용융아연도금의 특징

용융아연도금에 의해 철재 표면에 아연을 피복하므로서 다음과 같이 특성을 기대할 수 있다.

• 내식성이 우수하다.
  이것은 금속아연 그 자체가 아니라 아연의 표면에 생성되는 생성물의 내식성이 양호하기 때문이고 그 성질은 일반 대기중 또는 수중, 토양중, 콘크리트중에서 발휘된다.

• 희생적 방식작용이 있다.
  아연은 강재보다도 전기화학적으로 표준전위가 낮기 때문에 발생하는 작용으로 손상에 의해 철소지 일부가 노출되어도 주변의 아연이 노출부를 보하하는 작용이다. 이 방호작용은 대기중에서 직경 2mm 정도이다.

• 다양한 제품생산이 가능하다.
  못과 같은 경량풍에서부터 1개에 10톤에 이르는 제품에 까지 용융아연도금로에 침적 가능한 제품은 모두 생산이 가능하다.

• 밀착성이 뛰어나다.
  도금피막으로서는 철소지측의 철과 아연의 합금층이 형성되어 그 위에 아연층이 적층하여 형성되고 있다. 따라서 철소지와 잘 밀착하여 있고 통상의 취급상태에서는 충격, 마찰 등에 의해 박리가 일어나지 않는다.
  또 전처리가 불완전한 경우에는 도금층이 형성되지 않으며 외관에 의해 전처리의 가부 판단이 가능하므로 신뢰성이 높다.

• 구석진 곳까지 도금이 가능하다.
  용융아연도금법에 의하면 손이 닿지 않는 부위까지 도금이 가능하다. 예를들면 내부결여체, 가는곡관 등과 같은 손이 닿지 않는 부분이 있을 경우에도 용융아연의 유출입만 가능하다면 균일하게 도금하는 것이 가능하다.

• 물성변화가 없다.
  통상의 강재에서는 용융아연도금한 것과 하지 않은 것 사이에의 기계적 성질은 거의 변화가 없으며, 건설공기를 대폭 단축시킬 수 있다.

• 페인트도장에 의한 색상표현이 가능하다.
  용융아연도금 처리후 주변과의 색체 조화를 이루기 위한 도장이 가능하고 또 장기방식을 기대하는 경우에는 도금위에 도장을 실시하는 것은 내구성을 배가하는 방법이다.

용융아연도금의 내식성

아연금속은 본래 대단히 활성인 양성금속으로 부식하기 쉬운 성질을 가지고 있지만 표면에 치밀한 Zn(OH)2나 ZnO의 부동태 피막을 형성하거나 불용성의 염기성 탄산아연 피막을 만들기 때문에 강한 내식성을 나타낸다. 그러나 이러한 피막의 생성을 방해하기도 하고 또 용해성 박막을 생성하는 환경하에서는 아연도금은 급속히 부식된다. 따라서 부식 환경이 열악한 경우에는 아연도금위에 도장 등으로 2 중 방식할 필요가 있다. 이처럼 아연도금은 사용되는 환경에 의해 내식성은 큰 변화를 갖게되며 아연도금제품을 사용하는 강구조물을 설계할 때 그 주변 환경을 확인하는 것에 의해 각 환경하의 각지에서 실시된 폭로 시험결과로부터 구조물의 내용년수를 추정하는 것이 가능하다. 대기중의 아연도금은 대기오염물질의 아황산가스, 산화 등에 의해 그 내식성이 크게 좌우되고 부식인자로 다음과 같은 것이 있다.

• 습기와의 접촉시간과 온도
• 표면의 건조속도
• 대기중의 공업오염물질 및 해수의 염분

위와같이 사용 환경이나 조건에 의해 내식성은 달라지지만 아연도금 부착량과 내식성과의 관계는 동일환경, 동일조건에서 또 동일환경 하에서 실내는 실회에 비해 3~5배의 내용년수를 기대할 수 있으며, 내용년수는 아연 부착량에 비례한다.
대기중의 내용년수를 예측하는 경우 사용환경에 의한 도금의 부식속도와 아연부착량으로부터 다음과 같이 계산한다.

이 식은 아연피막이 10%가 남아있는 시점에서 철소지로부 녹이 발생한다고 가정한 값이다.(JIS H 8641 용융아연도금 해설) 일본 도로공사의 자로에 의하면 교량의 경우 주요 부재의 년평균아연도금 부식막 두께 감량은 약 1.85㎛ /년으로 동일한 속도로 부식이 진행될 경우 아연부착량 600g/㎡ (84㎛ )의 90%가 부식된 경우 41년(84×0.9/1,85=41년)의 내용년수가 산출된다. 하지만 실제적으로 200㎛ 이상의 아연도금 막두께로 작업이 가능하여 실제 교량은 상당한 내용년수를 가지고 있다.

일본 용융아연도금협회의 대기폭설 환경시험에 의한 추정 아연도금 내용년수는 아래와 같다.

