알루미늄 부식의 종류에는 몇 가지가 있나요? 

알루미늄 부식의 유형

1. 대기 부식

가장 일반적인 형태의 알루미늄 부식. 알루미늄의 대기 부식은 자연 요소에 노출될 때 발생합니다. 대부분의 장소에서 발생할 가능성이 높기 때문에 대기 부식은 전 세계에서 모든 유형의 부식으로 인한 알루미늄 손상 중 가장 큰 비중을 차지합니다.

대기 부식은 세 가지 하위 범주로 나눌 수 있습니다. 서비스 환경의 습도 수준에 따라 건조, 습, 습도가 있습니다.

• 건식 부식(습도 <30%): 느린 화학적 산화만 일어납니다;
• 습식 부식(습도 30%-60%): 얇은 액체막에 의해 국부적인 갈바닉 부식이 시작됩니다;
• 갈바닉 부식(습도 > 60%): 두꺼운 액체막으로 인해 이온 이동이 가속화되고 부식 속도가 크게 증가합니다.

습도는 위치에 따라 크게 달라질 수 있으므로 특정 부위는 다른 부위보다 부식이 더 심할 수 있습니다.

대기 부식의 정도에 영향을 미치는 다른 환경 요인으로는 풍향, 온도 및 강수량의 변화가 있습니다. 대기 중 오염 물질의 농도와 유형, 대규모 수역과의 근접성도 중요한 역할을 합니다.

2. 갈바닉 부식

이종 금속 부식이라고도 하는 갈바닉 결합 부식은 알루미늄이 물리적으로 또는 귀금속에 부착된 전해질을 통해 알루미늄에 영향을 미칩니다. 귀금속은 알루미늄에 비해 반응성이 낮은 모든 금속이 될 수 있습니다.

금속의 반응성은 전기화학 계열에서 금속의 위치에 따라 달라집니다. 전기화학 계열의 다른 금속이 알루미늄에서 더 멀리 떨어져 있으면 부식의 정도가 더 심해집니다.

부식 강도는 두 금속이 만나는 교차점에서 가장 높고 그 경계에서 멀어질수록 감소합니다.

예를 들어 알루미늄과 황동을 서로 접촉하거나 가까이 두고 바닷물에 넣으면 1차 전지가 형성됩니다. 그러면 알루미늄 부분이 양극(양극 단자) 역할을 하기 때문에 부식됩니다.

이는 황동 피팅이 바닷물에 잠긴 알루미늄 피팅에 가까이 있는 보트에서 문제가 될 수 있습니다. 전자는 바닷물을 통해 알루미늄에서 황동으로 흐릅니다.

이러한 유형의 1차 전지는 다른 서비스 환경에서 실수로 갈바닉 커플링 부식을 형성하고 유발할 수 있습니다. 갈바닉 커플링 부식은 일반적인 대기 부식보다 훨씬 빠릅니다.

• 전위차 > 0.2V가 유의미하게 발생했으며 부식 속도는 음극/양극 면적 비율과 양의 상관관계가 있었습니다;
• 일반적인 시나리오: 선박의 알루미늄 부품과 황동 피팅은 해수를 통과하며, 양극인 알루미늄은 격리된 상태보다 20배 향상된 연간 최대 0.5mm의 부식 속도를 보입니다;
• 보호 전략: 절연 스페이서를 사용하여 이종 금속을 분리하거나 알루미늄 표면을 양극 산화 처리합니다.

3. 피팅

피팅은 알루미늄 금속 표면에 작은 구멍(피트)이 생기는 표면 부식 현상입니다. 일반적으로 이러한 피팅은 제품의 강도에는 영향을 미치지 않습니다. 대신 미관상 문제가 되지만 표면 외관이 중요한 경우 고장으로 이어질 수 있습니다.

