วันพุธที่ 12 กรกฎาคม พ.ศ. 2566

บทบาทของโมลิบดีนัมในการเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิม (Role of Molybdenum in Improving Stainless Steels' Corrosion Resistance)

บทบาทของโมลิบดีนัมในการเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิม

การฟอร์มพาสซีฟฟิล์มบนผิวเหล็กกล้าไร้สนิม [1]

การกัดกร่อนแบบรูเข็ม (Pitting Corrosion) เป็นรูปแบบหนึ่งของการกัดกร่อนที่เกิดกับเหล็กกล้าไร้สนิม ซึ่งอาจทำให้วัสดุหรือโครงสร้างทางวิศวกรรมเสียหายได้ เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นที่ทราบกันดีว่ามีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดี แต่ก็ไม่สามารถป้องกันได้ร้อยเปอร์เซ็นต์ วิธีหนึ่งในการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมคือการเติมธาตุผสมอื่นๆ หนึ่งในธาตุที่ใช้กันทั่วไปคือโมลิบดีนัม (Mo)

การเกิดการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (Pitting Corrosion) บนผิวหน้าเหล็กกล้าไร้สนิม [2]

โมลิบดีนัมเป็นธาตุผสมที่ใช้กันทั่วไปเพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิม วิธีหนึ่งที่โมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมคือการป้องกันการกัดกร่อนแบบรูเข็มและการกัดกร่อนแบบช่องแคบ (Crevice Corrosion) กลไกที่โมลิบดีนัมป้องกันการกัดกร่อนแบบรูเข็มและการกัดกร่อนแบบช่องแคบ คือ การสร้างฟิล์มป้องกัน (Protective Film) บนพื้นผิวของเหล็ก

เมื่อเติมโมลิบดีนัมลงในเหล็กกล้าไร้สนิมแล้วจะจับตัวเป็นพันธะกับออกซิเจน ซึ่งสามารถเกิดอันตกิริยาบนพื้นผิวของเหล็กกล้าไร้สนิมได้ พันธะนี้นำไปสู่การสร้างฟิล์มป้องกันบางๆ บนพื้นผิวของเหล็ก ซึ่งเรียกว่า "ฟิล์มแบบพาสซีฟ" ฟิล์มนี้ประกอบด้วยโมลิบดีนัมออกไซด์ (MoO3) และเหล็กออกไซด์ (FeO) และมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง

โมเดลพาสซีฟฟลิ์มที่ฟอร์มบนผิวหน้าเหล็กกล้าไร้สนิม 316 L ใน 0.05 M H2SO4(aq) ที่ 0.4 V/SCE เวลา 1 ชั่วโมง [3]

ฟิล์มป้องกันนี้จะถูกสร้างขึ้นใหม่อย่างต่อเนื่องตราบใดที่ยังมีโมลิบดีนัมอยู่ในเนื้อเหล็กและมีการจ่ายออกซิเจนให้กับพื้นผิว ฟิล์มมีความเสถียรและทนทานต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและเป็นกลางได้ดีกว่าในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง ฟิล์มยังมีความทนทานสูงต่อคลอไรด์ไอออนและไอออนที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอื่นๆ

โมลิบดีนัมยังช่วยเพิ่มความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานการคืบ และความต้านทานต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนร่วมกับความเค้น (Stress Corrosion Cracking) ของเหล็กกล้าไร้สนิม ฟิล์มโมลิบดีนัมออกไซด์สามารถต้านทานผลกระทบจากอุณหภูมิและความดันสูงได้ จึงทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง

เหล็กกล้าไร้สนิมชนิดหนึ่งที่ได้รับประโยชน์อย่างมากจากการผสมโมลิบดีนัมคือเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316 [2] ซึ่งโมลิบดีนัมจะเพิ่มความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็มและการกัดกร่อนแบบช่องแคบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316L เป็นเกรดที่พิเศษขึ้นไปอีกเนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่า มีประโยชน์ในการเชื่อมหรือการสัมผัสกับสภาวะการใช้งานที่อุณหภูมิสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเชื่อมชิ้นงานขนาดกลางหรือขนาดใหญ่ เกรดคาร์บอนต่ำเป็นวิธีหนึ่งในการชะลอหรือป้องกันการตกตะกอนของคาร์ไบด์ตามขอบเกรน (มักเรียกว่า sensitization) ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular Corrosion) เมื่อถูกนำไปใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ซึ่งเกรด 316L จะมีความไวต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรนน้อยกว่า

การตกตะกอนของคาร์ไบด์ตามขอบเกรน (sensitization) [1]

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโมลิบดีนัมเป็นธาตุที่ทำให้เกิดเฟอร์ไรต์ (Ferrite Former) นั่นหมายความว่าเมื่อมีการเติมโมลิบดีนัมเพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก จะต้องมีการเติมธาตุที่ทำให้เกิดออสเทนไนต์ (Austenite Former) เพิ่มด้วย เช่น นิกเกิลหรือไนโตรเจน เพื่อรักษาโครงสร้างแบบออสเทนนิติกนั่นเอง

โมลิบดีนัมเป็นธาตุผสมที่เพิ่มประสิทธิภาพให้กับเหล็กกล้าไร้สนิม เนื่องจากช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าโดยการสร้างฟิล์มป้องกันบนผิวหน้าในรูปของสารประกอบ MoO3 และ FeO ซึ่งทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันไม่ให้สารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเข้ามาในเนื้อวัสดุ ฟิล์มนี้ป้องกันไม่ให้เกิดการกัดกร่อนแบบรูเข็มและการกัดกร่อนแบบช่องแคบ โมลิบดีนัมมีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อเติมลงในเหล็กกล้าไร้สนิมชนิด 316 ซึ่งเป็นเกรดที่ไวต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็มในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบ

[1] https://www.iqsdirectory.com/articles/stainless-steel/stainless-steel-316.html

[2] https://www.ddcoatings.co.uk/2276/what-is-pitting-corrosion

[3] https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108395

[4] https://doi.org/10.48048/tis.2022.4642

[5] https://doi.org/10.1149/1945-7111/abc727

[6] https://doi.org/10.3389/fmats.2019.00232


ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น

การกัดกร่อนกับท่อทองแดงแบบรังมด (Ant-nest corrosion)

วันนี้มีเคสจากหน่วยงานขนส่งมวลแห่งหนึ่งแจ้งว่าท่อทองแดงในระบบเครื่องปรับอากาศเกิดการกัดกร่อนแล้วนำมาสู่การรั่วมาปรึกษา ผมจำได้ว่าเคยวิเคราะห...