다양한 부식환경에서의 내식성

• 수중의 내식성
  수중에 있어서의 내식성은 아연도금 표면과 물의 접촉으로 아연표면에 생성하는 수산화물에 의한 물의 영향에 의해 지배된다. 이 경우에 아연의 부식에 영향을 미치는 요인은 수중으 개스상 물질, 무기염류, pH, 침적시간, 온도, 정지수와 유수 등이다. 예를들면, 신선한 자연수 중에서의 아연의 부식속도는 아연과 그 내식성에 의하면 경수에서 2.5㎎ /d㎡ /일, 연수에서는 25㎎ /d㎡ /일이고 경수는 부식방지에 유효한 부착피막을 부착시키기 때문에 일반적으로 부식성은 좋지않다. 다른 일반금속과 같이 아연의 부식속도는 수중에의 통기에 의해 증가하고 수중에 용해하고 있는 산소와 이산화탄소는 부식속도를 증가시킨다. 도금의 내용년수를 일반적으로 표시하는 것은 곤란한 점이 있지만 여러 가지 요인을 감안하면 부식속도는 30~100g/㎡ /년으로 추정할 수 있다.

• 해수중의 내식성
  해수 중에서의 내식성은 아래 표에 나타난 것처럼 침적시간이 길게 되면 부식속도는 감소하게 된다. 이것은 해수 중에 포함된 마그네슘, 칼슘염이 보호작용을 하기 때문이다. 이 시험으로부터 용융아연도금의 해수 중에서의 부식속도는 약 100g/㎡ /년 정도인 것을 알수 있다.

그러나 유동하는 해수에 계속 접촉되거나 비말에 의해 건조되지 않는 환경에서는 일반적인 해수중에서 보다 부식속도가 2~3배 빨라지고 이러한 열악한 부식환경에서는 용융아연도금에 의한 방식만이 아니라 용융아연도금위에 에폭시도장 등의 2중방식이 필요하다.

• 토양중에서의 내식성
  토양중에서 부식을 지배하는 주 인자는 통기성, 함유량, 용존물질의 종류와 전기 전도, pH 등이다. 일반적으로 통기성이 나쁘고 수분이 많고, 염분이 있으며, pH가 높거나 낮을 경우, 산소가 많을 경우 부식이 빠르고 미주전류도 나쁜 영향을 미친다. 토양 중에서의 아연피막의 내식성은 미국의 National Bureau of Standards에서의 광범위한 실험에 의하면, 610g/㎡ 의 피막은 무기질산화토양중에서 16년 이상의 방식능력이 있다. 915g/㎡ 의 피막은 대부분의 무기질환원성 토양에서는 10~13년의 방식성능을 갖는 것으로 보고하고 있다. 이 토양종별은 초목이 덮여진 장소가 50% 미만일 경우를 무기질로 하고 또 농업용지와 같이 배수성이 좋고 일반적으로 밝은 색 토양을 산화성, 지표 바로 밑의 습윤한 토지로 밝은 색의 토양을 환원성이라 한다.

• 콘크리트중에서의 내식성
  콘크리트내는 통상 pH12~13으로 철근은 부동태의 상태에 있고 장기간 사용에 견디는 것이 가능하지만 근년 하천의 모래를 구하는 것이 곤란해짐에 따라 바다모래를 사용하는 빈도가 높아지는 것으로부터 염분을 함유하는 콘크리트가 많아지고 철근 콘크리트의 중성화에 무관하게 pH12의 상태에서도 조기에 철근의 부식이 발생하고 녹에 의한 체적의 팽창에 의해 콘크리트에 균열이 발생하여 도욱 부식이 진행되게 된다. 그러나 용융아연도금 한 철근은 아연피막으로 보호되어 있기 때문에 녹의 발생이 없어 콘크리틀를 손상하지 않는다. 콘크리트와 용융아연도금피막과는 부착성이 좋아서 송전철탑, 철강구조물의 기초부재, 도로교의 철근 등 많은 용융아연도금제품이 콘크리트 중에 사용되고 있다.

용융아연도금과 페인트의 피막

유기질 피막이나 페인트의 방청원리는 단지 철 표면의 부식 원인인 물과 산소로부터 차단하는 것뿐으로서 만약, 피막의 손상이나 결점으로 철소지가 노출된다면 노출되는 순간부터 부식이 진행되어 피막내부로 급속히 퍼져 나가기 때문에 결국에는 전체가 녹으로 뒤덮이게 된다. 하지만, 용융아연도금은 철과 아연이 접촉하여 두 금속간의 전위치에 의해 전지가 형성되고 양극으로 작용하는 아연으로부터 음극인 철로 계속적으로 전자가 공급되어 외부 반응으로부터 철을 완전히 보호하므로서, 철의 부식을 방지한다.
만약, 아연 피막이 벗겨져 철 표면이 노출되어도 그 간격이 2mm를 넘지 않는다면 그 주위의 아연이 철에 대하여 음극 방식작용을 해주기 때문에 철은 부식되지 않는다.