피팅 부식은 일반적으로 염화물 음이온이 대기 중에 존재하는 지역에서 발생하는데, 염화물 음이온의 존재가 원인이기 때문입니다. 황산염도 어느 정도 피팅 부식을 유발합니다. 최악의 피팅 부식 사례는 알칼리성 및 산성 염분이 있을 때 관찰됩니다.

트리거 조건::

• 염화이온(Cl-) 농도 > 0.5mol/L;
• 표면에 내포물 또는 입자 경계 결함이 있는 경우;
• 합금 전위는 국부적 파괴 전위보다 높습니다(>0.4V vs SCE).
  확장 메커니즘::
• 에칭 기공에서 Al³⁺의 가수분해는 산(pH가 2-3으로 낮아짐)을 생성하고 Cl- 농축은 자가 촉매 사이클을 형성합니다;
• 구멍 깊이의 성장 속도는 최대 0.1mm/월까지 가능하며, 깊이 대 너비 비율은 종종 10:1을 초과합니다.

피팅이 발생하려면 합금의 전위가 전해질(소금 용액)의 전위보다 높아야 합니다. 입자 경계와 2상 입자에 표면 결함이 있으면 피팅의 전조입니다.

4. 틈새 부식

틈새 부식은 재료의 국부적인 부식 과정의 한 형태입니다. 재료가 겹치거나 의도하지 않은 설계 오류로 인해 틈새가 생길 수 있습니다. 결과적으로 이러한 틈새에 바닷물이 모이면 틈새 부식으로 이어질 수 있습니다.

볼트와 구조물 사이에 작은 틈만 있어도 이러한 유형의 부식이 시작될 수 있습니다. 시간이 지나면 소재의 알루미늄이 용해되어 바닷물에 침전됩니다. 이 이온성 알루미늄은 주변 공기에서 산소를 흡수하고 전해질에서 수산화 이온을 흡수하여 수산화 알루미늄을 형성합니다.

기하학적으로 제한된 영역(예: 플랜지 이음새, 리벳 틈새)은 산소 확산의 차이로 인해 오클루전 셀을 형성합니다:

• 초기 단계알루미늄의 용해는 갭 내부와 외부의 산소 농도 차이(Al→Al³⁺+3e-)에 의해 이루어집니다;
• 개발 기간Al³⁺의 가수분해는 pH 감소와 Cl-의 농도 이동으로 이어집니다;
• 고원: pH ≈ 2에서 부식성이 강한 미세 환경을 유지하며 0.1-0.5mm의 간격 폭에서 가장 큰 위험을 초래합니다.

염화물이 있으면 이러한 산소 환원으로 인해 틈새가 산성으로 변하여 부식 속도가 빨라집니다.

5. 입계 부식

알루미늄의 경우, 결정립 경계는 합금 미세 구조에 비해 전기화학적으로 다릅니다. 이로 인해 둘 사이에 전기화학적 전위가 형성되고 전자 교환이 일어납니다.

열화학적 처리와 금속 구조에 따라 입계 부식에는 여러 가지 변형이 있습니다. 다른 일련의알루미늄또한 다양한 정도에서 발견되었습니다. 예를 들어 6xxx 계열의 합금은 이러한 유형의 알루미늄 부식에 상대적으로 민감하지 않습니다.

양극 경로는 합금 시스템에 따라 달라집니다. 2xxx 계열에서는 입자 경계의 양쪽에 좁은 띠로 나타나고, 5xxx 계열에서는 입자 경계를 따라 연속적인 경로로 나타납니다.

입자 경계를 따라 우선적으로 용해되는 현상은 조직 이질성에서 비롯됩니다:

• 2xxx학과입자 경계에서 CuAl₂ 침전은 구리 부족 구역(양극)으로 이어집니다;
• 5xxx학과연속 β 상(Mg₂Al₃)에 의해 촉발되는 선택적 탈합금;
• 보호T6 에이징 처리는 입자 경계 부식의 깊이를 80%까지 감소시킵니다.

