[기계안전기술사] 문제풀이 2024년 133회 133-2-3 갈바니 부식 정의, 영향인자, 부식방지대책, 이용사례

3. 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion)에 대하여 다음 사항을 설명하시오.
1) 정의
2) 갈바닉 부식에 영향을 미치는 인자
3) 갈바닉 부식 방지대책
4) 갈바닉 부식의 이용 사례

문제풀이

1. 정의
갈바닉 부식은 두 가지 서로 다른 금속이 전해질(예: 물, 습기 등)에 접촉할 때 발생하는 전기화학적 부식 현상입니다.
이때 두 금속 사이에 전위차가 생기며, 전위가 낮은 금속 (즉, 덜귀한 금속)이 산화되어 부식이 발생하게 됩니다.
이를 전기화학적 부식 또는 이종금속 부식이라고도 합니다.

갈바닉 부식의 주요 원리:
• 이종 금속 접촉: 서로 다른 두 금속이 전해질에 접촉하면 전자가 이동하며 부식이 시작됩니다.
• 양극과 음극: 두 금속 중 전기화학적 전위가 더 낮은 금속이 양극이 되어 산화(부식)되고,
                        전위가 높은 금속이 음극이 되어 상대적으로 보호됩니다.
• 전해질의 존재: 물 또는 습기와 같은 전해질이 금속 표면에 있을 때 갈바닉 부식 이 더 활발히 발생합니다.

갈바닉 부식의 예:
• 해양 환경에서 구리와 철이 접촉하면, 철이 산화되어 부식이 진행됩니다.
• 스테인리스강과 알루미늄이 함께 있을 때 알루미늄이 더 먼저 부식됩니다.
• 이종 금속관이 접촉되고 있는 경우
• 금속관과 포금제 기구와의 접속
• 기타 금속 소재의 불순물
• 다른 재질의 너트, 볼트 고정

2. 갈바닉 부식의 메커니즘
양극 반응: 금속 용해 (M → M^n+ + ne^-)
음극 반응: 산소 환원 (O2 + 2H2O + 4e^- → 4OH^-)

전자의 이동: 양극에서 음극으로

3. 갈바닉 부식의 특징
국부적 부식: 접촉부 근처에서 집중적으로 발생
시간에 따른 변화: 부식 생성물 축적으로 부식 속도 변화 가능
환경 의존성: 전해질 존재 여부에 따라 부식 정도 달라짐

4. 갈바닉 부식에 영향을 미치는 인자
전위차: 두 금속 간 전기화학적 전위 차이가 클수록 부식 가속화
면적비: 양극/음극 면적비, 소양극-대음극 조합이 가장 위험
전해질 특성: pH, 농도, 전도도, 온도 등
금속 간 거리: 접촉부에서 부식이 가장 심함
환경 조건: 습도, 염분 농도 등

온도
온도는 갈바니 부식의 속도를 변화시키거나 부식 전위의 서열도에도 영 양을 끼치는 것으로 알려져 있다.
예를 들면, [아연 - 강]의 갈바닉 대가 침전 시 아연이 양극 작용으로 아연이 부식되나 800C 이상인 경우 아연 이 산화피막을 형성하게 되어 반대로 강이 양극이 되므로 부식된다.

거리 효과
갈바닉대의 접합 부분에서 부식이 심하게 발 생되나 멀리 떨어질수록 적어진다.
용액의 도전율에도 적용되어 도전율 이 낮은 용액은 깊게 침식되며, 도전율이 높은 용액(바닷물) 넓게 침식된다.

면적비
양극과 음극의 면적비는 갈바니 부식에 큰 영향을 끼치게 된다. 동판과 강제 리베트 연결되면 면적비의 차이가 거서 전류가 집중적으로 흐르게 되어 리베트가 파손되는데, 음극의 면적이 양극보다 압도적으로 높다 보니 전류가 양극 쪽으로 급속도로 흐르게 되어 파손되는 원리이다. 따라서 양극은 음극보다 가급적이면 면적비가 높도록 관리되는 것이 중요하다

5. 갈바닉 부식 방지대책
이종금속관이 접촉하고 있는 경우, 비금속의 면적을 귀금속의 면적보다 크게 만듬
용접에 사용하는 용접봉이나, 경납땜에 사용하는 납, 리베팅에 사용하는 리벳 등에 주재료(모재)보다 이온화경향이 낮은 금속을 사용하면 예방할 수 있음 (알루미늄 모재에 구리 리벳 등..)
전기절연 : 애초에 서로 다른 금속이 접촉하지 않도록 절연재를 사용함 (한쪽에 부동태피막처리, 도장 등)
접촉되는 금속을 선택할때 전위차가 없도록 같은 금속을 선태하던가, 아니면 전위차를 적게 한다

금속 선택: 갈바닉 계열에서 가까운 금속 조합 사용
절연: 이종금속 간 직접 접촉 방지를 위한 절연체 삽입
코팅: 금속 표면에 보호 코팅 적용 (음극 쪽 코팅이 더 효과적)
음극 방식: 희생 양극법 또는 외부 전원법 적용
설계 최적화: 양극/음극 면적비 조절, 응력 집중 최소화

6. 갈바닉 부식의 이용 사례
음극 방식: 선박, 해양 구조물 보호에 희생 양극 사용
아연도금 강판: 아연이 희생 양극으로 작용하여 철 보호
은제품 세척: 알루미늄 호일을 이용한 전기화학적 세척법

7. 갈바닉 계열 (Galvanic Series)
해수 환경에서의 금속 전위 순서
귀금속(Noble) → 비금속(Active) 순으로 배열
계열 내 금속 간 거리가 멀수록 갈바닉 부식 가능성 증가

8. 갈바닉 부식 평가 방법
갈바닉 전류 측정: 제로 저항 전류계 사용
전기화학적 임피던스 분광법 (EIS)
분극 곡선 분석

9. 산업 분야별 갈바닉 부식 사례
항공우주: 알루미늄-티타늄 접합부
건축: 구조용 강재와 스테인리스 스틸 연결부
자동차: 차체와 부품 간 이종금속 접합

※ 갈바닉 부식 관련 표준 및 규정
ASTM G71: 갈바닉 부식 시험 방법
ISO 8044: 부식 관련 용어 정의
NACE SP0169: 지하 또는 수중 금속 구조물의 외부 부식 제어