야금 학자에게 물어보세요:Rust는 무엇입니까?

부식의 화학적 성질:금속 제품을 세척하고 보호하는 방법

녹은 철이 산소 및 물과 반응할 때 생성되는 화학물질의 일반적인 이름입니다. 그러나 "녹"은 화학에서 제대로 정의되지 않습니다. 그러나 철이 노출된 상태로 두면 많은 화학 물질이 형성될 수 있습니다. 그러나 일반적으로 특정 화학 물질로 인해 발생하는 붉고 벗겨지는 모양을 녹이라고 합니다.

부식된 철 또는 강철은 규칙적인 환경 조건에서 다양한 화합물을 생성합니다. 이러한 화학 물질 중 일부는 녹이 슬면서 환경에서 어떤 분자를 잡는지에 따라 검은색, 파란색, 노란색, 회색 또는 갈색이 됩니다. 예를 들어, 유황이 포함된 산성비는 철과 결합하여 "바보의 금"이라고 불리는 노란색 광물인 황철광 분자를 생성할 수 있습니다. 이 미네랄은 우리가 생각하는 녹이 전혀 아닙니다. 우리가 일반적으로 의미하는 것은 일종의 산화철(III)이며, 외관상 적색 또는 적갈색입니다.

따라서 철의 부식에 대해 이야기할 때 우리가 정기적으로 사용하는 다른 금속에서 관찰되는 화학적 변화와 항상 관련시키는 것은 아닙니다. 우리는 은이나 구리가 “녹슬었다”는 말을 하지 않습니다. 대신, 구리는 녹청이 생긴다고 하고 은은 변색된다고 합니다. 이 모든 용어는 노출된 금속 부식을 설명합니다.

철은 왜 녹슬까요? 구리가 녹슬지 않는 이유는 무엇입니까?

금속은 환경과의 화학 반응을 통해 부식됩니다. 인간이 사용할 수 있는 정제된 금속은 열역학적으로 가장 안정적인 형태가 아닌 경우가 많습니다. 주변 공기 중의 분자와 반응하여 보다 안정적인 상태를 찾습니다.

녹슨 철에서 이것은 산소와 물이 작용하여 산화철을 생성하는 산화 과정입니다. 그러나 부식은 다른 분자에서 발생할 수 있습니다. 은 변색은 종종 썩은 계란 냄새가 나는 가스인 황화수소와의 반응에 의해 생성되며 저산소 환경에서 박테리아 분해에 의해 생성됩니다. 늪이나 쓰레기 더미 근처에 은이 있으면 빨리 변색됩니다!

일부 금속은 이미 화학적으로 안정하기 때문에 부식되지 않습니다. 금과 백금이 그 예입니다. 이러한 이유로 지각에서 순수한 원소 금속으로 발견될 가능성이 더 큽니다. 은은 변색될 때 변색 자체가 나머지 금속 주위에 열역학적으로 안정적인 밀봉을 생성하기 때문에 순수한 금속으로도 발견됩니다. 이 패시브 필름은 패시베이션(passivation)이라고 하는 과정에서 더 아래층의 부식을 방지합니다.

자유의 여신상의 독특한 녹색을 담당하는 구리의 녹청은 금속 아래에 있는 금속을 보호하는 수동 필름의 한 예입니다. 구리의 풍화작용으로 형성된 녹청은 아래의 구리 층과 결합을 유지하여 대기 분자로부터 보호하고 밀봉합니다.

대조적으로, 적색 산화철(III)은 그 아래에 있는 철에 결합하지 않고 오히려 잡아당겨 떨어져 나옵니다. 따라서 녹은 보호막을 제공하지 않고 대신 부식되어 철의 다음 층을 산화에 노출시킵니다.

스테인리스 스틸과 같은 일부 철 기반 합금은 녹에 강한 것으로 알려져 있습니다. 녹 방지 철 합금은 녹이 스며들기 전에 수동 및 보호 피막을 생성하는 금속이 혼합되어 있습니다. 스테인리스 스틸의 경우, 빠르게 산화되는 크롬을 추가하여 패시베이션이 생성되어 철을 보호하는 매우 얇은 층을 남깁니다. .

금속 부식의 일반적인 유형

금속은 다양한 프로세스를 통해 다양한 환경에서 부식됩니다. 가장 단순한 형태의 부식은 금속이 표면의 습기 및 공기와 반응할 때 발생합니다. 염분 환경에서 염분에 염소가 존재하면 이 과정이 가속화되고 완화될 수 있습니다. 산성비에서는 황 화합물이 원인일 수 있습니다.