피팅과 마찬가지로 입자 간 부식은 피팅으로 시작됩니다. 그러나 취약한 입자 경계를 따라 더 빠르게 전파됩니다.

6. 스패럴 부식

스팔링 부식은 방향성이 뚜렷한 구조를 가진 알루미늄 합금에서 발견되는 특정 유형의 입계 부식입니다. 이는 열간 또는 냉간 압연 공정을 거친 알루미늄 제품에서 특히 두드러집니다.

이는 미세 구조의 길쭉한 입자 경계를 따라 발생합니다. 스팔링이라는 용어는 부식 생성물이 훨씬 더 크고 재료 표면에서 들어 올려지는 듯한 인상을 준다는 사실에서 유래했습니다.

이러한 유형의 알루미늄 부식은 표면 위로 확장되어 제품의 측면에 응력을 축적합니다. 결과적으로 이는 제품 본체로 이동하기 전에 표면에서 초기 쐐기 작용으로 이어집니다. 심한 박리가 발생하고 재료가 약해집니다. 구멍, 갈라짐, 블리스터와 같은 표면 열화가 발생할 수 있습니다.

2xxx, 5xxx 및 7xxx 시리즈는 고도로 배향된 입자 구조로 인해 각질 제거 부식에 더 취약합니다. 따라서 입자 경계가 입자 간 부식에 더 민감합니다. 이방성 조직으로 인한 압연 강판의 층류 부식:

48시간 동안의 EXCO 솔루션 가속 테스트는 10년간의 자연 부식 수준을 시뮬레이션합니다.

부식 생성물의 부피 팽창(Al → Al(OH)₃ 부피가 6.3배 증가)은 평행 압연 방향에서 층간 응력(>100MPa)을 유발합니다;

열처리 방법을 사용하여 침전물을 재분배함으로써 각질 제거 부식에 대한 취약성을 수정할 수 있습니다.

7. 일반 부식

알루미늄 제품 표면에 거의 균일하게 부식이 발생하는 것을 균일 부식 또는 전체 부식이라고 합니다.

이러한 부식은 제품이 강산성 또는 알칼리성 매체에 자주 노출될 때 발생합니다. 또한 제품이 전해질에 있을 때 높은 전기 화학적 전위가 존재할 때 발생할 수도 있습니다. 대표적인 예로 산성 용액에서 알루미늄 시트가 녹슬는 것을 들 수 있습니다.

균일한 부식은 전해질과 접촉하는 양극 및 음극 영역의 지속적인 움직임의 결과이며 표면에 균일한 부식 공격으로 나타납니다.

산화물 층은 또한 pH가 높거나 낮은 용액에서 불안정하며 그 아래의 금속을 보호하지 못합니다. 재료의 두께가 감소하고 결국 완전히 용해됩니다.

공격은 완전히 일정하지 않으며 정점과 기복이 있습니다. 부식의 일반적인 예라고 할 수 있을 만큼 깊은 부식이 있는 작은 영역은 없습니다.

패시베이션 필름은 강산(pH 9) 환경에서 완전히 용해됩니다:

• 부식 속도pH 1.2mm/년, pH >9에서 0.3-0.8mm/년;
• 농축 질산(65%)은 강력한 패시베이션으로 인해 속도를 0.001mm/년으로 줄입니다.

8. 침착 부식

증착 부식은 알루미늄 표면에 이종 금속이 증착되어 심각한 국부 부식을 일으킬 때 발생합니다.

물이 구리 파이프를 통해 흐른다고 상상해 보세요. 물이 흐르면서 구리 이온을 흡수합니다. 이 구리 이온은 이제 용액 상태가 됩니다. 이 용액이 알루미늄 표면이나 용기에 닿으면 이 구리 이온이 그 위에 침전됩니다.

