지난 8월 하순, '대한민국 미래먹거리, 뿌리기술에서 찾자'라는 주제로 부경대학교에서 이진복 국회의원실(국회 산업통상 자원위원회)이 주관한 뿌리산업을 육성시키기 위한 정책 세미나가 열렸다.

뿌리산업은 주조(鑄造), 금형(金型), 소성가공 (塑性加工), 용접, 표면처리, 열처리 등 공정 기술을 활용해 부품이나 완제품을 생산하는 기초공정 산업을 이른다.

나무의 뿌리처럼 겉으로 드러나진 않지만 최종제품에 내재돼 있는 제조업의 가장 중요한 부분이라는 의미에서 '뿌리산업' 이라 일컬어진다.

이 세미나에서 첫 발제자인 볼보 코리아의 서석환 HL 스페셜리스트는“ 국내 도장산업이 금속 부식에 대한 인식 결여와 관 심 부족으로 인해 안전사고의 위험 가능성에 노출돼 있다”고 지적했다.

그는“ 2000년 개통된 서해대교의 경우 5년 만에 심 각한 부식현상이 나타나 애초 내구 수명 100년으로 설계됐지만 실제로는 30년으로 단축될 것”이라고 전문가들의 판단을 인 용하며“ 이에 따른 사회적 손실 비용은 어마어마할 것이라는 것이 업계 관계자들의 소견이다”라고 발표했다.

2010년 미국 남동해안 멕시코만에서 초대형 원유유출 사고가 발생했다. 영국BP社는 멕시코만 주변 5개주 400개 지방정부에 187억 달러 (한화 약 20조 원)를 배상하기로 했다. 바다에 꽂아둔 시추선이 폭발한 것으로, 원인은 파이프 부식으로 알려졌다.

부식은 사회경제를 보이지 않게 침식하는 암 세포와 같은 존재이다. 제 때에 파악하지 못하고 방치하면 그 피해는 천문학 적인 손실로 직결된다.
눈에 잘 보이지 않고 속도가 더디어 우리들의 관심밖에 있는, 무뎌진 부식의 형태와 위험성, 경제성 그리고 대체 기술은 무 엇이 있는지 알아본다.

부식은 국가경제 침식하는 암세포
국가 주도의 연구 인프라 구축 서둘러야

 
부식이란 무엇인가?

△ <사진출처 www.wikipedia.org>

부식(腐蝕/Corrosion)은, 화학적 또는 전 기 화학적 침식에 의해 금속이 표면에서 부터 소모되어 비금속성의 부식 생성물로 변화하 는 현상이다.

즉 금속이 주위의 수분이나 산 소, 유황, 염소 등과 반응하여 산화물이나 유 화물, 염화물 등의 작용으로 용해 또는 녹 등의 생성물을 만들어 소모되는 현상을 말한다.

부식의 경제성
미국에서만 부식된 배관 시스템 교체에 들어가는 비용이 매년 750억 달러(한화 약 89조 5000억)를 초과한다고 알려져 있다. 2015년에 부식(腐蝕)은 미국경제에 1조 달러(환화 약 1200조 dnjs)이상의 비용을 지불하게 할 것으로 보인다.

1998년도에 *NACE의 부식비용 연구(Corroision Costs Study) 에 발표된 부식의 경제적 비용이 2760억 달러였던 것에 비해 약 5배 커진 액수다.

*NACE : National Association of Corrosion Engineers. 1943년 11명의 엔지니어에 의해 설립된 국제부식기구

부식의 형태

△ 녹, 가장 친숙한 부식의 예

여기에 사용되는 용어는 NASA KSC(케네디 스페이스 센터)에 서 규정한 부식의 형태이다.

전면 부식(Uniform of General Corrosion) : 화학적, 물리적 조건 에 따라 발생하는 일반적인 부식이다. 금속의 두께방향으로 균일 하게 감소돼 간다. 부식율이 0.1mm/년 보다 적으면 내식성이 있다 고 본다. 산에 의한 알루미늄, 철의 부식이 여기에 해당된다.

⦁농도셀 부식(Concentration Cell Corrosion) : 금속 표면이 맞닿 은 두 개 이상의 영역은 동일한 다른 농도의 용액과 접촉시 농도 전 지부식이 발생한다.

⦁틈새부식(Crevice Corrosion) : 틈새 또는 접촉 부식은

△ 철의 부식

금속과 비금속 사이의 접촉으로 인해 금속조직이 침식되는 경우, 비금 속과 금속 또는 금속과 금속의 접촉의 영역

에서 생성되는 부식이다.

이것은 적용한 보호 필름, 나사 조인트에 의해 형성된 자리, 모래 입자, 조개 삿갓 아래, 세탁기 등에서 발생할 수 있다.

⦁전해 부식(Galvanic Corrosion) : 서로 다른 금속물이 전해질 용액에서 전위차로 인해 발생, 전자 전도성 경로의 존재 하에서 두 이종(異種) 금속의 전기화학 작용이다.

