เนื้อหาวันที่ : 2010-08-10 18:17:16 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 15316 views

การวิเคราะห์ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับวัสดุ (ตอนที่ 3)

ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับวัสดุที่มีสาเหตุมาจากการล้าตัว (Fatigue Failure) การอ่อนตัว (Ductile Failure) ความเสียหายเนื่องจากการสึกหรอ (Wear Failures) ประเภทต่าง ๆ ความเสียหายจากการเกิดโพรงไอ (Cavitations Failure) ถ้าเรามองถึงรายละเอียดของความเสียหายที่เกิดขึ้นเราจะเห็นว่าลักษณะการเกิดความเสียหายนั้นจะเป็นไปทางกล (Mechanical Failure) เรื่องที่ผู้เขียนจะกล่าวถึงต่อไปนี้คือเรื่องการผุกร่อน (Corrosion) ซึ่งมีสาเหตุมาจากสภาพแวดล้อมในการใช้งานและส่วนประกอบทางเคมีของวัสดุเป็นหลัก

อาจหาญ ณ นรงค์
ผู้ช่วยผู้จัดการแผนกวิศวกรรมและซ่อมบำรุง
บริษัท โยโกฮาม่า ไทร์ แมนูแฟคเจอริ่ง (ประเทศไทย) จำกัด

 .

.

จากสองตอนที่ผ่านมาเราได้นำเสนอรายละเอียดของความเสียหายที่เกิดขึ้นกับวัสดุที่มีสาเหตุมาจากการล้าตัว (Fatigue Failure) การอ่อนตัว (Ductile Failure) ความเสียหายเนื่องจากการสึกหรอ (Wear Failures) ประเภทต่าง ๆ ความเสียหายจากการเกิดโพรงไอ (Cavitations Failure)     

.

ซึ่งถ้าเราจะมองถึงรายละเอียดของความเสียหายที่เกิดขึ้นเราจะเห็นว่าลักษณะการเกิดความเสียหายนั้นจะเป็นไปทางกล (Mechanical Failure) ส่วนเรื่องสุดท้ายที่จะกล่าวต่อไปคือเรื่องการผุกร่อน (Corrosion) ซึ่งมีสาเหตุมาจากสภาพแวดล้อมในการใช้งานและส่วนประกอบทางเคมีของวัสดุเป็นหลัก

.
* การผุกร่อนที่เกิดจากสนิม (Rust) 

สนิม (Rust) เป็นรูปแบบการผุกร่อนที่รู้จักและพบมากที่สุด สนิมเกิดจากการทำปฏิกิริยากันระหว่างออกซิเจน (Oxygen) กับพื้นผิวของโลหะ เกิดขึ้นโดยการที่ออกซิเจนสัมผัสกับพื้นผิวของโลหะเป็นเวลานาน เมื่อเวลาผ่านไปจะทำให้เกิดการรวมตัวกันของอะตอมของโลหะและอะตอมของออกซิเจนทำให้เกิดเป็นสารประกอบใหม่ในรูปของสารประกอบ (Compound Weakening) ที่มีส่วนผสมของออกซิเจน (Oxide) หรือที่เรารู้จักกันในรูปของสนิม (Rust) โดยจะเรียกว่าออกไซด์ของเหล็ก (Iron Oxide) ในเหล็กดังรายละเอียดทางเคมีในการเกิดดังนี้คือ

.

      เหล็กจะถูก Oxidize  
      2Fe   : 2Fe2+ + 4e- (Oxidation)
     O2 + 2H2O + 4e-  : 4OH (Reduction)
ผลของปฏิกิริยา จะเกิดเป็น Fe (OH)2 จากนั้น Fe(OH)2 จะถูก Oxidize อีกครั้งไปเป็น Fe(OH)3 หรือเกิดเป็น Fe(OH)3H2O (สนิมที่มีสีน้ำตาลแดง) 

.

รูปที่ 32 กระบวนการการเกิดออกซิเดชั่นของออกซิเจนกับเหล็ก

.

ตัวแปรที่ช่วยเร่งให้การเกิดสนิมเป็นไปอย่างรวดเร็วก็คือสารประกอบไฮโดรเจน (Dihydrogen Oxide) ที่เรารู้จักกันดีคือน้ำ เนื่องจากโครงสร้างของเหล็กเป็นของแข็ง เมื่อสัมผัสกันโมเลกุลของน้ำก็สามารถเข้าถึงพื้นผิวหรือโครงสร้างที่แตก โพรงหรือโครงสร้างของเหล็กในส่วนที่ผิดปกติได้ง่าย อะตอมของไฮโดรเจนที่เป็นส่วนประกอบของน้ำสามารถที่จะรวมตัวกันกับธาตุอื่นในโลหะและจะอยู่ในรูปของกรด (Acids) การรวมตัวกันดังกล่าวจะทำให้โลหะเสียอะตอมและหลุดออกในที่สุดดังแสดงในรูปที่ 33

.