염분 환경은 또한 갈바닉 부식이라는 약간 더 복잡한 과정을 촉진합니다. . 갈바니 부식에서는 전위가 매우 다른 두 가지 유형의 금속이 바닷물과 같은 전해질 수조에서 전기적 또는 물리적 접촉을 하게 됩니다. 더 수동적인 금속인 음극 금속은 활성 또는 양극 금속에서 전자를 끌어옵니다. 이 화학 반응은 전기화학 배터리의 기초도 되는 부식의 한 형태입니다.

양극 금속의 새로 충전된 분자는 일반적으로 산화물 또는 기타 미네랄을 만드는 환경의 분자와 결합하여 스스로를 안정화합니다. 강철에서 이러한 산화물은 녹입니다.

알루미늄은 일반적으로 부식 중에 부동태 피막으로 보호되는 금속 중 하나입니다. 그러나 알루미늄은 갈바닉 부식으로 인해 스테인리스 스틸 나사로 볼트로 조이면 빠르게 부식되어 파손될 수 있습니다. 반면에 강철 나사는 녹에 더 강합니다! 양극의 일정한 전자 흐름의 제공은 음극 금속의 부식을 방지합니다. 이러한 이유로 선박의 선체와 같이 바다에 노출되는 금속에 "희생 양극"이 부착되어 선박의 막을 전기화학적으로 보호하는 데 도움이 되는 경우가 있습니다.

공식 부식 금속 표면에 균일하게 발생하지 않는 부식에 대한 용어입니다. 대신 금속에 작은 구멍이 나타납니다. 이러한 빠른 부식 영역은 일반적으로 페인트 또는 분말 코팅과 같은 인공 밀봉재이든, 부식의 최상층의 부동태 필름 밀봉재이든 재료의 "밀봉" 실패로 인한 것입니다. 금속에 개재물이 있거나 합금이 균일하지 않으면 패시베이션 층이 실패할 수 있습니다. 금속은 결정립으로 이루어진 결정 구조이며, 이러한 결정립 구조에는 여러 단계가 있습니다. 화학적 성질이 불규칙하거나 변형되면 부식에 더 취약한 반점이 생길 수 있으며 심지어 동일한 금속의 몸체 전체에 갈바닉 부식을 일으킬 수도 있습니다.

스테인리스 스틸이 녹슬 수 있습니까?

스테인리스 스틸은 크롬을 첨가하여 녹과 싸우는 내식성 철 합금입니다. 316 스테인리스 스틸과 같이 염분 환경에서 자주 사용하거나 과도하게 사용하는 것을 방지하기 위해 다양한 크롬 비율이 사용됩니다.

하지만 스테인리스 스틸도 녹슬 수 있습니다! 금속에 갇힌 모든 철은 노출되기만 하면 반응합니다. 보호하기 위해 산화크롬의 "밀봉" 수동층에 의존하고 있습니다.

크롬 산화물 층은 두께가 몇 분자에 불과하며 순간적으로 형성되지 않습니다. 스테인레스 스틸을 만들 때 산으로 세척합니다. 이 산은 크롬의 화학 반응에 문제를 일으킬 수 있는 표면 수준의 철, 염 또는 그리스 침전물을 제거합니다. 사용된 산의 유형에 따라 부동태화 공정의 일부이거나 단순히 강철이 공기 중에서 자연적으로 부동태화되도록 준비할 수 있습니다.

이 수동 필름은 화학 물질이기 때문에 손상될 수 있습니다. 750°F를 초과하는 매우 높은 열은 산화를 방지하는 크롬의 분자 변화를 일으킬 수 있으므로 스테인리스 스틸의 용접 부위 주변에 녹이 생길 수 있습니다. 다른 경우에, 크롬 산화물 층은 급격한 열 변화, 마모, 파손, 염분, 산 및 기타 금속 침전물의 축적으로 인해 손상될 수 있습니다. 스테인리스 스틸이 너무 많은 철과 접촉하면 국부적 크롬 비율이 필름을 유지하는 데 필요한 최소 비율(하한 10.5%) 미만으로 떨어질 수 있습니다.

따라서 스틸 울로 스테인리스 스틸을 닦으면 녹 문제가 더 악화될 수 있습니다! 크롬이 마모됨에 따라 스크러버의 강철 분자가 기본 금속의 일부가 되어 국부적인 크롬 함량을 낮출 수 있습니다. 스테인리스 스틸에서 패시베이션이 실패하고 철이 물과 공기에 노출되면 녹이 발생합니다.