이종 금속이 접촉 할 때 발생한다.

⦁공식(Pitting Corrosion) : 크기가 작고 깊이가 깊은 형태 의 부식, 스탬프와 같은 날카로운 자국, 용접부위의 작은 구멍 (Welding spot), 불순물, 표면의 홈 등. 염소이온에 의해 표면피 막이 국소적으로 파괴될 때 생긴다. 해수에서 스테인레스강, 알 루미늄에서 흔히 나타난다.

침식(Erosion Corrosion) : 흐르는 유체에 노출되어 있는 표면 에 발생, 파이프, 밸브, 엘보우, 펌프등에서 볼 수 있다.

응력부식(Stress Corrosion) : 재질에 인장 응력이 가해질 때, 응력에 의해 표면 피막이 파괴되고 그 곳에 부식이 집중된다. 냉 각, 가열의 반복으로 인해 열응력이 있다.

부식피로(Corrosion Fatigue) : 부식 피로는 반복된 응력이 결 합하여 만들어진 특별한 경우이다.

⦁프레팅 부식(Fretting Corrosion) : 접촉 사이의 계면에서 발 생하는 빠른 부식, 높은 부하상태의 금속 표면이 경미한 진동을 받을 때 생성된다.

콘크리트의 부식(Corrosion of Concrete) : 콘크리트는 탄소강 철근, 인장 케이블 또는 프리스트레스트(Prestressed) 와이어로 보강되어 널리 사용되는 구조 재료이다.

강판 구조체의 강도를 유지할 필요가 있는 이러한 재료는 부식의 대상이다.

⦁수소 손상(Hydr-ogen Damage) : 수소 취 성은 고강도 강, 티타늄 및 다른 금속과의 문 제이다. 내성 합금에 의해 수소가 제거되는 것이다.
용어설명: 취성(脆性) = 외부에서 힘을 받 았을 때 물체가 소성 변형을 거의 보이지 아니 하고 파괴되는 현상

⦁탈 합금(Dealoying) : 구리, 금, 회색 주철 및 다른 합금에 있는 부식의 드문 형태이다.
합금은 금속의 활성 성분을 상실하고 금속 표면에 다공성 “스폰지”에 더 많은 부식성 성분 을 갖고 있어서 합금이 떨어질 때 발생한다.

⦁미생물부식(Microbial Corrosion) : (미생 물 -influenced 부식 또는 MIC 라고도 함) 미생물 부식은 존재하는 미생물의 활동에 의해 발생되는 부식이다. 이 부식은 많은 형태를 취 할 수 있으며, 종래의 부식 제어 방법에 의해 막을 수 있다.

이 밖에도 습기나 아황산 가스 같은 오염된 공기 혹은 해풍에 의한 대기로 인한 부식이 있고 염소이온을 함유한 물에서도 부식이 생 길 수 있다. 또한 해수는 중성으로 되어 있으 나, 강한 전해질 용액으로부터 전기화학적 반 응이나 생물체의 부착이 부식의 원인이 된다.

부식을 둔화시키거나 중지하는 방법
거의 모든 경우에 있어서, 적정한 기술을 통 하여 부식을 둔화시키거나 정지시킬 수 있다.
부식 방지 기술은 일반적으로 다음과 같은 그룹으로 분류 될 수 있다;

△화산가스가 부식을 가속화 (관산에 버려진 기계),  <출처 www.wikipedia.org/wiki/corrosion>

·환경 변경
부식은 주변 환경에서 금속과 기체 사이의 화학적 상호 작용을 통해 발생한다. 주변환경 으로부터 금속을 제거하거나, 환경의 유형을 변화시킴으로써, 금속 열화를 즉시 감소시킬 수 있다.

실 내에 금속 재료를 저장함으로써 비 또는 해수와의 접촉을 제한하 는 것처럼 간단 할 수 있다. 또는 금속에 영향을 주는 환경을 직 접적인 조작으로 바꿀 수 있다.

즉, 금속의 부식 속도를 제한 할 수 있는 환경 에서 황, 염소 또 는 산소 함유량을 감소시키는 것이다. 예를 들어, 물 보일러 공급 수는 장치 내부의 부식을 감소시키기 위해, 경도, 알칼리도 또는 산소 함유량을 조절하는 연화제 또는

△부식되지 않는 금 <출처 www.wikipedia.org/wiki/corrosion>

다른 화학 매체로 처리 될 수 있다.

모든 환경에서 금속은 부식의 영향을 받는다. 그러나 모니터링 을 통해 부식의 원인이 되는 환경 조건을 이해하여, 금속의 종류 를 변경하는 것은 부식을 상당하게 감소 시킬 수 있다.

금속 부 식성 데이터는 각 금속의 적합성에 대한 결정을 내릴 때, 환경 조 건에 관한 정보와 조합하여 사용할 수 있다.