รูปที่ 33 การเกิดสนิมบนพื้นผิวของโลหะ (Rust on the metal surface)

.
* การป้องกันการผุกร่อนจากการเกิดสนิม

การป้องกันการเกิดการผุกร่อนและสนิมนั้นทำได้โดยการป้องกันไม่ให้พื้นผิวของโลหะสัมผัสกับน้ำ อากาศหรือออกซิเจน เช่น การเคลือบผิววัสดุหรือท่อด้วยวัสดุโพลิเมอร์ เช่นการใช้สีป้องกันสนิมหรือสีธรรมดาทาที่ผิวของวัสดุหรือการใช้น้ำมันหรือจาระบีทาเพื่อป้องกันพื้นผิวของโลหะ

.

นอกจากการปกป้องเชิงกลคือการปกป้องพื้นผิวจากการสัมผัสกับอากาศหรือน้ำโดยการใช้สีหรือน้ำมันเคลือบแล้ว ยังมีวิธีการป้องกันสนิมโดยใช้ไฟฟ้า (Cathodic Protection) โดยการปล่อยประจุไฟฟ้าไปแทนที่อะตอมของพื้นผิวโลหะที่เสียไปซึ่งจะช่วยให้โครงสร้างของโลหะคงสภาพโดยไม่เกิดการผุกร่อน ซึ่งวิธีการนี้ส่วนมากจะใช้กับเรือขนาดใหญ่เช่นเรือเดินสมุทร ท่อน้ำหรือท่อน้ำมัน และโครงสร้างต่าง ๆ ที่เป็นเหล็ก เช่นโครงสร้างของอาคารหรือสะพานต่าง ๆ

.
* รายละเอียดรูปแบบของการผุกร่อนแบบต่าง ๆ (Corrosion Type)

การผุกร่อนและรูปแบบของการผุกร่อนนั้นมีหลายรูปแบบซึ่งขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่น สภาวะแวดล้อมไม่ว่าจะเป็นอุณหภูมิ ความชื้นในอากาศตลอดจนคุณลักษณะและคุณสมบัติของโลหะที่ถูกผุกร่อน ซึ่งรูปแบบของการผุกร่อนสามารถที่จะแบ่งออกคร่าว ๆ ได้ดังนี้คือ

.
1. การผุกร่อนทั่วผิวหน้า (Uniform Corrosion)
2. การผุกร่อนเนื่องจากความต่างของค่าศักย์ไฟฟ้า (Galvanic or Two-metal Corrosion)
3. การผุกร่อนตามรอยซ้อน (Crevice Corrosion)
4. การผุกร่อนแบบหลุม (Pitting Corrosion)
5. การผุกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular Corrosion)
6. การผุกร่อนเนื่องจากการกัดเซาะ (Erosion Corrosion)
7. การผุกร่อนจากแรงกล (Stress Corrosion)
8. การผุกร่อนจากไฮโดรเจน (Hydrogen Damage)
.

รูปที่ 34 รูปแบบของการผุกร่อนแบบต่าง ๆ

.
5.1 การผุกร่อนแบบทั่วผิวหน้า (Uniform Corrosion) 
5.1.1 ลักษณะของการผุกร่อนแบบทั่วผิวหน้า

เป็นรูปแบบของการผุกร่อนที่มีให้เห็นทั่ว ๆ ไป และพบมากที่สุด เป็นสาเหตุให้วัสดุเกิดการสูญเสียผิวหน้า ตัวอย่างของการเกิดการผุกร่อนแบบนี้ เช่น สนิมที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของแผ่นเหล็ก การเกิดออกไซด์บนพื้นผิวของวัสดุที่ทำมาจากเงินจนทำให้พื้นผิวที่เงาวาวของเงินเกิดความหมอง หรือการเกิดสนิมสีเขียวบนพื้นผิวของโลหะประเภทบรอนซ์หรือทองเหลือง          

.