스테인리스에서 녹을 제거하는 방법

스테인리스 스틸 청소에 대한 조언에서는 종종 '크롬 표면을 긁는 데 주의'해야 한다고 제안하므로 연마제 및 기타 화학 물질을 사용하지 말 것을 권장합니다. 이것은 정확하지 않습니다. 녹은 산화크롬 표면이 이미 손상되었음을 나타냅니다. 비산업 환경(가정 또는 소규모 상업용 주방)에서 스테인리스 스틸의 녹을 청소하는 목표는 먼저 스테인리스 합금을 완전히 청소하여 모든 녹뿐만 아니라 모든 철 침전물, 염, 그리스 또는 산을 제거하는 것입니다. 그런 다음 재료가 공기와 반응하여 밀봉을 다시 형성하는 것을 의미하는 "자동 부동태화"를 허용합니다. 이 작업을 수행할 때 모든 형태의 철과 강철을 멀리하는 것이 결과에 만족하는 한 가지 방법입니다.

스테인리스 스틸에서 녹을 제거하려면:

1. 베이킹 소다와 같은 순한 연마제를 천, 스폰지 또는 부드러운 솔을 사용하여 표면을 문질러 녹을 제거할 수 있습니다.
2. 녹과 오염 물질이 제거되면 크롬이 즉시 자동 부동태화되어 자체 보호막을 생성합니다.
3. 크롬 산화물 층이 다음 며칠 동안 더 두꺼워지므로 밤새 자연 건조하면 보호막을 구축하는 데 도움이 됩니다!
4. 잘 헹군 후 스테인리스 스틸을 자연 건조하거나 맞춤형 스테인리스 스틸 클리너로 세척하고 광택을 낼 수 있습니다.

제조 환경에서 스테인리스 스틸은 때때로 더 두꺼운 부동태화 층을 "강제"하는 뜨거운 질산 수조에서 세척됩니다. 환경적인 이유로 많은 제조업체는 현재 가정에서 더 일반적일 수 있는 것처럼 청소를 위해 구연산을 사용한 다음 스테인리스 스틸이 "자동 부동태화"되도록 하고 있습니다.

주철 및 강철에서 녹을 제거하는 방법

스테인리스 스틸 합금에서 녹을 제거하는 것과 달리 스틸 울이나 와이어 강모 브러시를 사용하면 주철이나 강철에서 녹을 제거하는 데 도움이 됩니다!

녹슨 주철 팬과 같이 단순하고 작은 표면의 경우:

1. 수세미와 약간의 팔꿈치 기름으로 산화철 층을 제거할 수 있습니다. 소금은 일반적으로 사용되는 연마재입니다.
2. 그 다음 팬을 잘 씻어야 합니다.
3. 팬은 표면의 모든 기공에서 액체가 빠져나오도록 열로 건조해야 합니다.
4. 주철은 기름으로 양념해야 하며, 이는 표면에 구울 때 중합체 밀봉제를 형성합니다.
5. 이 오일은 표면에 얇은 층으로 칠한 다음 375°에서 1시간 동안 구울 수 있습니다. 원하는 경우 레이어를 추가할 수 있습니다.
6. 식품 등급 아마씨 오일은 조미료에 이상적인 선택이며 단단하고 광택 있는 마무리를 제공합니다.

복잡한 모양이나 크기의 많은 물체에는 스크러빙이 실용적이지 않습니다. 이 경우 화학적 제거 방법이 가장 좋은 방법이 될 수 있습니다. 그들은 관련된 합금 유형에 따라 다양한 효능을 가지고 있습니다. 식초, 당밀 또는 구연산과 같은 일반적인 가정 재료를 사용할 수 있습니다. 당밀은 놀라운 선택이며 식초보다 시간이 오래 걸리지만 녹을 제거하는 데 도움이 되는 옥살산으로 분해되기 때문에 상당히 효과적일 수 있습니다.

종종 더 강한 산으로 만들어진 상업용 녹 제거 제품도 사용할 수 있습니다. 이러한 액체에 담그고 제거하고 건조하면 오래된 녹슨 보물을 복원하는 데 효과적일 수 있습니다.

하지만 주철 팬과 마찬가지로 청소 후 강철과 철을 외부 요소로부터 보호하는 방법을 고려하는 것이 중요합니다.

