การกัดกร่อนแบบรูเข็มหรือบางท่านอาจเรียกว่าการกัดกร่อนแบบสนิมขุม หรือการกัดกร่อนแบบจุด ถือว่าเป็นรูปแบบการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นเฉพาะจุด (Localized Attack) ที่รุนแรงมาก ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อโลหะถูกสารละลายกัดกร่อนเฉพาะจุด ส่งผลให้เกิดรูขนาดเล็กเกิดขึ้นดังแสดงภาพจำลองในรูปที่ 1 รูเหล่านี้อาจมีขนาดเล็กหรือใหญ่ก็ได้ แต่โดยส่วนมากจะมีขนาดเล็ก บางครั้งอาจเห็นรูกระจายอยู่ห่างกัน หรืออาจอยู่ใกล้กันจนดูคล้ายผิวโลหะที่ขรุขระ รูปแบบการกัดกร่อนดังกล่าวมักเกิดขึ้นเมื่อชั้นเคลือบป้องกันการกัดกร่อนหรือฟิล์มออกไซด์ถูกทำลายทั้งจากแรงกระทำทางกลหรือจากสารเคมี หรือวัสดุที่มีฟิล์มปกป้อง (Protective Film) เหล็กกล้าไร้สนิม อะลูมิเนียม เป็นต้น โดยเฉพาะเมื่อสัมผัสอยู่กับสารละลายที่มีอิออนของธาตุหมู่ 7 เจือปนอยู่ ยกตัวอย่าง เช่น คลอไรด์ โบรไมด์ ฟลูออไรด์ สำหรับภาพจำลองการขยายตัวจากกัดกร่อนแบบรูเข็มของวัสดุเมื่อสัมผัสกับสารละลายโซเดียมคลอไรด์ที่มีอากาศเจือปนแสดงในรูปที่ 2
รูปที่ 1 ภาพจำลองแสดงการกัดกร่อนแบบรูเข็ม
รูปที่ 2 ภาพจำลองการขยายตัวจากกัดกร่อนแบบรูเข็มของวัสดุเมื่อสัมผัสกับสารละลายโซเดียมคลอไรด์ที่มีอากาศเจือปน
รูปที่ 3 รูเข็มเล็กๆ บนผิวหน้าท่อเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด AISI 304L
รูปที่ 4 ภาคตัดขวางท่อบริเวณที่ตรวจพบรูเข็มบนผิวหน้าในรูปที่ 3
รูปที่ 5 การขยายตัวของรูเข็มในรูปแบบต่างๆ
ดังนั้นจึงเป็นรูปแบบการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว และในการขยายตัวไม่ปรากฏให้เห็นการสูญเสียน้ำหนักของของวัสดุ (Weight loss) ที่มีนัยสำคัญ นอกจากนี้การกัดกร่อนแบบรูเข็มยังส่งผลกระทบข้างเคียงด้วยด้วย เนื่องจากเป็นที่ทราบกันดีว่า รูที่เกิดขึ้นจะแสดงตัวเป็นจุดรวมความเค้น (Stress concentrator) เมื่อโลหะต้องรับแรงทางกลทางกล จุดบกพร่องดังกล่าวมักเป็นจุดเริ่มต้นของการแตกหัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการรับภารพทางกลแบบคาบ (Cyclic load) มักนำไปสู่กลไกการเสียหายที่เรียกว่าการแตกร้าวเนื่องจากการกัดกร่อนร่วมกับความล้า (Corrosion fatigue cracking) ดังแสดงในรูปที่ 6
รูปที่ 6 ผิวหน้าแตกหักของลวด 316L จากการแตกร้าวเนื่องจากการกัดกร่อนร่วมกับความล้าโดยมีจุดเริ่มมาจากรูเข็มที่ผิวหน้าด้านนอก
ในบางกรณี การกัดกร่อนแบบรูเข็มอาจมีการกัดกร่อนรูปแบบอื่นมาช่วยในการขยายตัวให้เกิดการเสียหายได้เร็วยิ่งขึ้น ยกตัวอย่างเช่น การรั่วของท่อเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316L ที่เกิดการกัดกร่อนแบบรูเข็มร่วมกับการกัดกร่อนแบบจุลชีพ (Microbiologically induced corrosion) ซึ่งมักจะปรากฏให้เห็นการขยายตัวเชื่อมกันของรูเข็มแต่ละรูจนเกิดเป็นโพรงขนาดใหญ่ดังรูปที่ 7 และการกัดกร่อนของท่อทองแดงแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีการกัดกร่อนแบบรังมด (Formicary Corrosion หรือ Ant’ nest Corrosion) ที่เกิดจากการสัมผัสกับกรดฟอมิกหรืออะซิติก โดยมีการขยายตัวเป็นอุโมงค์เข้าไปในวัสดุดังรูปที่ 8 ซึ่งความแตกต่างของการกัดกร่อนแบบรูเข็มทั่วไปกับการกัดกร่อนแบบรังมดแสดงในรูปที่ 9
