부동태의 뜻
금속 표면에 두께 수 nm 정도의 치밀한 산화 피막이 생겨, 열역학적으로는 녹아야 할 금속의 용해가 거의 멈춘 상태.
일본어 명칭: 不動態
‘부동태’ 관련 연습 문제는 3개 분야에 7문제가 있습니다(생체 재료, 부식과 표면 처리, 재료의 가공과 접합 등).
이 용어의 분야: 부식과 표면 처리
부동태 연습 문제에 도전
스테인리스강이 대기나 물속에서 잘 녹슬지 않는 주된 이유는 무엇인가?
- ANi의 첨가로 합금의 표준 전극 전위가 금이나 백금과 비슷할 정도로 귀해져 잘 녹지 않게 되기 때문
- B표면에 두께 수 mm의 치밀한 산화 스케일이 성장하여 물이나 산소를 외부로부터 완전히 차단하기 때문
- CCr을 약 11% 이상 포함하여 표면에 두께 수 nm의 부동태 피막이 생기고 자연적으로 재생되기 때문
정답과 해설 보기
정답: C. Cr을 약 11% 이상 포함하여 표면에 두께 수 nm의 부동태 피막이 생기고 자연적으로 재생되기 때문
스테인리스강은 Cr을 약 11%(규격의 정의로는 10.5%) 이상 포함함으로써 표면에 Cr 산화물을 주체로 하는 두께 불과 수 nm 정도의 부동태 피막이 생겨, 금속이 더 이상 녹아 나오는 것을 막습니다. 피막은 산소가 있는 환경에서는 흠집이 나도 자연적으로 재생된다는 점이 중요합니다. 따라서 부동태는 질산과 같은 산화성 환경에서는 유지되기 쉽고, 산소가 부족한 환경이나 염화물 이온이 많은 환경, 환원성 산(염산 등)에서는 파괴되기 쉬워집니다. 합금 전체의 전위가 금이나 백금 수준으로 귀해지는 것은 아니며, Ni의 주된 역할은 오스테나이트 조직의 안정화입니다. 수 mm나 되는 두꺼운 산화 스케일은 고온 산화로 생기는 것으로, 균열이나 박리를 일으키기 쉬우며 부동태 피막과는 전혀 다른 것입니다.
SUS304를 염화물 이온을 많이 포함한 해수 중에서 사용했을 때 일어나기 쉬운 국부 부식과 그 대책의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
- A전면 부식이며, 부식 여유로 두께를 늘린다
- B공식 부식이며, Mo를 포함한 SUS316 등으로 바꾼다
- C공식 부식이며, 탄소량을 늘린 스테인리스강으로 바꾼다
정답과 해설 보기
정답: B. 공식 부식이며, Mo를 포함한 SUS316 등으로 바꾼다
염화물 이온은 부동태 피막의 약한 지점을 국부적으로 깨뜨려, 작은 구멍이 깊게 파여 들어가는 공식 부식을 일으킵니다. 구멍 안에서는 녹은 금속 이온의 가수분해로 용액이 산성이 되고, 전기적 중성을 유지하기 위해 염화물 이온이 모이므로 부식이 스스로 가속됩니다. 주위의 넓은 부동태면이 음극, 구멍의 바닥이 작은 양극이 되기 때문에 관통까지 급격히 진행되는 경우가 있습니다. 대책은 피막을 강하게 하는 Mo, Cr, N을 많이 포함한 강종(Mo를 약 2~3% 포함하는 SUS316 등)으로 바꾸는 것이며, 이들의 양으로 구하는 공식 저항 지수(PREN)가 선정의 기준이 됩니다. 전체 면이 균일하게 줄어드는 부식이 아니므로 두께를 늘리는 대책은 효과적이지 않습니다. 탄소를 늘리면 입계에 Cr 탄화물이 생기기 쉬워져(예민화) 오히려 내식성이 떨어집니다.
해설 속의 ‘부동태’
스테인리스강은 Cr을 약 11%(규격의 정의로는 10.5%) 이상 포함함으로써 표면에 Cr 산화물을 주체로 하는 두께 불과 수 nm 정도의 부동태 피막이 생겨, 금속이 더 이상 녹아 나오는 것을 막습니다.
스테인리스강이 대기나 물속에서 잘 녹슬지 않는 주된 이유는 무엇인가?염화물 이온은 부동태 피막의 약한 지점을 국부적으로 깨뜨려, 작은 구멍이 깊게 파여 들어가는 공식 부식을 일으킵니다.
SUS304를 염화물 이온을 많이 포함한 해수 중에서 사용했을 때 일어나기 쉬운 국부 부식과 그 대책의 조…그곳에서는 결정립계에 Cr₂₃C₆ 등의 Cr 탄화물이 석출하고, 결정립계 바로 옆의 Cr 농도가 부동태를 유지할 수 없는 값까지 낮아지므로, 결정립계를 따라 부식이 진행됩니다.
SUS304 등의 오스테나이트계 스테인리스강을 용접하면, 용접선에서 조금 떨어진 열영향부에서 입계 부식이 …티타늄 표면은 두께 수 nm의 TiO₂ 부동태 피막으로 덮여 있고 체액 속에서 안정하므로, 뼈가 그 표면을 따라 형성됩니다.
치과용 임플란트 등에서 순수 티타늄에 대해 말하는 골유착의 설명으로 옳은 것은 무엇인가?부동태 피막의 손상에 의한 금속 이온의 용출은 프레팅 부식 등 별개의 문제입니다.
인공 고관절의 스템에 뼈보다 훨씬 영률이 높은 금속을 사용했을 때 문제가 되는 응력 차폐의 설명으로 옳은 …
‘부동태’ 관련 문제(7문제)
- 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?
- SUS304 등의 오스테나이트계 스테인리스강을 용접하면, 용접선에서 조금 떨어진 열영향부에서 입계 부식이 일어나는 경우가 있다(웰드 디케이). 그 원인과 대책의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?
- 치과용 임플란트 등에서 순수 티타늄에 대해 말하는 골유착의 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 인공 고관절의 스템에 뼈보다 훨씬 영률이 높은 금속을 사용했을 때 문제가 되는 응력 차폐의 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- Ti-Nb-Ta-Zr계와 같은 β형 티타늄 합금이 뼈를 고정하는 임플란트용으로 개발되어 온 주된 이유는 무엇인가?
- 이트리아 부분 안정화 지르코니아(Y-TZP)로 만든 인공 고관절 골두에서 문제가 된 저온 열화에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
관련 용어
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