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admin

2017-01-11 15:11:59

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부식[corrosion]

금속이 이것을 둘러싼 환경과의 화학적인 반응에 따라 침식되는 현상. 금이나 백금 등의 귀금속을 제외하면, 금속은 지구상에서 광석이라고 불리우는 산화물이나 황화물 등 화학적으로 안정한 화합물로 존재한다. 인간은 정련법을 고안하고 광석에서 산소나 유황을 분리해서 유용한 금속으로 하고있는 셈이다. 따라서 금속은 화학적으로 불안정하고 환경과 반응하여 안정된 화합물로 돌아오려고 한다. 이것이 부식이다. 예를들면 철은 적철석, 갈철석과 같은 산화철로 만들어지고, 부식에 의해 녹이라는 일정의 산화철로 돌아온다.

금속이 부식하는 모습은 금속의 종류나 금속이 놓여진 환경에 따라 다양하다. 부식반응에 액체인 물이 필요한 것을 습식(濕食), 필요하지 않는 것을 건식(乾食)이라고 한다. 우리 주변에 생기는 대부분의 부식은 습식인 것에 대해, 건식은 고온산화, 고온부식 등 고온에서만 생긴다.

대표적인 습식은 대기, 담수, 해수, 토양과 같은 자연환경에서 생긴다. 자연환경은 거의 중성으로서 물과 산소가 부식을 일으킨다. 물은 담수나 해수와 같이 한곳에서 존재하는 경우 외에, 대기와 같이 비, 이슬, 습기에 의해 부착한 눈에 보이지 않는 수막 등 적은 경우도 있으나 부식반응하는 데는 충분하다. 이것들에 있어서 대기 중의 산소가 녹아들어가 작용한다.

금이나 백금은 원래 안정하므로 물과 산소에 의해 부식되지는 않는다. 구리, 아연, 납 등은 약간 부식되면 0.5μm인 얇은 산화물이나 수산화물의 피막이 표면을 덮고, 이것이 물이나 산소를 잘 차단하므로 그 이상의 부식은 매우 천천히 진행된다. 약간 오래된 10엔 동화(銅貨), 녹청으로 덮혀진 절의 구리지붕, 공사현장의 희미한 색을 띤 아연도금강관 등은 그러한 피막의 외관을 나타내고 있다.

티탄이나 알루미늄, 철에 크롬 또는 크롬과 니켈을 첨가한 스테인리스강 등은 물과 공기(산소)에 접촉할 뿐이므로 표면에 극히 얇게 하고(1～3나노미터) 방식작용이 높은 피막을 만든다. 얇고 투명하기 때문에 금속광택은 잃지 않는다. 이와 같은 피막을 부동태피막이라고 부른다. 산화물의 일종으로써 금속을 구성하는 원자가 이온이 되어 용출하는 것을 막으므로 거의 부식은 진행되지 않는다. 단 알루미늄이나 일반적인 스테인리스강의 부동태피막은 염화물이온(Cl-)에 별로 강하지 않기 때문에, 바닷물 속 등에서 피막이 국부적으로 파괴되어 그 부분이 공식(孔食)이나 틈새부식을 일으키는 경우가 있다.

철이나 강은 물과 산소의 작용으로 녹을 발생한다. 전면을 덮은 녹은 다소는 물과 산소를 차단하지만 별로 효력이 없기 때문에 부식은 상당한 속도(～0.1밀리미터/연)로 계속 진행한다.

상기와 같은 거의 중성인 환경과는 달리, 염산, 묽은 황산 등에서 부식을 일으키는 것은 수소이온이다. 티탄, 알루미늄, 스테인리스강 등의 부동태피막은 녹고, 아연의 보호피막이나 철에 녹도 녹으므로 부식되고 수소가 발생한다. 구리는 수소보다 이온화경향이 작으므로 보호피막이 녹아 없어져도 부식되지 않는다. 그러나 보호피막이 없기 때문에 산에 산소가 녹고 있으면 산소에 의한 부식이 일어난다.