스테인리스 스틸 부식의 5가지 일반적인 유형에 대한 이해
내구성이 뛰어난 것으로 알려진 스테인리스 스틸이 왜 녹이 슬 수 있는지 궁금한 적이 있나요? 이 기사에서는 스테인리스 스틸 부식의 유형과 원인을 밝히면서 스테인리스 스틸 부식의 놀라운 진실을 탐구합니다.
일부 알루미늄 합금이 더 쉽게 부식되는 이유는 무엇이며, 이에 대해 무엇을 할 수 있을까요? 이 글에서는 입계 부식에 초점을 맞춰 6000 시리즈 알루미늄 합금의 부식의 원인과 유형을 살펴봅니다. 다양한 부식 형태, 6000 시리즈 합금이 취약한 이유, 이러한 문제를 방지하여 알루미늄 구조물의 성능과 수명을 향상시킬 수 있는 실질적인 조치에 대해 알아봅니다.
기존의 추정 방법에 따르면 중국에서 부식으로 인한 직접적인 경제적 손실은 연간 GDP의 약 31%에 달하며, 부식으로 인해 소비되는 철강은 연간 생산량의 약 1/3을 차지하며 이 중 약 1/10은 재활용이 불가능합니다.
알루미늄과 알루미늄 합금의 내식성은 강철보다 훨씬 높기 때문에 부식 손실이 훨씬 적습니다. 그러나 금속 재질이나 내식성 수준에 관계없이 사용 중에는 항상 어느 정도 부식 손실이 발생합니다.
알루미늄의 연간 부식 손실은 해당 연도 알루미늄 생산량의 약 0.5%로 추정됩니다. 알루미늄 및 알루미늄 합금에서 발생하는 부식 유형에는 피팅 부식이 포함됩니다, 입계 부식응력 부식 균열 및 층상 부식.
6000 시리즈 알루미늄 합금은 단조 알루미늄 합금 중 가장 높은 출력을 자랑합니다. 내식성은 1000, 3000, 5000 시리즈 알루미늄 합금만큼 우수하지는 않지만 2000, 7000 시리즈 알루미늄 합금에 비해서는 훨씬 높습니다.
6000 시리즈 합금은 입계 부식 경향이 상대적으로 높기 때문에 중요한 구조물의 경우 입계 부식에 대한 민감도를 평가하는 것이 중요합니다.
알루미늄의 부식은 포괄적인 부식과 국부적인 부식의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
균일 부식이라고도 하는 포괄적 부식은 재료가 환경과 접촉할 때 재료 표면 전체에 걸쳐 고르게 발생하는 손실을 말합니다. 알루미늄의 균일 부식의 예로는 알칼리 세척과 같이 알칼리 용액에서 발생하는 부식을 들 수 있습니다.
균일한 부식의 결과는 알루미늄 표면 는 비교적 일정한 비율로 얇아져 질량이 감소합니다. 그러나 절대적으로 균일한 부식은 존재하지 않으며 두께의 얇아짐은 영역에 따라 다를 수 있다는 점에 유의해야 합니다.
국부 부식은 구조물의 특정 영역 또는 일부에 국한된 부식을 말합니다. 이러한 유형의 부식은 다음과 같은 여러 범주로 더 세분화할 수 있습니다:
피팅 부식은 금속 표면의 고립된 영역에서 발생하며 작은 구멍이나 구덩이가 생겨 커져 결국 천공으로 이어질 수 있습니다.
피트 개구부의 직경이 깊이보다 작은 경우 이를 피트 부식이라고 합니다. 피트 개구부의 직경이 깊이보다 크면 피트 침식이라고 합니다.
피트 부식과 피트 침식 사이에는 명확한 경계가 없습니다.
알루미늄에 구멍이 생기는 부식의 전형적인 예는 염화물이 포함된 수용액에서 발생합니다.
피팅 부식은 알루미늄의 가장 일반적인 부식 유형으로, 알루미늄의 특정 영역과 알루미늄 매트릭스 사이의 전위 차이 또는 알루미늄 매트릭스와 다른 전위를 가진 불순물의 존재로 인해 발생합니다.
이러한 유형의 부식은 입자나 결정에 심각한 침식을 일으키지 않고 금속 또는 합금의 입자 경계에 선택적으로 영향을 미칩니다. 그 결과 재료의 기계적 특성이 급격히 감소하여 구조적 손상이나 고장으로 이어집니다.
입자 간 부식은 입자 경계의 불순물이나 농도 변동과 같은 특정 조건으로 인해 입자 경계에서 활동이 증가하면 발생합니다. 합금 원소 곡물 경계에 있습니다.
즉, 입자 경계에 나머지 알루미늄에 비해 전기적으로 음전하를 띠는 얇은 층이 존재해야 부식에 더 취약합니다. 이러한 유형의 부식은 염산과 고온의 물에서 고순도 알루미늄에서 발생할 수 있습니다. AI Cu, AI Mg Si, Al Mg, Al Zn Mg와 같은 합금은 입계 부식에 특히 민감합니다.