รูปที่ 7 การกัดกร่อนแบบรูเข็มที่มีการกัดกร่อนจากจุลชีพร่วมด้วย
รูปที่ 8 การกัดกร่อนแบบรังมด (Ant' nest Corrosion)
รูปที่ 9 ความแตกต่างของการกัดกร่อนแบบรูเข็มทั่วไปและแบบรังมด
ในบรรดาโลหะและโลหะผสม เหล็กกล้าไร้สนิมมีแนวโน้มต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็มมากที่สุด การขัดมันผิวหน้า (Polishing) สามารถเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็มซึ่งตรงกันข้ามกับการกัดกรดและการขัดหยาบ สำหรับเหล็กกล้าที่ใช้งานทั่วไป (Conventional steel) จะมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็มมากกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมแต่ก็ยังถือว่ามีความไว โดยเฉพาะเหล็กกล้าที่ไม่มีการป้องกัน สำหรับอะลูมิเนียมที่ใช้งานในสิ่งแวดล้อมที่มีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบและอะลูมินัม-ทองเหลือง (Aluminum brass; Cu-20Zn-2Al) ที่สัมผัสกับสารปลอมปนหรือน้ำสกปรกมักมีความไวต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็ม ในขณะที่โลหะไทเทนียมค่อนข้างมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็ม
รูปที่ 10 Critical Pitting and Crevice Temperatures as a Function of Pitting Resistance Equivalent Number ( PREN )
จากข้อมูลที่กล่าวมาชี้ให้เห็นว่า การกัดกร่อนแบบเฉพาะที่เป็นรูปแบบการกัดกร่อนที่อันตรายต่อเหล็กกล้าไร้สนิมมาก จึงจำเป็นต้องมีการศึกษาข้อมูลอย่างละเอียด โดยเฉพาะเมื่อจะพิจารณาเลือกไปใช้งาน ซึ่งข้อมูลที่ต้องพิจารณาเพิ่มขึ้นอีก คือ ดัชนีที่แสดงว่าเหล็กกล้าไร้สนิมมีความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูเข็มและใต้รอยซ้อน นั่นคือ ค่าเทียบเท่าความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (Pitting Resistance Equivalent Number) หรือ PREN ซึ่งถ้าเหล็กกล้าไร้สนิมมีค่าดังกล่าวสูง แสดงว่าความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็มและใต้รอยซ้อนจะสูงตามไปด้วย ซึ่งแสดงในรูปที่ 10 โดยสมการที่ใช้คำนวณกันในปัจจุบันมีหลายสมการ แต่ที่นิยมใช้กันมากโดยใช้ส่วนผสมทางเคมีของวัสดุ (Bulk Composition) สามารถคำนวณได้จากสมการดังนี้
PREN16 = %Cr + 3.3 %Mo + 16 %N
จากค่า PREN ในสมการข้างต้น สามารถกล่าวได้ว่า ธาตุโครเมียม โมลิบดีนัมและไนโตรเจน เป็นธาตุที่ส่งผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูเข็มและใต้รอยซ้อน โดยเฉพาะธาตุไนโตรเจน สำหรับค่า PREN16 มักนิยมใช้กับเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มดูเพล็กซ์แต่สามารถนำมาประยุกต์ใช้กับลุ่มออสเตนนิติกได้
ค่า PREN ของเหล็กกล้าไร้สนิมเกรดตัวอย่างที่นิยมใช้ทั่วไปแสดงในตารางที่ 1 ดังนี้
ตารางที่ 1
ดัชนี PRE แสดงค่าความต้านทานต่อการเกิดสนิมรูเข็ม
เกรด กลุ่ม PREN16
AISI 430 เฟอริติก 17
AISI 303 ออสเตนนิติก 18