이러한 이온은 이제 미묘한 프로토셀을 형성하며, 전기화학 또는 프로토셀 계열에서 이온이 낮으면 구멍을 내어 알루미늄을 부식시킵니다. 알루미늄과 전기적으로 결합된 이온의 차이가 클수록 부식이 더 심해집니다.

1ppm 농도의 구리 이온 용액도 알루미늄 표면을 심각하게 부식시키는 것으로 알려져 있습니다.

알루미늄 침전물의 부식을 유발할 수 있는 금속을 "중금속"이라고 합니다. 중요한 중금속으로는 구리, 수은, 주석, 니켈, 납이 있습니다.

패시베이션 필름은 강산(pH 9) 환경에서 완전히 용해됩니다:

• 부식 속도pH 1.2mm/년, pH >9에서 0.3-0.8mm/년;
• 농축 질산(65%)은 강력한 패시베이션으로 인해 속도를 0.001mm/년으로 줄입니다.

이 방법으로 인한 부식은 알칼리성 용액에 비해 산성 용액에서 더 두드러지게 나타납니다. 이는 알칼리성 용액에서 이러한 이온의 용해도가 낮기 때문입니다.

9. 응력 부식 균열(SCC)

응력 부식 균열(이하 SCC라고 함)은 알루미늄 부품의 완전한 고장으로 이어질 수 있는 입계 부식의 한 형태입니다.

이러한 부식이 발생하려면 세 가지 조건이 충족되어야 합니다. 민감한 합금이 첫 번째 조건입니다. 모든 알루미늄 합금이 똑같이 SCC에 취약한 것은 아닙니다. 항복 강도가 높은 합금은 응력 부식 균열에 더 취약합니다.

두 번째 조건은 사용 환경이 습하거나 습해야 한다는 것입니다. 세 번째 조건은 재료에 인장 응력이 존재해야 한다는 것입니다. 이 인장 응력은 균열 전파의 원인이며 금속을 통해 균열이 전파되는 원인이 됩니다.

삼부작민감한 합금(예: 7075-T6), 인장 응력(> 항복 강도 30%), 부식성 매체(Cl 용액):

• 크랙 유형곡물을 따라(IGSCC) 또는 곡물을 통과(TGSCC)합니다;
• 임계 응력 강도 계수(KISCC)를 기존 강도의 30%로 낮출 수 있습니다.

SCC 공정에는 두 가지 유형이 있습니다. 첫 번째는 입자 경계를 따라 균열이 전파되는 입자 간 응력 부식 균열(IGSCC)입니다. 두 번째는 입자 경계를 따라 균열이 전파되지 않고 입자를 통해 균열이 전파되는 입자 관통 응력 부식 균열(TGSCC)입니다.

10. 침식 부식

알루미늄의 침식 부식은 고속의 물 분사가 알루미늄 본체에 미치는 충격으로 인해 발생합니다.

침식 부식을 악화시키는 두 가지 요인은 물의 유속과 pH입니다. 물에 탄산염과 실리카 성분이 있으면 부식 속도가 더욱 빨라집니다.

순수한 물에서는 알루미늄 부식이 느린 속도로 진행됩니다. 그러나 pH가 9를 초과하면 이 속도가 빨라집니다. 산성 물에서는 부식이 더욱 빠르게 진행됩니다.

유체 역학과 화학적 부식의 시너지 효과:

• 빠른 속도(>5m/s)는 패시베이션 필름을 파괴합니다;
• 모래 유체마모-부식 상호 작용 손상 유발;
• 액포의 붕괴1GPa 이상의 충격 압력이 발생하여 표면이 벗겨집니다.

침식-부식은 위의 요인을 제어하여 예방할 수 있습니다. 침식-부식은 유속을 줄이거나 수질을 유지하거나 둘 다를 통해 크게 줄일 수 있습니다. 수질을 개선한다는 것은 pH를 가능한 한 중성(9 미만)에 가깝게 유지하고 실리카 및 탄산염 수치를 낮추는 것을 의미합니다.

