붉은 녹 vs 검은 녹

공장에서 발생하는 녹 문제

철은 저렴하고 가공이 쉬워 공장의 건물, 중장비, 생산 설비 등에 널리 사용되고 있습니다. 그러나 공장 유지보수에 관여하는 이들은 철에는 항상 녹 문제가 따라온다는 것을 잘 알고 있습니다. 이 글에서는 녹이 발생하는 이유, 녹이 유발하는 문제, 그리고 녹이 발생했을 때 어떻게 대응해야 하는지를 다루고 있습니다.

녹은 왜 생기는가?

녹은 철이 습한 공기에 노출될 때 발생합니다. 많은 사람들이 이 사실은 알고 있지만, 그에 수반되는 구체적인 화학 반응까지 이해하는 경우는 적습니다. 미시적인 수준에서 이 과정을 들여다보면 다음과 같은 여러 단계가 있습니다:

• 철 원자(Fe)는 물속에서 전자(e⁻)를 방출하여 철(II) 이온(Fe²⁺)이 됩니다.

• 물속의 산소 분자(O₂)와 물 분자(H₂O)는 전자를 받아 수산화 이온(OH⁻)을 형성합니다.

• 철(II) 이온(Fe²⁺)과 수산화 이온(OH⁻)은 반응하여 수산화철(II)(Fe(OH)₂)를 형성합니다.

• 수산화철(II)(Fe(OH)₂)는 산소(O₂) 및 물(H₂O)과 반응하여 수산화철(III)(Fe(OH)₃)가 됩니다.

• 수산화철(III)(Fe(OH)₃)는 부분 탈수를 거쳐 산화철(III)(Fe₂O₃), 즉 일반적으로 알려진 붉은 녹으로 변합니다.

핵심은 녹이 물속에서 철과 산소 사이의 전자 교환 결과로 형성된다는 점입니다. 따라서 철 표면이 물과 산소에 접촉하지 않도록 오일이나 페인트 등의 코팅을 적용하면 이러한 반응을 차단하고 녹 생성을 억제할 수 있습니다.

녹이 유발하는 문제는 무엇인가?

철은 강하고 유연한 소재이지만, 녹을 통해 생성된 산화철(III)은 매우 부서지기 쉬운 물질입니다. 녹슨 철은 장비나 인력을 지탱하는 데 필요한 강도를 상실하게 됩니다. 예를 들어, 녹이 슨 비계는 붕괴되거나 무너질 수 있어 심각한 사고로 이어질 수 있습니다. 또한, 녹슬지 않은 철의 매끄러운 표면은 녹이 발생하면서 거칠어지며, 이로 인해 수분과 산소가 더 잘 달라붙게 되어 녹이 더욱 빠르게 진행됩니다. 이러한 현상은 일반적으로 “녹이 녹을 부른다”는 표현으로 알려져 있습니다.

녹이 생겼을 때 어떻게 해야 하는가?

녹이 발생하면 첫 번째 단계는 산화철(III)을 제거하는 것입니다. 이는 철 브러시와 같은 도구를 이용해 물리적으로 제거하거나, 녹을 용해하는 산성 세정제를 사용하여 화학적으로 제거할 수 있습니다. 그러나 녹 제거 이후의 조치가 더욱 중요합니다.

녹을 제거한 후 노출된 금속 표면은 다시 녹이 발생하기 매우 쉬운 상태가 됩니다. 많은 산성 세정제는 적절히 중화되지 않으면 오히려 녹을 가속화할 수 있습니다. 따라서 녹을 제거한 후에는 페인트나 방청 오일과 같은 코팅제 또는 방청제를 도포하여 재발을 방지하는 것이 매우 중요합니다.

또 다른 접근법: 검은 녹

녹을 제거하는 방식 외에도, 또 다른 종류의 녹인 검은 녹을 활용하는 방법이 있습니다.

붉은 녹 vs. 검은 녹

붉은 녹은 산화철(III)(Fe₂O₃)이며, 검은 녹은 자철석(Fe₃O₄)이라는 검은색 화합물입니다. 붉은 녹과 달리, 검은 녹은 조밀하고 밀착된 층을 형성하여 그 아래의 금속을 보호합니다. 이 원리는 일본의 전통 공예인 남부철기 등에서 활용되고 있습니다.

남부철기는 ‘가나케도메’라고 불리는 공정을 거칩니다. 이 공정에서는 철기를 약 900°C의 숯불 위에서 가열합니다. 철은 수증기와 반응하여 Fe₃O₄와 수소(H₂)를 형성하며, 은색 표면은 검은색으로 변화합니다. 이 검은 녹 층은 철기 제품을 보호하며, 적절한 관리를 통해 평생 사용할 수 있도록 해 줍니다.

일반적인 조건에서 공장에서 안정적인 검은 녹 코팅을 형성하는 것은 어렵습니다. 그렇다면 이러한 보호 특성을 실질적으로 어떻게 활용할 수 있을까요?

보호를 위한 녹 전환

현실적인 한 가지 방법은 녹 전환입니다. 이 방법은 특수 화학제를 도포하여 붉은 녹을 검은 녹으로 변환함으로써 부식 과정을 정지시키는 것입니다.

가장 큰 장점은 녹을 굳이 제거하지 않아도 된다는 점입니다. 녹이 광범위할 경우, 물리적 제거는 많은 노동력을 요구하고, 산을 사용하는 것은 안전상의 위험을 수반하며 주변 부품을 손상시킬 수 있습니다. 녹 전환제는 이러한 위험과 비용을 줄여줍니다. 산과 달리 중화가 필요 없으며, 남아 있는 거친 표면은 도장을 위한 이상적인 기반이 됩니다.

단, 녹 전환제는 작은 녹 부위나 국지적인 녹에는 효과가 떨어지며, 넓은 면적의 녹에 더 적합합니다. 또한, 매우 낮은 온도에서는 화학 반응이 원활하게 작동하지 않을 수 있습니다.

효과적인 녹 및 부식 유지보수 솔루션

적절한 녹 방지 방법을 선택하는 것은 현장 조건에 따라 달라집니다. NCH는 녹 재발을 억제하는 산성 세정제, 비가연성 수용성 녹 전환제, 빠르게 건조되는 보호용 에어로졸 코팅제 등 폭넓은 고급 솔루션을 제공하고 있습니다. 자사의 전문성과 제품 라인업을 바탕으로, NCH는 고객의 요구에 부합하는 맞춤형이고 효과적인 녹 방지 전략을 제안합니다.

카나케도메(Kanake-dome)

주형에서 꺼낸 철기는 약 900°C의 숯불에서 고온으로 가열되며, 표면에 산화막이 형성되어 녹 발생을 방지합니다. 이는 남부철기 고유의 전통 기술입니다.