วันพฤหัสบดีที่ 3 มิถุนายน พ.ศ. 2553

การกัดกร่อนในที่อับ (Crevice Corrosion)

เชิญทุกท่านมาเรียนรู้การกัดกร่อนเฉพาะที่อีกรูปแบบหนึ่ง คือ การกัดกร่อนในที่อับ ซึ่งจะมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

รูปที่ 1 ภาพจำลองแสดงบริเวณที่มักเกิดการกัดกร่อนที่อับ


การกัดร่อนในที่อับ เป็นรูปแบบการกัดกร่อนในที่อับเกิดขึ้นในพื้นที่อับบนผิวโลหะที่สัมผัสโดยตรงกับสารกัดกร่อนดังแสดงภาพจำลองในรูปที่ 1 การกัดกร่อนประเภทนี้เกี่ยวข้องกับปริมาณของสารละลายที่ค้างอยู่ตามพื้นที่ที่เป็นหลุมหรือซอก บริเวณแคบๆที่มีสารละลายเข้าไปขังอยู่ได้เป็นเวลานานโดยไม่มีการถ่ายเท ทำให้ความเข้มข้นของออกซิเจนในน้ำหรือสารละลายภายในซอกไม่เท่ากับภายนอก ส่งผลให้เกิดสภาวะการครบเซลการกัดกร่อนชนิดเซลความเข้มข้น (Concentration Cell) โดยในซอกจะเกิดเป็นขั้วอาโนดคือเกิดการสูญเสียวัสดุ ซึ่งมีกลไกดังแสดงในรูปที่ 2 ในขณะที่ตัวอย่างชิ้นส่วนที่เสียหายด้วยกลไกดังกล่าวแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 2 ภาพจำลองแสดงกลไกการกัดกร่อนในที่อับ

รูปที่ 3 ตัวอย่างชิ้นส่วนหน้าแปลนที่เกิดการกัดกร่อนในที่อับอากาศ

การสัมผัสระหว่างผิวโลหะและผิวที่ไม่ใช่โลหะสามารถทำให้เกิดการกัดกร่อนในที่อับได้เช่นกัน เช่น ปะเก็นรอยต่อระหว่างยางกับเหล็กกล้าไร้สนิมที่จุ่มอยู่ในน้ำทะเล

เนื่องจากสารละลายที่ขังอยู่มีปริมาณจำกัดและหยุดนิ่ง ทำให้ออกซิเจนที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยาคาโธดิกลดจำนวนลดลงเรื่อยๆ จนหมด แต่ปฏิกิริยาอาโนดิกยังดำเนินอยู่ จึงทำให้ความเข้มข้นของประจุบวกสูง ดังนั้นเพื่อรักษาสมดุลของประจุไว้ ถ้ามีสารเจือปนโดยเฉพาะคลอรีน ประจุลบของคลอรีนจะเคลื่อนที่เข้ามาในรอยแตกหรือช่องว่างและทำปฏิกิริยากับน้ำเกิดเป็นโลหะไฮดรอกไซด์และกรดไฮโดรคลอริก กรดนี้จะกัดผิวของโลหะออกมาทีละน้อย ส่งผลให้รอยแตกและรอยร้าวขยายตัวไปเรื่อยๆ โดยตัวแปรที่ส่งผลกระทบต่อความต้านทานการกัดกร่อนที่อับของโลหะผสมชนิดต่างๆ แสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4 ตารางแสดงปัจจัยที่มีผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมชนิดต่างๆ

รูปที่ 5 Corrosion resulting from metal-ion concentration

รูปที่ 6 Corrosion resulting from oxygen concentration


การป้องกัน

1. ใช้การเชื่อมแบบต่อชน (Butt Joint) แทนการย้ำหมุดหรือการยึดด้วยสลักเกลียว

2. ปิดบริเวณที่เป็นที่อับโดยการเชื่อมหรือการบัดกรี

3. ออกแบบถังความดันให้สามารถระบายน้ำได้ดี โดยพยายามหลีกเลี่ยงรูปร่างที่เป็นซอกหรือมุม

4. ตรวจสอบเครื่องมือและสารแปลกปลอมอยู่เสมอ

5. กรองหรือกำจัดอนุภาคของแข็งที่เจือปนอยู่ในสารละลายก่อนเข้ากระบวนการผลิต

6. กำจัดวัสดุเปียกหรือสารละลายที่ตกค้างอยู่ในอุปกรณ์หรือชิ้นส่วนในระหว่างการหยุดซ่อมประจำปี

7. ควบคุมสภาวะสิ่งแวดล้อมในอุปกรณ์หรือชิ้นส่วนให้มีความสม่ำเสมอ

8. ใช้ปะเก็นที่เป็นของแข็งและไม่มีการดูดซึม

9. ใช้การเชื่อมแทนการม้วนเป็นท่อ

สำหรับการควบคุมและป้องกันการกัดกร่อนในที่อับของวัสดุระหว่างเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต้านทานการกัดกร่อนแสดงในรูปที่ 5

รูปที่ 5 ตารางแสดงแนวทางป้องกันการกัดกร่อนในที่อับระหว่างเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต้านทานการกัดกร่อน



เอกสารอ้างอิง
ASM handbooks; Corrosion, Understanding the Basics.

