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작성일 : 08-02-25 07:06
루프드레인의 이종금속연결에 대한 부식
 글쓴이 : 관리자 (211.♡.65.104)
조회 : 13,040   추천 : 1  

부식은 금속재료가 접촉환경과 반응하여 변질 및 파괴되는 현상이다. 부식에 의한 직접적인 손실은 국가 GNP 의 약 3~5 %를 차지할 정도로 막대하며 우리나라의 경우 그 규모가 200~250억 US $ 에 달한다. 특히 산업화의 역사가 30~40 년 이상 길어지면서 화학·석유화학·발전설비 등의 노후화로 인해 부식의 심각성은 날로 증가하고 있다.자연계에서 물질은 안정된 상태로 존재하며  금속 재료는 공업적으로 이용할 수 있는 상태에서 사용하고 있더라도 그 환경 속에서 가장 안정된 상태로 돌아가려는 성질을 갖고 있다.

예를 들면 우리가 일상 관찰하는 철의 녹은 철이 물과 공기가 존재하는 환경하에서 가장 안정된 상태를 취한 결과라고 할 수 있다. 이처럼 금속이 부식되는 반응은 금속과 환경과의 조합에 의해 정해지기 때문에 진공속에 있는 철은 녹이 슬지 않는다.

금속의 부식에는 여러 가지 이유가 있으나 여기서는 루프드레인(Roof drain)의 설치 및 배관연결과 관련있는 갈바닉부식(Galvanic corrosion)에 대하여 다루고자 한다.
금속 이온의 용출에 의해 결정되며 금속 용출의 용이함 정도는 그 금속이 수용액 속에서 이온이 되기 쉬우냐 아니냐에 달려 있다. 이 이온화 경향은 [표준전극전위]라는 척도로 나타낼 수 있다.

금속을 용액 속에 담그면 그 금속 고유의 전위를 나타낸다. 상대적으로 표준전극 전위가 낮은 금속과 높은 금속을 전해질 용액 속에 담그고 외부에서 전기적으로 접속하면 두 금속의 전위가 다르므로 두 금속간의 전위 차에 의해 전자의 흐름(전류)이 일어난다.

이때 전위가 낮은 쪽에서는 금속이온의 용출(M → M+ + e)현상이 일어나고 다른 쪽에서는 방출된 전자를 받는 반응이 동시에 일어나 결국 전위가 낮은 금속 쪽에서만 용해가 되게 된다.

이러한 현상은 동일 금속 면에서도 존재한다. 동일 금속 면에서도 원장의 배열, 입자의 크기, 불순물의 존재, 결함 존재 등에 의해 국부적으로 전위차 발생이 가능하므로 국부전지가 형성되면 부식 반응이 일어나게 되는데 이러한 현상을 갈바닉 부식이라고 한다.
따라서 모든 금속의 부식을 미시적으로 보면 기본 원리는 갈바닉 부식의 이론을 따르게 되며 갈바닉 시리즈로 통하는 각 금속의 표준전위를 알면 부식 발생 예측이 가능하게 된다. 표준 전위가 높은 금속을 Noble하다고 하며 상대적으로 낮은 쪽은 Active하게 된다.
화학적으로 Active한 금속이 상대적으로 Noble한 금속과 이종 결합된 경우는 단독으로 존재할 때 보다 더욱 심각한 부식문제를 야기하게 된다.

아연은 철보다 더 활성적인 금속이 되므로 전위가 낮아 양극으로 작용하고 철은 음극이 된다. 그러므로 아연은 양극 반응 (Zn → Zn2+ + 2e)으로 용액에 용해되고 전자는 음극인 철로 운반되어 철 표면에서 일어나는 음극 반응 (O2 + 2H2O + 4e → 4OH-)에 소모된다. 아연은 철에 전기적으로 접촉하기 전보다 더 빠르게 부식되는 반면 철은 음극 보호를 받아 부식이 매우 느리게 일어나거나 거의 일어나지 않는다.

따라서 이종 금속이 접촉할 때는 이런 표준 전위를 사전에 파악하여 이에 맞는 설계를 하는 것이 매우 중요하다. 예를 들면 Noble한 금속의 접촉면이 Active한 금속의 면보다 클 경우는 그렇지 않을 때보다 더욱 부식을 가속화 기키게 되므로 이종금속이 접촉할 경우는 넓은 면적의 Active 금속과 작은 면적의 Noble 금속이 접촉(부식 면적의 축소)하도록 설계를 하거나 절연 물체를 사이에 설치(예. 절연행가 및 플랜지등)하여 이종금속간에 직접적 접촉이 되지 않도록 하는 것이 좋다.

※ 해수중 금속의 자연 전위열(電位列)

(단위:Ve)

高(Noble)

 

 

 

(Active)

백금 +0.33
+0.18

STAILLESS(18Cr-8Ni-3Mo)

-0.04
-0.06

STAILLESS(18Cr-8Ni)부동태

-0.08

Monel (70Ni_30Cu)

-0.10

Cupronickels 970Cu-30Ni)

-0.13

청동 (Sn 6~10%)

-0.14

황동 (85Cu - 15Zn)

-0.15

-0.17

(표준수소전극) H₂/H+

-0.24

니켈 (활성)

-0.24

황동 (60Cu 40Zn)

-0.27

STAINLESS(18Cr-8Ni) 활성

-0.28
주석 -0.46
-0.50
강, 주철 -0.46~-0.65
듀랄루민 -0.61
카드뮴 -0.78
알루미늄 -0.78
아연 -1.07
마그네슘 -1.60

자료출처 : (주)GROUND (http://www.ground.co.kr)

지금까지 루프 드레인(Roof drain)은 대기에 노출된 옥상에 설치되는 관계로 온도차에 의한 수축에 의하여 방수부분의 하자를 방지하기 위하여 주로 주철제 제품으로 사용되어져 왔는데 위의 표에서 보듯이 주철이 강보다 더 활성적인 금속이므로 설치시와 배관 연결작업시에 접하는 철근이나 강관에 대하여 전위부식을 발생하지 않고 주철제 드레인에서 부식반응이 일어날 수 있으나 전위차가 미미하여 커다란 영향은 되지 않는다고 본다.
다만 주철제 루프드레인과 스테인레스관을 나사식으로 배관연결을 할 때는 전위차가 커서 주철드레인에 부식을 일으킬 우려가 크다고 할 수 있으나 당사에서 개발한 플랜지 연결배관형 다중식 루프드레인(KCD-2450)을 사용하면 주철제 루프드레인과 스테인레스관을 플랜지 연결하여 절연처리가 가능하기 때문에 이종금속에 의한 부식을 예방할 수 있다.

최근들어 루프드레인의 몸체를 스테인레스판을 성형하여 만든 제품이 나오고 있으나 성형이나 가공과정에서 긁힘이나 연마흠과 같이 기계적으로 부동태피막이 파괴되어 그 부위가 양극으로 작용하고 그 외의 부동태 피막 부위가 음극으로 작용할 때에는 스테인레스강 단독의 경우에도 갈바닉 부식이 발생될 수도 있으므로 제품에 대하여 일정 두께 이상을 유지하도록 하는게 좋으며 설치시 루프드레인에 접하는 부분의 철근이 스테인레스보다는 활성적이고 전위차가 커서 철근을 부식시킬 우려가 크고 배관 연결을 강관으로 할 때에도 역시 부식에 의한 파이프에 손상을 가져올 수 있어 이에 대한 보완방법을 고려하여 사용하여야 하며 연결 배관이 스테인레스 배관이 아닌 곳에서는 사용에 신중을 기하는 것이 좋다고 본다.

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