부식과 표면 처리
표준 전극 전위, 국부 전지와 통기차 전지, 갈바닉 부식, 부동태, 공식 부식(피팅)과 응력 부식 균열, 희생 양극·도금·도장에 의한 방식을 3지선다 문제로 확인합니다. 패러데이 법칙에 의한 부식량 계산도 연습할 수 있습니다.
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부식과 표면 처리 핵심 정리
금속의 부식은 금속이 전자를 내놓고 양이온이 되는 애노드 반응과, 용존 산소나 수소 이온이 전자를 받아들이는 캐소드 반응이 짝을 이루어 진행되는 전기화학 반응입니다. 표준 전극 전위가 낮은(활성인) 금속일수록 용해되기 쉬운 경향이 있습니다. 하나의 금속 표면에서도 불균일이나 산소 농도 차이로 국부 전지가 형성되며, 서로 다른 금속을 접촉시키면 전위가 낮은 쪽이 빠르게 용해되는 갈바닉 부식이 일어납니다.
스테인리스강이나 티타늄은 두께 수 nm의 부동태 피막으로 보호되지만, 염화물 이온에 의한 공식 부식이나 틈 부식, 인장 응력과 환경이 겹치는 응력 부식 균열 같은 국부 부식에는 주의가 필요합니다. 방식 방법에는 희생 양극, 도금, 도장 등이 있으며, 전위가 낮은 아연이 강을 보호하는 원리가 요점입니다. 부식량이나 도금량은 패러데이 법칙을 이용해 전류와 시간으로부터 계산할 수 있습니다.
부식과 표면 처리 문제 목록(12문제)
- 25℃의 표준 전극 전위가 Cu²⁺/Cu에서 +0.34 V, Fe²⁺/Fe에서 −0.44 V, Zn²⁺/Zn에서 −0.76 V이다. 이 3가지 금속 중 열역학적으로 가장 산화되기 쉬운(양이온이 되기 쉬운) 것은 무엇인가?
- 중성이며 공기와 접한 물속에서 철 표면에 국부 전지가 생겨 부식이 진행될 때, 음극(캐소드)에서 주로 일어나는 반응은 무엇인가?
- 물속의 강재에서 용존 산소의 농도가 장소에 따라 다르면 통기차 전지가 생긴다. 부식이 집중되기 쉬운 곳은 어디인가?
- 해수 중에서 강구조물에 아연 희생 양극을 부착하였다. 표준 전극 전위를 Fe²⁺/Fe에서 −0.44 V, Zn²⁺/Zn에서 −0.76 V로 하여 표준 상태의 전지로 생각했을 때, 기전력과 녹는 쪽 금속의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
- 해수 중에서 강과 구리를 전기적으로 접촉시켜 사용한다. 갈바닉 부식에 의한 강의 손상이 가장 심해지기 쉬운 것은 무엇인가?
- 스테인리스강이 대기나 물속에서 잘 녹슬지 않는 주된 이유는 무엇인가?
- SUS304를 염화물 이온을 많이 포함한 해수 중에서 사용했을 때 일어나기 쉬운 국부 부식과 그 대책의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
- 응력 부식 균열에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 강판의 방식에 대해 기술한 다음 문장 중 옳은 것은 무엇인가?
- 어떤 강관에서 철이 Fe → Fe²⁺ + 2e⁻로 녹는 부식 전류가 평균 0.10 A로 1년간(365일) 계속 흘렀다. 녹은 철의 질량에 가장 가까운 것은 무엇인가? Fe의 몰질량을 55.85 g/mol, 패러데이 상수를 96485 C/mol로 한다.
- 철의 부식 전류 밀도가 전체 면에서 균일하게 1.0 µA/cm²일 때, 부식으로 표면이 후퇴하는 속도에 가장 가까운 것은 무엇인가? 철은 Fe²⁺로 녹는다고 하고, 몰질량 55.85 g/mol, 밀도 7.87 g/cm³, 패러데이 상수 96485 C/mol, 1년을 3.15×10⁷ s로 한다.
- 니켈 도금을 전류 밀도 2.0 A/dm²로 30분간 하였다. 전류 효율을 100%로 하면 도금막의 두께에 가장 가까운 것은 무엇인가? Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni로 하고, Ni의 몰질량을 58.69 g/mol, 밀도를 8.90 g/cm³, 패러데이 상수를 96485 C/mol로 한다.