ซึ่งการเกิดสนิมดังกล่าวเราสามารถที่จะทำการทำนายอัตราความรุนแรงที่เกิดขึ้นได้โดยการทำการทดสอบในห้องแล็บหรือห้องปฏิบัติการทางเคมี การป้องกันหรือการลดความรุนแรงของการผุกร่อนสามารถทำได้โดยวิธีการต่าง ๆ เช่น การเคลือบผิวด้วยวัสดุโพลิเมอร์ การใช้กระบวนการทางไฟฟ้า และการเลือกใช้วัสดุที่มีความทนทานต่อการเกิดสนิมหรือการผุกร่อน

.
5.1.2 การป้องกันการผุกร่อนแบบทั่วผิวหน้า

วิธีการป้องกันการเกิดการผุกร่อนแบบทั่วผิวหน้ามีดังต่อไปนี้คือ
* ใช้วัสดุที่มีความหนาเผื่อไว้ก่อน เพื่อที่จะเผื่อการเกิดสนิม
* ทาสีหรือวัสดุประเภทสีทาผิวด้านนอกของชิ้นงานเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชั่น หรือใช้กรรมวิธีการทางเคมีในการเคลือบ เช่น กัลวาไนซ์หรืออโนไดซ์
* ใช้สารป้องกันสนิมหรือปรับปรุงสภาพแวดล้อมให้ไม่เอื้อต่อการเกิดสนิม

.

รูปที่ 35 ลักษณะการผุกร่อนแบบทั่วผิวหน้า (Uniform Corrosion)

.
5.2 การผุกร่อนเนื่องจากความต่างของค่าต่างศักย์หรือการผุกร่อนแบบโลหะต่างชนิด (Galvanic or Bimetallic Corrosion)
5.2.1 ลักษณะการผุกร่อนเนื่องจากค่าความต่างศักย์

ลักษณะการผุกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์หรือการผุกร่อนแบบโลหะสองชนิด เกิดขึ้นจากการสัมผัสหรือยึดติดกันระหว่างโลหะสองชนิดที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าแตกต่างกันเนื่องจากความแตกต่างในส่วนประกอบทางเคมีระหว่างโลหะสองชนิดนี้จนทำให้เกิดการถ่ายเทอิเล็กตรอนจากโลหะชนิดหนึ่งไปสู่โลหะอีกชนิดหนึ่ง โดยการสูญเสียอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้นกับโลหะที่มีการสูญเสียอิเล็กตรอนที่ง่ายกว่า

.

รูปที่ 36 การผุกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์หรือการผุกร่อนแบบโลหะต่างชนิด (Galvanic or Bimetallic Corrosion)

.

รูปที่ 37 การผุกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์ระหว่างแผ่นเหล็กกับแผ่นทองเหลือง

.
5.2.2 กลไกการผุกร่อนเนื่องจากความต่างของค่าศักย์หรือการผุกร่อนแบบโลหะสองชนิด  

เมื่อนำโลหะสองชนิดมาสัมผัสหรือยึดติดกันและมีของเหลวที่เป็น Electrolyte สัมผัสกับโลหะดังกล่าวทั้งสองชิ้นจะทำให้เกิดศักย์ทางไฟฟ้าโดยโลหะที่มีความต้านทานไฟฟ้าน้อยกว่า เช่น เหล็ก (Fe) อะลูมิเนียม (Al) สังกะสี (Zn) หรือแมกนีเซียม (Mg) จะเป็นขั้วทางบวก (Anode) ซึ่งจะเป็นส่วนที่ถูกกัดกร่อนออกไป

.

ส่วนโลหะที่มีความต้านทานไฟฟ้ามากกว่า เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel) ทองเหลือง (Cu-Zn) เงิน (Silver) ทอง (Gold) ไททาเนียม (Titanium) และแพลตินัม (Platinum) จะเป็นขั้วทางลบ (Cathode) จะไม่เกิดการกัดกร่อนหรือการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นอาจน้อยกว่า สำหรับรายละเอียดของการต้านทานไฟฟ้าแสดงในตารางที่ 1 

.

โดยทั่วไปแล้ว เมื่อนำโลหะสองประเภทมาประกบติดกันเป็นเวลานานในสภาวะแวดล้อมที่เอื้อต่อการถ่ายเทอิเล็กตรอนแล้ว โลหะที่นำไฟฟ้าต่ำกว่าจะเกิดการถ่ายเทอิเล็กตรอนไปให้โลหะที่นำไฟฟ้าได้ดีกว่า และเมื่อเกิดการสูญเสียอิเล็กตรอนโลหะที่นำไฟฟ้าได้ด้อยกว่าจะเกิดการผุกร่อน ตัวอย่างเช่น เมื่อเรานำเอาแผ่นอะลูมิเนียมกับทองแดงมาประกบติดกันเมื่อเวลาผ่านไปที่ผิวของอะลูมิเนียมจะเกิดการผุกร่อนขึ้น หรือเมื่อเอาแผ่นเหล็กกับแผ่นสังกะสีมาประกบติดกันเมื่อเวลาผ่านไปจะเกิดการผุกร่อนเกิดขึ้นที่แผ่นสังกะสี 

.