현재 특정 환경에서 부식을 방지하기 위한 새로운 합금의 개발이 지속적으로 생산되 고 있다. ThixalloyⓇ, HastelloyⓇ®의 니켈 합금, NirostaⓇ®의 철 강 및 Timetal®의 티타늄 합금 등이 있다. 표면 상태의 모니터링 도 부식 금속 저하에 대한 보호에 매우 중요하다.

적절한 모니터링 시스템은 반응성 금속 결합을 방지하도록 설 계하고, 금속 부품의 세척 또는 유지 보수를 위한 조치를 취하 고, 불필요한 취약 표면 상태를 제거하여, 효과적으로 부식을 감소시킬 수 있다.

·음극 보호 : 철 구조물 등의 부식을 방지하기 위하여 보호 전 극을 그 표면에 연결하는 방법

·부식 억제제 : 부식 억제제는 금속 표면의 부식을 야기하는 화학 반응을 방해한다. 억제제는 금속의 표면 상에 자신을 흡착 하고, 보호막을 형성함으로써 작동 할 수 있다.

이러한 화학 물질 은 용액 또는 분산기법을 통해 보호 코팅으로서 적용될 수 있다. 양극 또는 음극 편광 동작을 변경 하거나, 금속의 표면에 이온의 확산을 감소시키고, 금속 표면의 전기 저항을 증가시켜 어제시킬 수 있다.

부식 억제제가 중요하게 사용되는 산업은 석 유 정제, 석 유 및 가스, 화학 생산 및 물 처리 시설이다.

부식 억제제의 장점들은 예기치 못한 부식에 대항해 시정조치를 함으로서 금속을 원 위치로 바꾸는데 적용될 수 있다는 것이다.

 
·코팅 : 페인트와 기타 유기코팅은 환경 가스로 인해 분해되 는 부식효과 로부터 금속 을 보호하기 위해 사용된 다. 코팅에 이용되는 폴 리머의 종류 에 따라 다 음 과 같 이 분류된다.

일반적인 금속 재료용 프릿의 붕산분은 중성자를 흡수하기 때 문에, 대신에 인산염 등을 넣은 프릿으로 한다. 스테인리스용의 프릿은 BeO-BaO-SiO2계 유리, 지르코늄용dms 그것은 PbO-SiO2계 유리를 각각 주체로 한다.

또 세라믹 코팅의 변법으로서 알루미나, 산화지르코늄 등의 내화성 물질을 금속 표면에 용사 분사시켜 피복하는 방법이 미국 등에서 발달하고 있다. 이 경우 에는 유리질 프릿을 사용하지 않는다.

세라믹 코팅이란 말은 앞 으로 이같은 새롭게 고안되는 여러 종류의 피복 방식을 총칭한 의미로 사용되는 경향이 있다.

코팅의 중요한 과제는 금속을 부식으로부터 보호하는 것이다. 부식의 속도를 둔화시키거나 중지시키는 것은 국민 안전을 위한 근 본대책일 뿐 아니라 국가경제의 손실을 막는 적극적인 방어책이다.

△ 예민해진 마이크로구조

부식문제의 실체
부산 테크노파크 과학기술진흥센터 전은갑 센터장은 세미나 에서 부식에 대한 위험성과 도장산업의 중요성을 강조했다.

그는 “현대자동차가 쏘나타와 그랜저를 미국에서 23만대 리콜했다. 그 원인은 현가장치 부식이었다. 설계 제작이 아무리 뛰어나도 부식이 발생하면 사고위험도가 증가한다"고 설명했다.

또 “해양산업분야에서도 해외선사들은 국내 보유 능력에 대해 인정하지 않고 있는 상황이다. 국내에서 충분한 역량

△ 정상 마이크로구조

을 가지고 있지만 해외선사가 인증하는 국제적인 자격증이 없어 실제 현장 적용에 한계가 있다”고 했다.

부식은 2015년 미국경제에 차지하는 비용이 1조 달러를 넘어섰 다. 미국 국내 총생산의 6.2%를 차지하는 가장 큰 비용중의 하나이다.

그럼에도 큰 관심을 받지 못하고 있 다. 우리나라의 경우는 부식으로 인한 경제손 실이 어느 정도인지 정확한 데이터를 찾기 어 렵다.

1년 전 성수대교 붕괴 20년이 지난 시점에 서 울시는 한강교량 노후화 상태를 평가했다.

당시 성산대교는 C등급(유지 보수 시급단계)을 받았다. 보수비만 1000억이 필요하다고 했다.

한강에 새로 교량을 한 개 건설하는데 들어 가는 비용이 3천억-4천억으로 예상할 때, 부 식을 방지하는 것은 국가예산을 절감하는 비 책이다.

또한 코팅 방식 기술과 관련한 전체 역량을 집중할 국가 주도의 인프라가 구축돼 야 한다. 국가가 주도하여 자생력을 갖추도록 집중된 연구지원과 해외시장 개발을 위한 적 극적인 정책지원이 절실하다.

국민 건강을 해 치는 주범이 암(癌)인 것처럼, 부식은 사회경 제 성장을 저해하는 암적 존재이기 때문이다. 

[환경미디어 문광주 기자]
 

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