철금속 보호

철은 공기와 물이 있으면 녹슬게 됩니다. 이것은 인류가 철을 가공하는 동안 우리는 철을 위한 최고의 밀봉재에 대해서도 연구해 왔다는 것을 의미합니다. 타이트한 레이어를 만드는 방법에는 여러 가지가 있습니다.

강제 패시베이션 - 철 또는 강철을 밀봉하는 매우 일반적인 형태는 첫 번째 층을 산화철(II) 또는 흑색 산화물로 부식시키는 것입니다. 이 산화철은 다른 금속 녹청과 같이 작용하여 금속을 밀봉합니다. 이 프로세스와 구리, 아연 또는 크롬에서 발생하는 프로세스의 유일한 차이점은 일반적인 환경 조건에서는 발생하지 않는다는 것입니다. 따라서 항목의 맨 위 레이어가 손상되면 전체 항목을 다시 마무리해야 합니다. 이것은 하나의 공정을 통해 총으로 수행되는 경우 "블루잉(bluing)"으로 알려져 있지만, 약간 다른 화학 물질을 통해 유사한 공정을 통해 대부분의 기계 공장에서 "흑화(blackening)"로 알려져 있습니다. 냉간 흑화 과정에서 산화철(II)이 표면에 칠해져 내구성이 약간 떨어질 수 있습니다.

오일링 또는 왁싱을 포함한 정기적인 사용 및 관리 —일부 작동하는 철 또는 강철은 사용, 관리 또는 환경이 그들을 빛나게 유지하는 곳에서 대부분 날것으로 남을 것입니다. Traditionally, weapons like swords and gear like knives might have been left “raw” but would be dried and oiled with mineral or cooking oils, which are temporary sealants needing regular reapplication. For long storage, waxes and other polishes might be used to create a seal—but one that would still wear with use.

Engine parts exposed to regular oil might be left raw, as the heat and oil around the engine make them unlikely to rust, but outside surfaces might be painted. The exhaust systems of cars rely on the higher temperatures of a fully hot engine to prevent corrosion, and so driving long enough for the engine block to heat is a way of preventing rust in a muffler. (In high-performance racing engines, the insides might also be painted, but this is mostly to help with the circulation of oil.)

Applied sealants —Many iron and steel products are protected by being coated in a hard layer of another substance. These include:

• Polymerized oil:  Linseed oil (made of flax, but not to food-grade standards) was one of the original finishes to wrought iron products. A smith might quench in oil or paint an object with oil and then torch it, providing the traditional black-brown luster that we still emulate on wrought iron today—usually with lacquers, paints, or varnishes.
• Hot-dip galvanization:  In this process, zinc is applied to steel or iron in a molten bath. Zinc galvanization has several protective properties. Firstly, it creates a patina, which seals both the zinc and the iron or steel below. Secondly, it is more “active” than the metals it is applied to. Over the life of a galvanized steel object, the zinc acts as the “sacrificial anode.” As it degrades, it protects and slows the corrosion of the steel underneath, even should that steel be exposed.
• Electroplating:  Zinc can be applied to steel not through a dip-bath, but by running electrical charge through the steel object, and spraying the object with charged zinc particles. This causes electrical bonding that is uniform and unbroken over the surface of the metal.
• Powder-coat:  The process for applying powder coating is like that of applying zinc in that the object and the sealant are both electrostatically charged, meaning a molecular bond without even the tiniest interruptions that will let moisture through. The resinous powder coat is then baked onto the object in a hot oven. The coat will maintain luster for years, providing superior protection and requiring minimal upkeep.
• Paint:  Both indoors and out, and even in the heart of high performance engines, paint is a popular and versatile sealant. As an inexpensive sealant it still does a very good job at protecting iron and steel from the elements. When it cracks and wears down, it is simple enough to sand and reapply. Paint’s drawback is its own tendency to crack and flake in weather:even a small hole in the sealant layer can start the process of rust below. However, these drawbacks are sometimes manageable over the use of a part or part of a regular maintenance routine.

Caring for metal objects

Metal is a classically durable material, used to create objects and structures to last over many lifetimes. Yet most metals are still vulnerable to corrosion and electrochemical decay. When beginning a project, consideration of the environment the metal will be in allows a designer to pick the metal that will hold up best in those conditions.

Iron is very prone to oxidization, and rust will usually set in with the slightest hint of water and oxygen. Unlike other metals, this oxidization will not form its own sealing passive layer. Therefore, sealants are usually used with ferrous metals. Finding the right type and keeping an eye on the metal over the decades of its use can help prolong the life of any metal object.