재료의 전기화학적 성질 부식실험의 이해

문서 내 토픽

1. 부식 실험의 개요

부식이란 금속이 주어진 환경의 성분과 화학적 반응을 하여 비금속 산화물을 만들고 금속으로서의 성질과 성능을 잃고 소모해 가는 현상을 일컫는다. 부식 환경에 놓인 금속은 특정 이론 배경한 부위에서 양극 반응에 의해 용출되고, 이 과정에서 발생한 전자는 음극부위로 이동한다. 이곳에서 전자는 수소이온이나 산소와 결합하여 음극 반응을 일으킨다. 이러한 부식의 원리를 이용하여 부식 속도(mpy)를 측정하는 실험을 진행한다.
2. 실험 과정

1) 실험할 시편을 polishing 하고 초기 무게와 부피를 측정한다. 2) 6% Ferric chloride 용액을 1L 만든 후 cell에 용액을 따른다. 3) heating mantle로 실험온도까지 가열하고 시편을 cell안에 넣고 24시간을 보낸다. 4) 시편을 꺼내어 무게변화를 측정하고 시편표면에 대한 침투속도를 계산한다.
3. 실험용액 제조 및 polishing 주의사항

이 실험에서 사용한 용액은 6% Ferric chloride(FeCl3) 용액 1L이다. 이 용액을 만들기 위해서 100g의 FeCl3·6H2O와 900g의 H2O를 넣어주었다. 폴리싱은 시편의 면을 편평하게 만들고, 면에 존재하는 scratch나 불순물을 제거하기 위한 과정이다. 이번 실험에서 시편의 폴리싱은 사포를 이용하여 뾰족한 모서리나 꼭지점 부분이 없도록 모든 면을 둥그스름하게 하였다.
4. 부식속도(mpy) 계산

mpy = 534W/DAT 식을 이용하여 구한다. 초기무게에서 0.1108g 감소 ---- W=110.8mg, 실험시간 = 24시간 ---- T=24hr, 밀도 = 7.95g/㎤ ---- D=7.95g/㎤, 시편의 크기 : 가로 2inch, 세로 1inch, 높이 0.24inch ---- A=5.44inc2. 따라서 mpy = 534 x 110.8mg / (7.95g/㎤ x 5.44inc2 x 24hr) = 57.00.
5. 희생양극법

희생양극법이란 보호하고자 하는 금속에 보다 저전위의 금속을 전선으로 연결하는 것이다. 즉, 보호하고자 하는 금속보다 부식성이 더 큰 금속을 전선으로 연결하여 보호금속을 음극(-)이 되도록 하여 부식성이 더 큰 금속을 희생시키는 방법이다.
6. 외부전원법

외부전원법이란 희생 양극식의 단점을 보완한 음극방식법을 사용한다. 피방식체가 위치한 부식액(또는 토양) 중에 전극을 설치하고, 이것을 외부직류전원인 +극에 연결하고, 피방식체를 –단자에 각각 연결한다. 전극으로부터 피방식체를 향하여 전해질을 통한 방식전류를 유입시켜 부식을 방지한다.

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1. 부식 실험의 개요

부식 실험은 금속 재료의 내식성을 평가하고 부식 메커니즘을 이해하는 데 매우 중요한 과정입니다. 이를 통해 부식으로 인한 재료 손실과 안전 문제를 예방할 수 있습니다. 부식 실험의 개요에는 실험 목적, 실험 방법, 실험 장비, 실험 조건 등이 포함됩니다. 실험 목적은 재료의 내식성 평가, 부식 메커니즘 규명, 부식 억제 방법 개발 등이 될 수 있습니다. 실험 방법으로는 정전위 분극 실험, 임피던스 분광법, 중량 감량법 등이 사용됩니다. 실험 장비로는 포텐시오스탯, 임피던스 분석기, 전자 저울 등이 필요합니다. 실험 조건으로는 용액 조성, 온도, pH, 유속 등이 고려됩니다. 이러한 부식 실험의 개요를 이해하는 것은 부식 문제 해결을 위해 매우 중요합니다.
2. 실험 과정