ตารางที่ 1 ตารางกัลวานิก

.

ด้วยเหตุนี้หลายกรณีเราจึงใช้วิธีการนี้ในการป้องกันการผุกร่อนของโลหะหลัก เช่น ในเครื่องระบายความร้อนแบบใช้การแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเชลล์และท่อ (Shell and Tube Heat Exchanger) เราจะติดจุกอะลูมิเนียมไว้เพื่อป้องกันการผุกร่อนของท่อทองแดงและเหล็กที่เป็นตัวเรือน

.

ตารางที่ 2 จะแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง การสึกหรอที่เกิดขึ้นเมื่อเราใช้โลหะหลัก ซึ่งหมายถึงโลหะที่เราจะป้องกันไม่ให้สึกหรอ กับโลหะรองซึ่งเป็นโลหะที่เราใช้เป็นตัวป้องกันไม่ให้โลหะหลักสึกหรอประกบติดกันที่สภาวะต่าง ๆ

.

5.2.3 การป้องกันการผุกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์หรือการผุกร่อนแบบโลหะสองชนิด 
สำหรับวิธีการป้องกันการผุกร่อนจากการแลกเปลี่ยนประจุไฟฟ้ามีวิธีการดังนี้คือ
* เลือกวัสดุคู่กันที่จะใช้ จากนั้นเอามาติดกัน
* ข้อที่ควรหลีกเลี่ยงคือการใช้วัสดุที่รับอิเล็กตรอนที่มีขนาดเล็กและวัสดุที่เสียอิเล็กตรอนที่มีพื้นที่ใหญ่
* หุ้มฉนวนที่ผิวของวัสดุในบางจุดถ้าเห็นเหมาะสม
* ควรจะทาสีเคลือบในบางจุดด้วยความระมัดระวัง ทาสีเคลือบบนโลหะหลัก (Cathode) หรือบนโลหะทั้งคู่สำหรับวัสดุรอง (Anode) ซึ่งเป็นวัสดุที่เกิดการสูญเสียอิเล็กตรอนนั้นการทาสีเคลือบก็เป็นการซ่อมส่วนที่ผุกร่อนอีกอย่างหนึ่ง

 .
ตารางที่ 2 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างสภาวะแวดล้อม สภาพการผุกร่อนของการผุกร่อนแบบ Bimetallic ของวัสดุแต่ละชนิด

 .

ตัวอย่างการใช้การผุกร่อนเนื่องจากความต่างของค่าศักย์หรือการผุกร่อนแบบโลหะสองชนิดเพื่อการป้องกันการผุกร่อนของโลหะ

ในบางงานที่ยากต่อการป้องกันการผุกร่อนของโลหะด้วยวิธีอื่นก็สามารถใช้หลักการถ่ายเทอิเล็กตรอนของโลหะสองชนิด โดยการนำโลหะที่มีค่าการนำไฟฟ้าสองตัวมาเชื่อมติดกัน เพื่อที่จะรักษาโลหะที่ต้องการไว้โดยให้โลหะอีกชนิดหนึ่งสึกหรอแทน ตามรูปที่ 38A

 .
ตัวอย่างที่ 1
ตามรูปที่ 38A เป็นการใช้หลักการการผุกร่อนของแผ่นโลหะสองชนิดเพื่อป้องกันการผุกร่อนของโลหะหลัก 
.

รูปที่ 38 แสดงการใช้หลักการการผุกร่อนแบบโลหะสองชนิดเพื่อป้องกันการผุกร่อนของโลหะหลัก

 .

