생하거나 물리적으로 분리될 수 있습니다. 반응이 물리적으로 분리될 때, 이 과정을 차등 부식셀이라고 합니다. 차등 부식셀의 4가지 필수 구성요소는 다음과 같습니다:

1. 양극이 있어야 함
2. 음극이 있어야 함
3. 양극과 음극을 전기적으로 연결하는 금속 경로가 있어야 함 (일반적으로 배관 자체)
4. 양극과 음극이 전기 전도성 전해질(일반적으로 습윤한 토양)에 침지되어야 함

부식 검출 방법

부식과정의 전기화학적 특성은 부식을 검출하고 완화시킬 수 있는 기회를 제공합니다. 부식과정과 관련된 전압과 전류를 모니터링할 수 있습니다.

금속이 토양과 같은 전해질에 놓일 때, 부식과정의 전기화학적 특성으로 인해 금속-전해질 계면에서 전압이 발생합니다. 이 전압을 직접 측정할 수는 없지만, 전압계를 사용하여 토양에 놓인 두 개의 다른 금속 사이의 전압을 측정할 수 있습니다. 또한 금속과 기준전극(일반적으로 반전지 전극이라고 함) 사이의 전압차를 측정할 수 있습니다.

배관과토양의 전위 측정

이 전압은 해당 환경에서 측정되는 금속의 부식전위, 개회로 전위 또는 자연전위라고 합니다.

이 내용은 부식의 기본적인 이해를 제공하며, 실제 적용을 위해서는 더 자세한 연구와 현장 경험이 필요합니다.