부식 실험의 실험 과정은 매우 체계적이고 세밀하게 진행되어야 합니다. 일반적인 실험 과정은 다음과 같습니다. 첫째, 시험편 준비 단계에서는 시험편의 크기, 형상, 표면 처리 등을 결정합니다. 둘째, 실험 용액 준비 단계에서는 실험에 사용될 용액의 조성, pH, 온도 등을 설정합니다. 셋째, 실험 장치 셋업 단계에서는 포텐시오스탯, 임피던스 분석기 등의 실험 장비를 연결하고 교정합니다. 넷째, 실험 수행 단계에서는 정전위 분극 실험, 임피던스 분광법 등의 실험을 진행합니다. 다섯째, 실험 데이터 분석 단계에서는 실험 결과를 분석하고 해석합니다. 이러한 체계적인 실험 과정을 통해 신뢰할 수 있는 실험 결과를 얻을 수 있습니다.
3. 실험용액 제조 및 polishing 주의사항

부식 실험에서 실험용액의 제조와 시험편의 표면 처리는 매우 중요합니다. 실험용액 제조 시 주의사항은 다음과 같습니다. 첫째, 용액의 조성, pH, 온도 등을 정확히 제어해야 합니다. 둘째, 용액 제조 시 순수한 시약을 사용해야 하며, 오염을 방지해야 합니다. 셋째, 용액의 안정성을 확보하기 위해 교반이나 가스 주입 등의 방법을 사용해야 합니다. 시험편의 표면 처리 시 주의사항은 다음과 같습니다. 첫째, 시험편의 표면을 균일하게 연마해야 합니다. 둘째, 연마 과정에서 발생할 수 있는 기계적 변형을 최소화해야 합니다. 셋째, 연마 후 시험편 표면의 오염을 방지해야 합니다. 이러한 실험용액 제조와 시험편 표면 처리의 주의사항을 준수하면 신뢰할 수 있는 실험 결과를 얻을 수 있습니다.
4. 부식속도(mpy) 계산

부식 실험에서 가장 중요한 결과 중 하나는 부식속도(mpy)입니다. 부식속도는 단위 시간당 금속의 부식 깊이를 나타내는 지표로, 재료의 내식성을 평가하는 데 사용됩니다. 부식속도 계산 방법은 다음과 같습니다. 첫째, 시험편의 초기 무게와 실험 후 무게 감소를 측정합니다. 둘째, 부식 면적, 실험 시간, 금속의 밀도 등의 정보를 이용하여 부식속도(mpy)를 계산합니다. 부식속도 계산식은 mpy = (K × W) / (A × T × D)와 같습니다. 여기서 K는 단위 환산 상수, W는 무게 감소, A는 부식 면적, T는 실험 시간, D는 금속의 밀도입니다. 부식속도 계산 결과는 재료의 내식성을 평가하고 부식 억제 대책을 수립하는 데 활용됩니다.
5. 희생양극법

희생양극법은 부식 방지 기술 중 하나로, 금속 구조물의 부식을 방지하기 위해 사용됩니다. 이 방법은 구조물과 전기적으로 연결된 다른 금속(희생양극)을 사용하여 구조물의 부식을 방지하는 원리입니다. 희생양극은 구조물보다 전기화학적으로 활성이 높은 금속으로 선택되며, 구조물이 부식되는 대신 희생양극이 먼저 부식됩니다. 이를 통해 구조물의 수명을 연장할 수 있습니다. 희생양극법은 선박, 해양 구조물, 지하 배관 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 이 기술은 비교적 간단하고 경제적이며, 효과적인 부식 방지 방법으로 평가받고 있습니다.
6. 외부전원법

외부전원법은 부식 방지 기술 중 하나로, 금속 구조물에 외부 전원을 공급하여 부식을 방지하는 방법입니다. 이 방법은 구조물을 음극으로 만들어 부식을 억제하는 원리입니다. 외부 전원은 정류기나 배터리 등을 사용하며, 구조물과 전기적으로 연결됩니다. 외부 전원의 전압과 전류를 적절히 조절하여 구조물의 전위를 부식 전위보다 낮게 유지함으로써 부식을 방지할 수 있습니다. 외부전원법은 선박, 교량, 지하 배관 등 다양한 분야에서 사용되며, 희생양극법에 비해 보다 정밀한 부식 제어가 가능합니다. 그러나 외부 전원 공급 장치가 필요하고 운영 비용이 발생한다는 단점이 있습니다. 따라서 적용 환경과 경제성을 고려하여 적절한 부식 방지 기술을 선택해야 합니다.

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