โดยตามรูปจะใช้แผ่นเหล็กกับแผ่นสังกะสียึดติดกันอย่างแน่นหนาเพื่อที่จะป้องกันการผุกร่อนของแผ่นเหล็ก โดยจะเห็นว่าเหล็กเป็นโลหะหลักเนื่องจากเหล็ก (Anode มีค่าเป็นลบน้อยกว่า) มีค่าการต้านทานไฟฟ้าน้อยกว่าสังกะสี (Cathode มีค่าเป็นลบมากกว่า) ดังนั้นแผ่นสังกะสีจึงเป็นตัวที่ถูกกัดกร่อนและแผ่นเหล็กจะยังคงสภาพไปได้จนกว่าแผ่นสังกะสีจะถูกกัดกร่อนหมด

 .
ตัวอย่างที่ 2

ตามรูปที่ 38B เมื่อเรานำแผ่นดีบุกมายึดติดกับแผ่นเหล็ก เราจะเห็นว่าในตัวอย่างนี้แผ่นเหล็กจะกลายมาเป็นแผ่นโลหะรองเนื่องจากเหล็ก (Cathode มีค่าเป็นลบมากกว่า) มีค่าการต้านทานไฟฟ้ามากกว่าดีบุก (Anode มีค่าเป็นลบน้อยกว่า) ดังนั้นจากตัวอย่างนี้แผ่นเหล็กจะเป็นโลหะที่ผุกร่อนโดยที่ดีบุกจะเกิดการผุกร่อนน้อยกว่าเหล็กมาก

 .
5.3 การผุกร่อนแบบเลือกหรือการผุกร่อนแบบสูญเสียส่วนผสมบางตัว (Selective Leaching & Graphitic Corrosion: Dealloying)
5.3.1 ลักษณะของการผุกร่อนแบบเลือกหรือการผุกร่อนแบบสูญเสียส่วนผสมบางตัว 

เป็นการผุกร่อนที่เกิดขึ้นกับโลหะผสม (Alloy Materials) เนื่องจากโลหะผสมประกอบขึ้นมาจากธาตุหลาย ๆ ชนิด ดังนั้นคุณสมบัติทางเคมีของโลหะแต่ละชนิดที่ผสมกันเป็นโลหะผสมจึงแตกต่างกัน          

 .

ดังนั้นเมื่อเรานำโลหะผสม (Alloy Material) ไปใช้งานหรือเก็บไว้ที่สภาวะแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมก็จะทำให้ธาตุบางชนิดซึ่งเป็นส่วนผสมของโลหะผสมทำปฏิกิริยากับสภาพแวดล้อมดังกล่าวและสลายตัวไปในที่สุด คงเหลือไว้แต่ธาตุบางตัวที่มีความเสถียรสูงและไม่ทำปฏิกิริยากับสภาวะแวดล้อมนั้น ๆ เหลืออยู่ แต่จากการที่ธาตุบางตัวได้หายออกไปจากโลหะผสมจึงทำให้โลหะผสมที่ต้องสูญเสียธาตุบางตัวเหล่านั้นไปเกิดลักษณะการพรุนและลดความแข็งแรงลงไป

 .
5.3.2 กลไกผุกร่อนแบบเลือกหรือการผุกร่อนแบบสูญเสียส่วนผสมบางตัว 

ถ้าจะกล่าวตามหลักทฤษฎีก็คือโลหะจะมีค่าศักย์ไฟฟ้าเฉพาะตัว ดังนั้นโลหะที่เป็นส่วนผสมที่มีศักย์ต่ำกว่า ตามตารางที่ 1 จะถูกกัดกร่อนไป ตัวอย่างที่พบมากคือทองเหลือง (ที่ประกอบด้วยทองแดงและสังกะสี) สูญเสียสังกะสีไปทำให้ส่วนผสมที่เหลืออยู่เป็นทองแดงเสียเป็นส่วนมากและมีลักษณะพรุน ความแข็งแรงต่ำลง การสูญเสียสังกะสีอาจสังเกตได้จากที่เดิมที่เคยมีสีเหลือง

 .

เมื่อสูญเสียสังกะสีไป จะทำให้มีสีแดงขึ้น ทองเหลืองที่มีปริมาณสังกะสีผสมอยู่มากจะเกิดการสูญเสียสังกะสีได้ง่าย โดยการผุกร่อนมักจะมีชื่อตามธาตุที่ละลายออกมาเช่น ถ้าสังกะสีละลายออกมาเรียกว่า Dezincification ซึ่งการผุกร่อนแบบเลือกหรือการผุกร่อนแบบสูญเสียส่วนผสมบางตัวที่พบได้เป็นประจำมีดังต่อไปนี้คือ

 .

* Decarburization เป็นการสูญเสียคาร์บอนในวัสดุบริเวณชั้นผิวของโลหะผสม (Alloy) ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น อาจเกิดได้ตั้งแต่หนึ่งจนถึงหลายปฏิกิริยาเคมีตรงจุดนั้น ๆ ของผิววัสดุ

 .

