부식상태 조사 및 평가 - 3.1 부식의 평가법

3.1.1 부식현상 관찰법

일반적으로 부식현상은 전면부식과 국부부식으로 분류되고 국부부식은 공식, 틈새부식, 입계부식, 전지작용부식, 응력부식 등의 모양이나 부식 기구에 따라 각종 명칭이 부여된다. 부식의 금속 인자를 조사하기 위해 각종 현미경 관찰이 유리하며, 부식과 금속조직의 연관성, 국부부식의 깊이와 방향의 형상을 알기 위해서, 금속 시료의 단면을 광학 현미경으로 관찰하는 것이 부식현상의 관찰법이다.

또한, 전자 현미경은 미시적 금속 인자인 미세구조 종류, 분포와 부식 등의 관계를 조사하는데 필요하며, 특별히 주사형 전자 현미경은 저배율에서 고배율까지 초점 심도가 깊은 명확한 상(배율은 50～50,000배)을 잡을 수가 있으므로, 부식 표면상의 관찰에 널리 이용되고 있다.

3.1.2 중량변화 측정법

중량변화의 측정은 부식의 정량적 표시법의 기본이 되는 것으로 주로 전면부식에 적용된다. 중량변화에 의한 부식량의 측정은 중량 증가를 측정하는 경우와 중량 감소를 구할 경우가 있다.

일반적으로 중량증가 측정법이 적용되는 것은, 부식 생성물이 탈락되지 않고 부착되고 있는 경우에 한정되므로 고온산화 또는 내식성 금속의 대기부식 등의 경우 외에는 행해지지 않는다. 또한, 중량감소 측정은 중량증가 측정에 비해 훨씬 광범위하게 사용되고 있다. 중량감소 측정법의 정밀도는 주로 부식 생성물 제거에 달려 있으므로, 중량증가 측정법과 같이 1매의 시편으로 연속적인 감량을 측정하지 않고 다수의 시편으로 감량을 측정한다. 중량변화 측정법의 정밀도는 시편의 크기, 시험 기간 또는 부식 정도에 따라 다르나, 보통 중량변화 측정법은 화학용 저울을 사용하여 0.1mg 단위까지 측정한다.

3.1.3 전기화학적 방법

금속의 부식은 표면의 국부전지 형성에 의해 생성하는 전기화학적 반응이기 때문에 부식 평가도 당연히 전기화학적으로 평가 하는 것이며, 전기화학적 방법으로 자연전위 측정과 분극곡선 측정에 의하여 부식평가를 한다.

1) 자연전위 측정법
부식용액의 금속전위를 측정하는 방법이며, 시험금속을 기준전극과 조합시켜 전지를 구성시키고 그 기전력을 전위차 측정기로 측정한다. 또한 자연부식환경의 전위, 즉 자연전위(또는 부식전위)는 금속 표면의 응력, 거칠기, 형상, 표면 피막 등의 금속측 인자나 용액의 이온 농도, 통기 상태, 온도 등 환경측의 인자에 의해 영향받으므로 측정 결과 해석에는 주의를 요한다. 전위의 시간적 변화 측정은 금속표면 상태나 부식성의 경향을 아는데 필요하다. 일반적으로 자연 전위가 시간에 따라 커지는 과정은 보호피막 형성이 진행되어 부식이 억제되며, 반대로 자연 전위가 낮아지는 과정은 피막파괴와 부식의 진행을 의미한다.

2) 분극곡선에 의한 방법
시료 금속에 외부에서 애노드 전류 또는 캐소드 전류를 부여하여 전류밀도와 전위관계 즉, 분극곡선을 측정하고 이 곡선에서 부식량을 추정하는 방법으로 중량감소 측정에 비해 단시간에 측정할 수 있는 장점이 있다. 분극곡선에 의한 방법은 적합성과 적용 한계에 대해서 충분한 검토가 필요 하며, 인가되는 전류를 일정하게 하여 전위의 변화를 구하는 정전류법과 전위를 일정하게 하여 전류의 변화를 측정하는 정전위법이 있다.