11. 부식 피로

피로를 방치하면 제품이 완전히 고장날 수 있다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 알루미늄의 경우 피로 균열이 부식의 시작점으로 작용할 수 있습니다.

부식 피로는 알루미늄이 장기간에 걸쳐 낮은 응력을 반복적으로 받을 때 발생합니다. 바닷물이나 염분 용액과 같은 부식성 환경에서는 균열이 시작되고 확장될 가능성이 더 높습니다.

하중과 부식성 매체를 번갈아 가며 사용함으로써 피로 한계를 시너지 효과로 감소시킵니다:

• 3.5% NaCl 용액에서 2024-T3 알루미늄 합금의 피로 수명은 건조한 환경에서 10%로 떨어집니다;
• 균열 확장 속도는 ΔK(응력 강도 계수 진폭)와 주파수(임계 임계값 10Hz)에 의해 조절됩니다.

대기 중에 물이 존재하지 않으면 부식 피로가 진행될 수 없습니다. 또한 균열 전파가 주로 크리스탈을 통해 이루어지기 때문에 응력의 방향과는 크게 무관합니다. 따라서 SCC의 경우와 달리 응력은 전파에 영향을 미치지 않습니다.

12. 필라멘트 부식

필라멘트 또는 웜 부식은 피팅으로 시작됩니다. 알루미늄 표면에서 페인트가 벗겨지는 지점에서 시작됩니다. 원인은 표면의 스크래치나 마모로 인해 밑에 있는 금속 표면이 노출되는 것일 수 있습니다.

염화물 음이온과 높은 습도가 존재하면 사상 부식이 쉽게 발생하고 확산될 수 있습니다. 염수 부식은 염분으로 인한 구멍으로 시작하지만 틈새 부식으로 확산됩니다.

지렁이의 머리는 산성이며 염화물 함량이 높습니다. 산소를 흡수하고 양극 역할을 합니다. 지렁이 트랙의 후반부는 음극으로 작용하고 반응이 이어집니다.

코팅 결함에 형성된 자체 추진 부식:

• 머리 부분의 산성 영역(pH ≈ 1-2)과 꼬리 부분의 알칼리성 영역(pH ≈ 10-12)은 전기 화학적 구배를 형성합니다;
• 확장 속도 0.1-0.5mm/일, 매트릭스 직조에 의해 경로가 제어됩니다.

필라멘트 부식은 표면을 손상시키지 않고 페인트나 왁스로 작은 틈새를 모두 밀봉하여 예방할 수 있습니다. 가능하면 환경의 상대 습도를 낮춰야 합니다.

13. 미생물 부식(마이크)

미생물 유도 부식 또는 MIC는 미생물/곰팡이에 의해 발생하는 부식을 말합니다. 이러한 유형의 부식은 연료 및 윤활유 탱크에서 흔히 발생합니다.

미생물과 곰팡이는 기름에 물이 있으면 번성할 수 있습니다. 이러한 유기체 중 일부는 기름을 소비하고 산을 배설하여 보관에 사용되는 알루미늄 용기를 부식시킬 수 있습니다.

이 산은 알루미늄 용기에 구멍을 내고 결국 누출을 일으킬 수 있습니다.

황산염 환원 박테리아(SRB)와 같은 미생물 대사에 의해 촉발됩니다:

• 혐기성 환경은 패시베이션 필름을 파괴하기 위해 H₂S를 생성합니다;
• 바이오필름은 산소 농도 세포를 형성합니다;
• 연료 시스템의 수상 분리 영역은 정기적인 배수 및 살균제 첨가가 필요한 발생률이 높은 영역입니다.

이를 방지하려면 오일을 최대한 정화하여 수분을 제거해야 합니다. 정화 후 탱크에서 정기적으로 배수하는 것도 필요합니다. 연료의 품질을 개선할 수 없는 경우 살균제를 사용하여 발아를 방지할 수 있습니다.