AISI 304/304L ออสเตนนิติก 18
AISI 316/316L ออสเตนนิติก 24
AISI 2205 ดูเพล็กซ์ 34
AISI 904L ออสเตนนิติก 34
UNS S31254 ออสเตนนิติก 43
UNS S32750 ดูเพล็กซ์ 43
UNS S32520 ดูเพล็กซ์ 43
PREN16 เป็นค่าที่นักวิจัยหลายท่านนิยมใช้กัน แต่อาจมีบางท่านเลือกใช้ค่า PREN30 ในกรณีที่ต้องการเน้นย้ำความสำคัญของธาตุไนโตรเจนที่มีผลต่อการหน่วงการกัดกร่อนแบบรูเข็ม ในขณะที่ค่า PREN20 ก็ได้มีการกำหนดใช้ในการออกแบบเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีไนโตรเจนผสมสูง ยังมีค่าสัมประสิทธิ์ของไนโตรเจนกันอีกหลายสมการเช่น PREN12, PREN25, และ PREN32 นอกจากค่า PREN ที่ใช้แสดงดัชนีของเหล็กกล้าไร้สนิมต่อความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูเข็มและใต้รอยซ้อนแล้ว ยังมีค่า MARC (Measure of Alloying for Resistance to Corrosion) ที่สามารถใช้เป็นตัวแปรสำหรับการประเมินการกัดกร่อนแบบรูเข็มและใต้รอยซ้อนของเหล็กกล้าไร้สนิมได้เช่นกัน
การเลือกใช้วัสดุที่ถูกต้องเหมาะสมสามารถลดปัญหาการกัดกร่อนแบบรูเข็มได้ นอกจากนี้การควบคุมสิ่งแวดล้อมให้มีฤทธิ์กัดกร่อนที่น้อยลง เช่น ลดปริมาณคลอไรด์ ลดค่า pH ก็สามารถลดปัญหาดังกล่าวได้ การเติมสารยับยั้งการกัดกร่อนบางครั้งอาจช่วยหยุดการกัดกร่อนแบบรูเข็มได้อย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้ การออกแบบที่ดีของระบบก็สามารถลดการเกิดรูเข็มได้ เช่น การลดสภาวะที่อยู่นิ่งของสารละลายหรือการติดตั้งระบบป้องกันการกัดกร่อนแบบคาโธดิก ในบางกรณี การเคลือบเพื่อป้องกันผิวโลหะกับสารละลายก็สามารถลดปัญหาดังกล่าวได้เช่นกัน แต่อย่างไรก็ตามถ้าการเคลือบไม่สมบูรณ์ มีจุดบกพร่องก็สามารถเร่งให้เกิดการกัดกร่อนแบบรูเข้มได้เร็วยิ่งขึ้น สำหรับแนวทางในการป้องกันการกัดกร่อนแบบรูเข็มมีแนวทางในการปฏิบัติดังนี้
1. เลือกใช้วัสดุที่มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็ม
2. ใช้สารยับยั้งการกัดกร่อนเพื่อปรับสภาวะของสิ่งแวดล้อมให้เป็นกลางในระบบปิด
3. หลีกเลี่ยงบริเวณที่จะเกิดสภาวะการแช่นิ่งของสารละลายโดยการออกแบบที่ดี
4. เลือกใช้ระบบการป้องกันการกัดกร่อนแบบอะโนดิกหรือคาโธดิก
5. ต้องมั่นใจว่าสารเคลือบที่เลือกใช้ต้องต้านทานการซึมผ่านของสารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนได้
6. ปรับปรุงผิวหน้าโลหะโดยการทำอะโนไดซ์และมีการรองพื้นชั้นแรก หรือ metal cladding
7. ขัดมันผิวหน้าเพื่อกำจัดจุดบกพร่องที่ผิวหน้าวัสดุ
8. เพิ่มธาตุผสมเข้าไปในโลหะ เช่น Mo และ Cr เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็ม
สำหรับแนวทางการป้องกันการกัดกร่อนแบบรูเข็มระหว่างเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต้านทานการกัดกร่อนแสดงในรูปที่ 11
อยากทราบคะว่า การใช้สารยับยั้งการกัดกร่อนที่ความเข้มข้นที่ไม่เหมาะสมนี่มีผลอย่างไรหรอคะ เพราะส่วนตัวคิดว่าการใช้สารยับยั้งที่เข้มข้นมากๆ ยิ่งทำให้ป้องกันได้ดี
ตอบลบสารยับยั้งการกัดกร่อนเข้มข้นน้อยๆ เข้มข้มที่เหมาะสม เข้มข้นมากเกินไป ดีหรือไม่ดีเพราะอะไรหรอคะ ?