* Graphitization เกิดขึ้นกับเหล็กหล่อเทา การผุกร่อนเกิดขึ้นเนื่องจากเหล็ก (Anode) เกิดการผุกร่อนไป เหลือตาข่ายกราไฟต์ลักษณะแผ่น (Graphite Flake) ที่เป็น Cathodeไว้ ทำให้โครงสร้างเหล็กหล่อเทาสูญเสียความแข็ง การแก้ปัญหาทำโดยการใช้เหล็กหล่อ กราไฟต์กลมหรือเหล็กหล่ออบเหนียว (Malleable Cast Iron) แทน

 .

* Denickelification เป็นการแยกตัวของนิเกิลจากโลหะผสมที่มีส่วนผสมของนิเกิล ซึ่งส่วนมากนอกจากนิเกิลแล้วโลหะผสมเหล่านี้จะเป็นโลหะผสมชนิด นิเกิล–ทองแดงการเกิดการผุกร่อนจะเกิดขึ้นหลังจากใช้งานในน้ำเป็นเวลานาน ๆ
* Graphitic Corrosion เป็นการเสื่อมสภาพของเหล็กหล่อสีเทาและหลังจากนั้นก็จะเกิดเป็นสนิมและการผุกร่อน

 .

* Dezincification การแยกตัวของสังกะสีจากโลหะผสมที่มีสังกะสีเป็นส่วนผสม โดยปกติจะพบในทองเหลืองซึ่งเป็นโลหะผสมที่มีส่วนผสมของทองแดง–สังกะสีน้อยกว่า 85เปอร์เซ็นต์ ซึ่งการผุกร่อนจะเกิดขึ้นหลังจากผ่านการใช้งานที่สัมผัสกับน้ำ และจากนั้นทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ ซึ่งจริง ๆ แล้วสามารถลดปัญหานี้ลงได้โดยการเติมดีบุกประมาณ 1%ลงในทองเหลือง กลไกการสูญเสียมีลำดับในการเกิดขึ้นดังนี้คือ

 .
A. ทองเหลืองซึ่งประกอบด้วยทองแดงและสังกะสีจะถูกละลายลงมาในสารละลาย
B. สังกะสียังคงตกค้างอยู่ในสารละลาย
C. ทองแดงแยกตัวออกจากสังกะสีในสารละลายและและกลับไปเป็นโลหะอีกครั้ง
 .
* การป้องกันการสูญเสียสังกะสี (Dezincification) ทำได้โดย
A. ลดความรุนแรงของสภาพแวดล้อมโดยการกำจัดออกซิเจนในสารละลาย
B. ใช้การป้องกันแบบ Cathode
 .

รูปที่ 39 การเกิด Graphitic corrosion of a gray (Graphitization) บนวาล์วที่ทำจากเหล็กหล่อ

 .
5.3.3 การป้องกันการผุกร่อนจากแยกตัวของโลหะผสม

การผุกร่อนที่เกิดจากการแยกตัวของธาตุในโลหะผสมจะมีลักษณะเป็นการผุกร่อนสีดำของธาตุที่แยกตัวออกมาจากโลหะผสมซึ่งจะทำให้ความแข็งแรงของโลหะผสมลดลงและเกิดความเสียหายในที่สุดซึ่งวิธีการป้องกันมีดังนี้คือ

 .

* ต้องเลือกส่วนผสมของโลหะผสมที่มีความต้านทานต่อการแยกตัวสูง เช่น วัสดุทองเหลืองที่มีความต้านทานต่อ Dezincification และเหล็กอ่อน (Ductile-iron) ที่มีความสามารถในการต่อต้านการเกิดการแยกตัวสูงในเหล็กหล่อสีเทา

 .

* ควบคุมสภาวะแวดล้อมในการใช้งานของโลหะผสมไม่ให้เอื้อต่อการเกิดการแยกตัวของธาตุในโลหะผสม เช่นอุณหภูมิ น้ำ ความชื้น ค่าความเป็นกรดเป็นด่างของวัสดุดังกล่าว

 .
5.4. การผุกร่อนตามรอยซ้อน (Crevice Corrosion)
5.4.1 ลักษณะการผุกร่อนตามรอยซ้อน

การผุกร่อนตามรอยซ้อนจะเกิดขึ้นบริเวณพื้นผิวโลหะ หรือเกิดขึ้นบริเวณที่เป็นจุดต่อหรือรอยซ้อนของโลหะบนพื้นผิวของชิ้นงาน ซึ่งการเกิดการผุกร่อนตามรอยซ้อนอาจเกิดขึ้นได้ระหว่างรอยซ้อนของโลหะต่างชนิดหรือรอยซ้อนระหว่างวัสดุที่เป็นโลหะกับวัสดุที่ไม่เป็นโลหะ  

 .