3.1.4 물리적 방법

실험적으로 시험편을 사용하여 부식량을 측정할 경우 중량변화 측정법이 가장 일반적인 방법으로 널리 쓰이고 있다. 그러나 중량 변화에 의한 부식량 측정은 시편표면상의 부식 생성물 조성이 일정하지 않고, 동일 시편의 반복 사용은 부식량 측정 시험에 적합하지 않으므로, 중량변화 측정에 의한 부식량을 연속적으로 구하는 데는 다수의 시편이 필요하고 많은 수고가 든다.

위와 같은 이유로 중량변화 측정법에 따르지 않고 부식량을 정확하게, 신속히 구하는 방법으로 시편의 전기저항을 측정하여 두께를 구하는 방법과 와전류법에 의해 두께를 측정하는 방법 등이 연구되어, 시편 또는 강구조물의 부식에 의한 두께감소를 전기저항법, 와전류법과 초음파법에 의한 물리적 방법으로 부식평가를 한다.

1) 전기저항법
금속은 부식에 의해 두께가 감소되나 부식 하는 경우 시편의 전기저항은 길이가 일정하면, 단면적에 의존하기 때문에 시편의 두께 감소에 의해 저항값은 증대한다. 표면에 부착된 부식 생성물의 전도도는 금속 소지에 비해 현저히 작으므로 저항값에 영향을 주지 않는다. 따라서 부식 전후 금속의 전기저항을 측정함으로써 부식량을 구할 수 있다. 전기저항법은 전면 부식의 측정에는 적합하나 공식과 같은 국부 부식의 측정에는 적합하지 않다.

2) 와전류법
전기 전도체 내에 불균일이 있으면 도체를 흐르는 와전류에 영향을 미친다. 와전류는 외부의 코일에 의해 금속시편 내에 유기되고 시편 내의 불균일이 있으면 전류가 변화하며 이 변화가 전자유도에 의해 반대로 코일이 임피던스를 변화시킨다. 이러한 와전류의 영향을 관찰하여 동일 조건에서 측정한 표준 시험편에 의해 생긴 와전류와 비교하여 강재 두께 측정, 금속의 분류, 전기 전도도의 측정 등을 비파괴적으로 측정할 수가 있다. 와전류법을 부식량 측정에 적용할 경우는 금속의 전도도를 측정하여 금속 두께를 구하는 데에 있으므로 다른 영향인자를 일정하게 하여 측정한다. 부식에 의해 생긴 시편 표면상의 산화물은 비전도성이므로 와전류를 발생하지 않아 측정에 거의 영향을 미치지 않는다.

3) 초음파법
초음파법은 재료의 결함 검사의 비파괴 검사법으로서 널리 이용되고 있으며 강재두께 측정에 사용된다. 초음파에 의한 두께 측정에는 연속파를 이용하는 공진식 두께 측정기 및 펄스파를 이용하는 펄스 반사식 두께 측정기의 2종류가 있고 공전식의 두께 측정 범위는 약 0.5～100㎜정도이고, 펄스 반사식은 재료 내부의 홈을 검사하는 것으로 특별히 강재 두께 측정에 적합하도록 개량되어 측정 범위도 0.1～250㎜로 더 넓다.

3.1.5 화학적 방법

금속의 부식은 금속의 이온화이며 애노드 반응과 산소 소비 또는 수소발생의 캐소드 반응이 동시에 진행된다. 이 때문에 부식 과정을 반응 기구까지 조사하고자 할 경우는 애노드 과정과 캐소드 과정을 동시에 화학적 분석 방법으로 조사하고, 실험적인 화학량 관계를 확인할 것이 요구된다. 그러므로 부식 평가에 있어서 화학적 방법은, 부식 반응의 화학량 관계가 알려져 있을 경우에 이온화된 금속의 양을 화학 분석하고, 소비된 산소량과 발생한 수소량을 구함으로서 부식 속도를 산출하여 부식 평가를 한다.