갈바닉 부식은 알루미늄에서 흔히 발생하는 부식 형태입니다.
알루미늄(양극)과 활성도가 낮은 금속 등 서로 다른 활성도를 가진 두 금속이 같은 환경에서 접촉하거나 도체를 통해 연결되면 갈바닉 커플이 형성되고 전류가 흐르면서 갈바닉 부식이 발생합니다. 이러한 유형의 부식은 바이메탈 부식 또는 접촉 부식으로도 알려져 있습니다.
알루미늄은 자연 전위가 매우 마이너스이며, 다른 금속과 접촉하면 항상 양극이 되어 부식 과정을 가속화합니다. 거의 모든 알루미늄과 알루미늄 합금은 갈바닉 부식에 취약합니다.
접촉하는 두 금속 사이의 전위차가 클수록 갈바닉 부식이 더 심해집니다. 갈바닉 부식에서는 표면적 비율이 중요하며 가장 불리한 조합은 큰 음극과 작은 양극이라는 점에 유의해야 합니다.
틈새 부식은 두 개의 동일한 또는 다른 금속 가 접촉하거나 금속이 비금속과 접촉하여 틈이 생길 때 발생합니다. 부식은 해당 영역의 산소 부족으로 인해 틈새 또는 그 근처에서 발생하며, 이로 인해 농축 셀이 생성됩니다.
틈새 부식은 합금의 종류에 의존하지 않으며 내식성이 높은 합금에서도 발생할 수 있습니다. 틈새 상단의 산성 환경이 부식을 일으키는 원동력이며 침전물(스케일)에 의한 부식의 한 형태입니다.
스케일에 의한 틈새 부식의 예로는 6063 합금 건물 표면의 모르타르 아래에서 발생하는 부식이 있습니다. 알루미늄 프로파일.
조인트 부식은 플랜지 연결부의 금속 표면, 체결 표면, 랩 표면, 용접 구멍, 녹층 아래, 싱크대 층의 슬러지, 스케일, 불순물로 인해 발생할 수 있습니다.
응력 부식 균열은 인장 응력과 특정 부식 매질이 동시에 존재할 때 발생하는 부식의 한 유형입니다. 응력은 외부 또는 잔류 스트레스 가공 및 제조 중 변형, 담금질 중 심한 온도 변화, 내부 구조의 변화로 인한 부피 변화 등의 요인으로 인해 금속 내부에 발생할 수 있습니다.
그리고 잔류 스트레스 리벳팅, 볼트 체결, 프레스 핏, 냉간 수축 핏과 같은 공정으로 인해 발생할 수도 있습니다.
금속 표면의 인장 응력이 항복 강도 Rp0.2에 도달하면 응력 부식 균열이 발생합니다.
2000 및 7000 시리즈 알루미늄 합금은 담금질 중에 잔류 응력이 발생할 수 있으며, 가공 중 항공기 부품의 변형이나 응력 유입을 방지하기 위해 노화 처리 전에 사전 스트레칭을 통해 이를 제거해야 합니다.
층상 부식은 2000 시리즈, 5000 시리즈, 6000 시리즈 및 7000 시리즈 합금에서 발생하는 특정 형태의 부식으로, 줄여서 박리, 박리 또는 박락이라고도 합니다. 압출된 소재에서 흔히 볼 수 있으며, 일단 발생하면 운모처럼 층층이 벗겨질 수 있습니다.
필라멘트 부식은 알루미늄 페인트 필름이나 기타 코팅 아래에서 발생할 수 있지만 양극 산화막 아래에서는 발견되지 않는 일종의 크리핑 부식입니다. 이러한 유형의 부식은 항공기 알루미늄 구조 부품과 건물 또는 구조용 알루미늄 부품에서 흔히 발견됩니다.
필라멘트 부식의 발생은 다음과 같은 요인에 의해 영향을 받습니다. 재료 구성코팅 전 전처리, 온도, 습도, 염화물 수준과 같은 환경적 요인에 따라 달라집니다.
6000 알루미늄 시리즈 합금은 열처리를 통해 강화할 수 있으며, 오늘날 가장 일반적으로 사용되는 단조 알루미늄 합금입니다. Al Mg Si 및 Al Mg Si Cu 합금이며, 2018년 알루미늄 협회에 등록된 706개의 합금 중 126개가 6000 시리즈 합금으로 18%를 차지했습니다.
이러한 합금은 우수한 가공 성형성, 적당한 강도 및 우수한 내식성으로 인해 건설, 구조 및 운송 산업에서 널리 사용됩니다. 그러나 합금 조성 비율이 적절하지 않거나 열처리 매개변수가 올바르게 선택되지 않았거나 가공 및 성형이 부적절하면 염소 함유 환경에서 입계 부식이 발생할 수 있습니다.