โดยการผุกร่อนตามรอยซ้อนอาจเกิดขึ้นด้านในหรือด้านนอกของรอยซ้อนก็ได้ซึ่งปกติแล้วความเสียหายที่เกิดขึ้น จะเกิดขึ้นที่รอยซ้อนหรือบริเวณที่ใกล้ ๆ กับรอยซ้อนดังรูปที่ 40 เป็นรูปท่อสแตนเลสที่เป็นส่วนประกอบของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat Exchanger) ที่สัมผัสอยู่กับน้ำเกลือ เป็นการผุกร่อนที่เกิดขึ้นตรงรอยต่อระหว่างท่อและผิวของแผ่นเพลต 

 .

รูปที่ 40 การผุกร่อนแบบรอยซ้อน

 .
5.4.2 กลไกการเกิดการผุกร่อนตามรอยซ้อน

การผุกร่อนตามรอยซ้อนจะเริ่มก่อตัวขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของความเข้มข้นทางเคมี โดยมากมักจะเกิดจากส่วนประกอบของออกซิเจน (Oxygen) เช่นออกซิเจนในอากาศที่ทำปฏิกิริยากับสารเคมีอื่น ๆ เช่นคลอไรด์ และมีโลหะอยู่ในสภาพแวดล้อมนั้น ๆ  โดยที่ด้านนอกของรอยแยกจะมีขั้วไฟฟ้าเป็นลบ (Cathode)      

 .

ในขณะเดียวกันในออกซิเจนจะมี pH ที่สูงกว่า ขณะที่คลอไรด์มีค่า pH ที่ต่ำกว่า ความเข้มข้นของคลอไรด์ด้านในของรอยแยกซึ่งเป็นขั้วลบ (Anode) ซึ่งตรงจุดนี้ปริมาณออกซิเจนจะน้อยกว่าบริเวณที่มีน้ำหรือของเหลวอื่น ๆ ซึ่งเป็นสารละลายซึ่งอยู่ด้านในของรอยแยก ดังนั้นเริ่มเกิดรอยแยกจึงเริ่มเกิดบนผิวโลหะและเริ่มขยายเป็นรอยแยกในเวลาต่อมาสำหรับกลไกการขยายตัวของการผุกร่อนแบบนี้จะเหมือนกับการผุกร่อนแบบหลุม (Pitting Corrosion)

 .
5.4.3 การป้องกันการผุกร่อนแบบรอยซ้อน

การป้องกันหรือหลีกเลี่ยงการผุกร่อนตามรอยซ้อนทำได้โดยการหลีกเลี่ยงการต่อโลหะโดยการเชื่อมไปใช้วิธีการอื่น ๆ เช่น การยึดติดด้วยโบลต์ การยึดด้วยรีเว็ต หรือการใช้การบัดกรีด้วยทองเหลืองแทน นอกจากนั้นในการเลือกใช้ปะเก็นที่ไม่ใช่ปะเก็นโลหะ เช่น ปะเก็นเทฟล่อน หรือ ปะเก็นอื่น ๆ

 .
5.5 การผุกร่อนแบบใต้ผิวเคลือบ (Under film Corrosion or Filiform Corrosion)
5.5.1 ลักษณะการผุกร่อนแบบใต้ผิวเคลือบ 

การผุกร่อนแบบใต้ผิวเคลือบเป็นการผุกร่อนแบบพิเศษที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวโลหะที่เคลือบด้วยวัสดุเคลือบเพื่อป้องกันการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้า เช่น เหล็ก อะลูมิเนียม ที่เคลือบผิวด้วย ดีบุก เงิน ทอง ฟอตเฟต สีน้ำมันหรือแลกเกอร์ เช่น บริเวณที่เคลือบแลกเกอร์บนแผ่นเหล็ก โดยการเกิดขึ้นจะเป็นลักษณะสุ่ม โดยลักษณะของการผุกร่อนจะมีลักษณะเป็นเส้นคล้าย ๆ เส้นด้ายเราจึงอาจเรียกการผุกร่อนแบบนี้ว่า “การผุกร่อนแบบเส้นด้าย (Filiform Corrosion)”

 .