7 ความคิดเห็น:

  1. ดีมากเลยค่ะ ได้รับความรู้ ดิฉันก็กำลังทำ รายงานเรื่องนี้ด้วย ขอบคุณค่ะ

    ตอบลบ
  2. 1.เหตุใดการกัดกร่อนชนิดนี้ถึงรุนแรงในโลหะมีฟิล์มปกป้องมากกว่าในโลหะไม่มีฟิล์ม?
    2.เหตุใดการกัดกร่อนชนิดนี้จะมีความรุนแรงต่ำในช่วงแรกแต่กลับมีความรุนแรงเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงท้าย?
    3.กลไกการกัดกร่อนที่แท้จริงเป็นอย่างไร?
    4.ธาตุโลหะที่ผสมเช่น Mo,Cu,Ni เป็นต้น ส่งผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนในกลไกการกัดกร่อนส่วนใหน?
    5.โครงสร้างทางโลหะวิทยาและโครงสร้างของฟิลม์ปกป้องมีอิทธิพลต่อความต้านทานการกัดกร่อนหรือไม่อย่างไร?

    ตอบลบ
  3. เนื่องจากการไม่เข้าใจถึงกลไกการกัดกร่อนที่แท้จริงและครบถ้วน ทำให้การค้นคว้าวิจัยวิธีการป้องกันยังไม่ตรงจุดและไม่ค่อยมีทิศทางมากนัก จึงใคร่ขอให้ผู้ที่มีความเชียวชาญแต่ละด้าน เช่นด้านโครงสร้างโลหะวิทยา ด้านโครงสร้างฟิล์มปกป้อง ด้านอิทธิพลของธาตุผสม และด้านกลไกการกัดกร่อนที่แท้จริง ได้เผยแพร่แลกเปลี่ยนข้อมูลความรู้ส่วนนี้ให้มากขึ้น ทั้งนี้เพื่อจะได้ช่วยกันค้นคว้าวิจัยวิธีการป้องกันการกัดกร่อนให้ตรงจุดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ขอบคุณ

    ตอบลบ
  4. ส่วนตัวคิดว่ามีความเข้าใจผิดในกลไกบางสวน เช่น การไฮโดรไลซีส แล้วทำให้ pH ลดลง แล้วภายในช่องแคบมีความเป็นกรดมากขึ้นไปกัดเนื้อโลหะ ซึ่งในหลักของเซลความเข้มข้นแล้ว บริเวณที่มีความเข้มข้นสูงจะประพฤติตัวเป็นคาโทด เกิดปฏิกิริยารีดักชัน เพื่อลดแอคตีวีตีของตัวออกซิไดซ์ ดังนั้นการที่ภายในมีความเข้นข้นของโปรตอนเพิ่มขึ้นนอกจากจะไม่กัดเนื้อโลหะแล้วยังทำให้ภายในช่องแคบมีความเป็นคาโทดเพิ่มขึ้น ดุลกับปริมาณออกซิเจนที่อยู่รอบนอก ซึ่งเป็นการปรับสมดุลของปฏิกิริยาเคมี ดังนั้นเมื่อการกัดกร่อนดำเนินไปปฏิกิริยาจะต้องช้าลง เมื่อความเป็นกรดในช่องแคบมากขึ้น แต่ในความเป็นจริงอัตราการกัดกร่อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะในโลหะมีฟิล์ม? จึงคิดว่ากลไกการกัดกร่อนที่ได้อธิบายกันอยู่ทั่วไปในขณะนี้มีบางส่วนที่สำคัญมากขาดหายไป จึงทำให้เกิดการเข้าใจคลาดเคลื่อนไปดังกล่าว

    ตอบลบ
  5. เฉลยคำตอบของความคลาดเคลื่อนนี้และความไม่เข้าใจอื่นๆอีก คือ pHd และ galvanic cell

    ตอบลบ
  6. ที่จริงแล้วการกัดกร่อนนี้เริ่มด้วย uniform ตามด้วย concentration cell และจบตรงนี้สำหรับโลหะไม่มีฟิล์ม แต่โลหะมีฟิล์มจะจบด้วย galvanic cell จึงรุนแรงมากในช่วงท้าย

    ตอบลบ
  7. เมื่อเข้าใจกลไกที่ถูกต้องการป้องกันการกัดกร่อนในช่องแคบในข้อต่อต้างๆ ไม่จำเป็นต้องใช้โลหะเกรดสูงๆเลย ไม่ยุ่งยาก ต้นทุนน้อยมาก เนื่องจากแก้ตรงจุด ลดค่าใช้จ่ายและความสิ้นเปลืองไปได้อย่างมากมาย

    ตอบลบ

การล้างผิวเหล็กกล้าไร้สนิมด้วยกรด (Pickling) และการสร้างฟิล์ม (Passivation)

Image credit: https://www.safefoodfactory.com/en/editorials/54-pickling-and-passivating-stainless-steel/ เหล็กกล้าไร้สนิมสามารถเกิดการกัดกร่...