스테인레스 강은 재료 자체의 높은 부식 저항성으로 인해서 산업시설 전반에 걸쳐서 널리 사용되고 있는 대표적인 재료이다. 이러한 스테인레스 강에 국부적인 부식, 특히 공식이 발생하면 매우 빠르게 파괴가 일어날 수 있다. 바닷물이나 지하수에서 다량 함유된 염화이온은 이러한 공식을 조장하는 대표적인 이온이므로 재료를 바닷물이나 지하수 환경에서 사용할 때에는 이러한 공식을 반드시 고려해야만 한다. 그러나 공식이 발생하는 분위기에 어떤 이온들이 첨가되면 그 이온들은 공식을 억제하는 inhibitor로 작용하는 경우가 있다. Bicarbonate 이온은 이런 공식에 대한 inhibitor 로 작용하는 대표적인 이온이다.
본 연구에서는 염화이온을 함유하는 용액에서 316L 스테인레스 강의 공식특성 및 재부동태 거동을 용액에 첨가되는 bicarbonate 이온의 농도를 변수로 하여 동전위 분극실험, 마모전극실험 및 교류 임피던스 실험을 이용하여 규명하고자 한다.
시편은 316L 스테인레스 강을 사용하였으며 용액은 0.5 M NaCl 수용액에 bicarbobate 이온을 각각 0, 0.1, 0.3, 그리고 0.5 M 씩을 첨가한 용액을 사용하였다. 동전위 분극실험으로 얻어진 분극곡선으로 부터 0.5 M NaCl 만 존재할 때 +0.33 V(SCE)의 공식전위가 bicarbonate 이온 농도가 증가할수록 공식전위가 각각 +0.35, +0.59, 그리고 +0.95 V(SCE) 로 증가함을 볼 수 있었다. 이것은 bicarbonate 이온이 첨가됨으로써 공식저항성이 증가하여 공식이 억제되는 효과를 나타냄을 알 수 있다. 마모전극 실험에서는 실험후 얻어지는 current transients로 부터 전류밀도가 감소하고 증가하는 두 영역에서의 기울기로 부터 각각 재부동태 속도를 나타내는 지수인 n 값과 pit의 성장속도를 나타내는 지수인 b 값을 얻음으로써 스테인레스 강의 재부동태 거동 및 공식특성을 연구하였다. 인가전위가 증가할수록 n 값이 감소하는 것은 스테인레스 강과 용액의 계면에서의 전기장이 증가함으로써 염화이온에 의한 공식이 가속화되기 때문이다. 또한, bicarbonate 이온농도가 증가할수록 n 값과 b 값이 각각 증가하고 감소하는데, 이것은 bicarbonate 이온과 염화이온의 경쟁적인 흡착에 의해서 좀 더 부식 저항성이 강한 ferrous carbonate ($FeCO_3$) 피막이 표면상의 더 넓은 영역에서 형성되기 때문인 것으로 사료된다. 교류 임피던스 실험으로 얻어진 임피던스 spectra 를 해석함으로써 얻어진 산화피막의 저항값 $R_{ox}$로 부터, bicarbonate 이온농도가 증가할수록 $R_{ox}$ 값이 증가하는 것을 볼 수 있는데 이 사실로부터 bicarbonate 이온이 용액중에서 좀더 저항성이 큰 ferrous carbonate ($FeCO_3$) 피막의 형성을 촉진시킴을 알 수 있다.
이상의 실험결과들을 통해 염화이온을 함유하는 용액에서의 316L 스테인레스 강은 용액에 첨가하는 bicarbonate 이온농도를 증가시킴으로써 공식에 대한 저항성이 더 큰 산화피막이 형성되어, 결과적으로 공식에 대한 억제효과가 나타남을 알 수 있었다.