대부분의 입계 부식은 구리의 양이 적고 Si/Mg 비율이 높은 합금에서 발생합니다. 일반적으로 대부분의 구리 함유 합금의 구리 함량은 0.4% 이하이며, 6013, 6113, 6056, 6156 등 4개 합금만 구리 함량이 1.1%에 달합니다. 구리는 합금의 기계적 특성을 개선하기 위해 Al Mg Si 합금에 첨가됩니다.
고해상도 주사 투과 전자 현미경은 구리가 풍부한 분리 층과 음극 q상 침전물이 입계 부식 민감도가 있는 합금에서 종종 발견된다는 사실을 밝혀냈습니다. q상은 분자식이 Cu인 제4차 금속 간 상입니다.2Mg8Si5Al4입자 경계를 따라 침전되어 인접한 고용체의 양극 용해를 유발하고 침전물이 없는 영역을 형성합니다.
알루미늄 합금의 입계 부식 민감도를 측정하는 일반적인 방법에는 현장 테스트와 가속 침수 테스트의 두 가지가 있습니다. 가속 테스트에서는 염산이 포함된 염화칼륨 용액(ISO 11846 방법 B) 또는 과산화수소가 포함된 염화칼륨 용액(ASTM G110)을 사용하여 부식 과정을 가속하는 경우가 많습니다.
시험 후 금속 분석을 통해 시료의 단면을 검사하거나 기계적 특성의 손실을 측정합니다. ISO 11846 가속 시험의 결과는 해양 환경에서의 현장 시험 결과와 매우 일치합니다.
그러나 가속 시험에서는 시료 표면에 가까운 거의 모든 입자 경계가 심한 부식(균일한 입계 부식)을 겪는 반면, 현장 시험에서는 시료 표면이 제한된 영역에서만 부식(국부 부식)을 일으킵니다. 이러한 차이에도 불구하고 가속 시험은 여전히 재료의 입자 경계 부식을 정확하게 판단하는 표준 방법입니다.
자동차 산업에서는 ISO 11846 방법 B 표준에 따라 6000 시리즈 알루미늄 합금에 입계 부식이 있는지 여부를 판단하는 경우가 많습니다. 여기에는 작은 샘플(표면적 20cm2 미만)을 실온의 산성 염화나트륨 용액(pH = 1)에 24시간 동안 담근 다음 금속 조직 검사를 수행하여 부식 유형(피팅 또는 입계)을 결정하는 과정이 포함됩니다.
표면 부식 손상 정도와 최대 부식 깊이를 결정하는 것이 필수적입니다. 최근 연구에 따르면 테스트 조건을 약간만 변경해도 결과의 재현성에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다.
이 표준은 시료 표면적에 대한 전해질 부피의 비율이 5ml/cm2 이상이어야 하며, 그렇지 않으면 입계 부식 속도에 큰 영향을 미칩니다. 시료 표면이 부식되기 위해서는 음극 반응(수소 침전 및 산소 환원)이 있어야 하며, 시간이 지남에 따라 테스트 용액의 pH 값이 증가하여 전해질 부식이 감소해야 합니다.
단조 알루미늄 합금의 8가지 시리즈 중 6000 시리즈 합금은 Al Mg Si(Cu, Zn) 합금의 일종으로 입계 부식에 매우 취약합니다. 이 시리즈는 입자 간 부식 민감도가 높습니다.
6000 시리즈 합금의 입계 부식 경향을 테스트하는 가장 효과적인 방법은 ISO 11846 표준에 따라 알칼리 에칭을 수행한 다음 농축 질산 용액을 사용하여 오염 제거 처리를 수행하는 것입니다. 그러나 50-60℃의 온도와 5-10%의 질량 분율로 2-5분 동안 NaOH 용액에서 에칭하면 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.
알칼리 에칭에 대한 보다 효과적인 대안은 질산/불산 용액을 사용하는 것으로, 표면의 철이 풍부한 원형질체 지점에서 알루미늄을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 알루미늄 입자는 국부적인 미세 음극이자 입계 부식의 원인이기 때문에 염화물 용액에서 알루미늄 합금의 부식을 가속화할 수 있습니다.
질산/불소 용액에서 합금의 부식은 알칼리 용액에서의 부식에 비해 느립니다.
6000 시리즈 합금은 널리 사용되는 고출력, 다양한 변형 알루미늄 합금일 뿐만 아니라 입계 부식에 대한 민감도가 높은 변형 합금 중 하나이기도 합니다. 그럼에도 불구하고 공정 사양, 특히 열처리 공정을 엄격하게 준수하고 합리적인 구조 설계와 우수한 제조 관행을 구현함으로써 입계 부식을 방지할 수 있습니다.
6000 시리즈 알루미늄 합금 구조물 및 부품의 입자 간 부식 민감도는 작동 환경과도 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 구조물 설계 시 이를 충분히 고려하는 것이 필수적입니다.
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