การผุกร่อนแบบนี้โดยส่วนใหญ่แล้วจะไม่ทำอันตรายกับโครงสร้างของโลหะ แต่จะทำให้เกิดความเสียหายแต่เฉพาะสภาพผิวของชิ้นงานเท่านั้น สำหรับงานที่ต้องการผิวชิ้นงานที่ดีจึงต้องระวังปัญหาจากการกัดกร่อนแบบนี้ เช่น กระป๋องอาหาร หรืองานสีรถยนต์ การผุกร่อนที่เกิดขึ้นสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าในลักษณะของเส้นการผุกร่อนที่เกิดขึ้นบนผิวเหล็กหรืออะลูมิเนียมที่เคลือบด้วยตะกั่ว ทอง เงิน ฟอสเฟต ลงยา หรือแล็กเกอร์ในลักษณะการเคลือบที่บาง ๆ ที่มีลักษณะเหมือนกับกระดาษที่เคลือบฟอยล์ของซองบุหรี่

 .

รูปที่ 41 การผุกร่อนแบบใต้ผิวเคลือบบนแผ่นเหล็กที่ถูกเคลือบไว้แบบบาง ๆ

 .
5.5.2 กลไกของการผุกร่อนแบบใต้ผิวเคลือบ

การผุกร่อนจะเกิดขึ้นบริเวณใต้ผิวเคลือบและจะลุกลามเป็นบริเวณ ซึ่งเป็นผลจากการกัดกร่อนภายใต้พื้นที่จำกัดภายใต้ผิวเคลือบ เนื่องจากพื้นที่ส่วนใหญ่จะโดนเคลือบไว้ ทำให้ปฏิกิริยาในการเกิดสนิมการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นวนเวียนอยู่และขยายลุกลามไปยังบริเวณข้างเคียง การผุกร่อนจะเริ่มจากบริเวณที่เป็นจุดเริ่มต้นซึ่งเราเรียกตรงนี้ว่าเป็นส่วนหัว (Active Head) และจากนั้นก็จะลามไปปรากฏเป็นสนิมเหล็กสีน้ำตาลแดงที่ส่วนหาง (Inactive Tail)

 .

การผุกร่อนจะเริ่มเกิดขึ้นเมื่อความชื้นสัมพัทธ์ของพื้นผิวประมาณ 65-90 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งการเคลือบผิวด้วยสีน้ำมันและแล็กเกอร์เป็นรูปแบบที่ยินยอมให้น้ำซึมผ่านได้น้อยและสามารถช่วยลดการเกิดการผุกร่อนแบบใต้ผิวเคลือบได้ดี

 .

การกัดกร่อนแบบนี้เริ่มจากการดูดซึมแบบออสโมซิสโดยเริ่มจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่งภายใต้ชั้นเคลือบบนผิวโลหะเพราะบริเวณนั้นมีอิออนของเหล็ก (Fe2+) เกิดขึ้นมาก่อนด้วยความเข้มข้นสูง น้ำจากภายนอกจึงสามารถซึมเข้ามาตรงจุดดังกล่าวซึ่งเป็นส่วนหัว (จุด Active Head) ได้ แต่ในส่วนหาง (จุด Inactive Tail) จะปรากฏเป็นสนิมเหล็กและมีการซึมผ่านของน้ำออกไป ซึ่งในตอนนี้จะเกิดการซึมผ่านของออกซิเจนได้เกิดขึ้นทั่วทั้งพื้นผิวที่เกิดสนิมและในส่วนหางจะมีสภาพเป็นกรดจากปฏิกิริยาของน้ำกับสนิมและทำให้การลุกลามขยายตัวต่อไป

 .
5.5.3 การป้องกันการเกิดการผุกร่อนแบบใต้ผิวเคลือบ
การป้องกันการผุกร่อนแบบเส้นได้สามารถทำได้โดยวิธีการดังต่อไปนี้คือ
* ควบคุมความชื้นสัมพัทธ์ในบริเวณของที่เก็บหรือใช้งานวัสดุไม่ให้เกิน 50 เปอร์เซ็นต์
* ใช้วัสดุเคลือบที่มีความเหนียวเพราะจะช่วยให้ฟิล์มไม่แตกซึ่งเป็นเหตุให้เกิดการลุกลาม
* ใช้วัสดุเคลือบที่ยินยอมให้น้ำผ่านได้น้อย
 .

ข้อมูลอ้างอิง

[1] http://steel.keytometals.com/
[2] George E. Dieter: "Mechanical Metallurgy 3rd edition", McGraw-Hill, 1986.
[3] J. Stokes, “Theory and Application of the High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) Thermal Spray Process”, Dublin City University (Surface Engineering and Wear)
[4]
http://www.irrigationcraft.com
[5] http://www.corrosion-doctors.org

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด