ล้อแม็กที่เกิดการกัดกร่อนภายใต้ชั้นเคลือบ
โลหะผสมอะลูมิเนียม (Aluminum
alloys) ที่ใช้ในอุตสาหกรรมทั่วไปจะมีธาตุอะลูมิเนียม (Al) เป็นองค์ประกอบหลัก นอกจากนั้นยังมีการเจือของธาตุอื่นๆ เพิ่มสมบัติด้านต่างๆ
เช่น ทองแดง สังกะสี ดีบุก เหล็ก แมกนีเซียม แมงกานีส โครเมียม ไทเทเนียม
และซิลิคอน เป็นต้น และมีส่วนผสมแตกต่างกันออกไปตามการใช้งาน
ส่วนผสมของโลหะผสมอะลูมิเนียมต่างๆ ได้รับการจดทะเบียนและมีการกำหนดการใช้งานเป็นหมายเลขอนุกรมหรือเป็นชุดที่เป็นสากล
(International
Alloy Designation System) โดยสมาคมอะลูมิเนียมของอเมริกา
ซึ่งเป็นหลักเกณฑ์ในการกำหนดมาตรฐานการใช้งานของอะลูมิเนียมที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางและใช้กันทั่วโลก
ยกตัวอย่าง เช่น อะลูมิเนียมในอนุกรม
6000 เป็นโลหะผสมที่มีแมกนีเซียมและซิลิคอนเป็นส่วนผสม
โดยแมกนีเซียมจะเพิ่มความแข็งแรง ในขณะที่ซิลิคอนจะช่วยเพิ่มความสามารถในการหล่อ
(ทั้งเรื่องเพิ่มความสามารถในการไหลของโลหะหลอมเหลว, ลดอุณหภูมิหลอมเหลวและลดการหดตัวในระหว่างการแข็งตัว) โลหะผสมของอะลูมิเนียมจะถูกเลือกใช้งานบนพื้นฐานความต้องการด้านวิศวกรรมในด้านต่างๆ
เช่น ความต้านทานแรงดึง ความสามารถในการใช้งานนั้นๆ ความสามารถในการขึ้นรูป และความต้านทานการกัดกร่อน
เป็นต้น
จากข้อมูลทางเทอร์โมไดนามิกส์ชี้ให้เห็นว่าอะลูมิเนียมค่อนข้างจะเกิดการกัดกร่อนได้ง่ายเมื่อเทียบกับโลหะชนิดอื่นๆ
เช่นมีความไวต่อการทำปฏิกิริยามากกว่าเหล็กค่อนข้างมาก แต่อะลูมิเนียมสามารถสร้างฟิล์มที่มีความหนา
มีสมบัติการยึดเกาะที่ดีและต้านทานการกัดกร่อนขึ้นมาปกคลุมที่ผิวหน้าได้ ซึ่งต่างจากเหล็กที่มีฟิล์มออกไซด์
(Fe2O3)
แต่จะหลุดล่อนออกเป็นแผ่นๆ และจะเกิดการกัดกร่อนแบบวัฏจักรจนสูญเสียความหนาไปเรื่อยๆ
อย่างไรก็ตามอะลูมิเนียมก็ไม่สามารถหลีกหนีการกัดกร่อนไปได้ถ้าอยู่ในสภาวะที่เหมาะสม
นอกจากนี้โลหะที่ผสมหรือเติมลงไปเพื่อเพิ่มคุณสมบัติด้านต่างๆ ก็สามารถส่งเสริมให้เกิดการกัดกร่อนได้เป็นอย่างดี
ซึ่งโลหะผสมอะลูมิเนียมสามารถเสียหายด้วยการกัดกร่อนหลากหลายรูปแบบ เช่น การกัดกร่อนแบบรูเข็ม
(Pitting
corrosion) การกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular corrosion)
และการกัดกร่อนภายใต้รอยอับอากาศ (Crevice corrosion) เป็นต้น
นอกจากนี้ยังมีการกัดกร่อนอีกรูปแบบหนึ่งที่มักเกิดขึ้นกับชิ้นส่วนอะลูมิเนียมที่มีการเคลือบผิว
เราเรียกรูปแบบการกัดกร่อนนั้นว่า การกร่อนภายใต้ชั้นเคลือบ (Filiform
corrosion)
การกัดกร่อนภายใต้ชั้นเคลือบ (Filiform
corrosion) ซึ่งเป็นอีกรูปแบบหนึ่งของการกัดกร่อนภายใต้รอยอับหรือบริเวณที่อับอากาศ
(Crevice corrosion) โดยนอกจากจะพบภายใต้ผิวเคลือบบางๆ
บนโลหะประเภทอะลูมิเนียมที่ใช้ในการผลิตเป็นภาชนะบรรจุอาหารและเครื่องดื่ม และล้อแม็ก
และยังสามารถพบในเหล็กกล้าที่มีการเคลือบผิวได้เช่นเดียวกัน ซึ่งการกัดกร่อนภายใต้ชั้นเคลือบสามารถสังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า
การกัดกร่อนภายใต้ชั้นเคลือบมักเกิดขึ้นในสิ่งแวดล้อมที่มีความชื้นสัมพัทธ์ในช่วง
75-90 เปอร์เซ็นต์ และอุณหภูมิในช่วง 20-45 องศาเซลเซียส
ซึ่งความชื้นเป็นตัวแปรที่สำคัญที่สุดที่จะทำให้มีการขยายตัวของการกัดกร่อนเนื่องจากเป็นปัจจัยที่จำเป็นต่อการละลายไอออนของเกลือ
โดยทั่วไปแล้วการกัดกร่อนภายใต้ชั้นเคลือบมักเริ่มต้นจากบริเวณที่มีรอยขีดข่วนหรือจุดบกพร่องอื่นๆ บนผิวเคลือบ และขยายตัวออกไปบริเวณด้านข้างเป็นเส้นแคบๆ โดยเฉพาะบริเวณที่มีร่องรอยการขูดขีด หรือรอยบกพร่องจากการเคลือบที่ไม่สนิท การกัดกร่อนแบบนี้มีผลให้สภาพผิวของชิ้นงานเกิดความเสียหายไปเท่านั้น แต่จะไม่ทำลายหรือทำให้เกิดความเสียหายต่อโครงสร้าง (วัสดุ) การขยายตัวของการกัดกร่อนเข้าไปในโลหะจะน้อยมาก (ประมาณ 15 ไมครอน) ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนประกอบไปไปด้วยส่วนหัว (Head) จะมีลักษณะเป็นหนอนสีขาว เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ขยายตัวออกไปเรื่อยๆ และส่วนหาง (Tail) หรือเส้นที่แตกออกเป็นกิ่งก้านสาขา ซึ่งแสดงให้เห็นว่าส่วนหัวเป็นบริเวณที่อับอากาศ (มีออกซิเจนในปริมาณต่ำ) และส่วนหางเป็นบริเวณที่มีอากาศ (มีออกซิเจน) มากกว่า
กลไกของการกัดกร่อนจะเป็นเซลเคมีไฟฟ้าของแอโนด-แคโธด
โดยส่วนหัวจะแสดงตัวเป็นเป็นขั้วแอโนด ในขณะที่ส่วนหางจะแสดงตัวเป็นขั้วแคโธด ออกซิเจนจะถูกใช้จนหมดบริเวณที่เป็นส่วนหัวของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน
ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์เป็นน้ำและเพิ่มความเป็นกรด จนมีค่าความเป็นกรด-ด่าง (pH)
ที่อาจต่ำกว่า 2 การกัดกร่อนภายใต้ชั้นเคลือบจะเกิดขึ้นได้ดีในสภาวะแวดล้อมที่มีองค์ประกอบของไฮโดรเจน
(H+) คลอรีน ซัลเฟต ซัลไฟด์ หรือคาร์บอนไดออกไซด์
ซึ่งจะเพิ่มความเป็นกรดระหว่างการเกิดความแตกต่างของปริมาณออกซิเจน ในส่วนหางซึ่งเกิดปฏิกิริยาแคโธดิกจะสร้าง
hydroxyl ions ปฏิกิริยาที่เกิดบริเวณส่วนหัวซึ่งเป็นปฏิกิริยาแอโนดคือการเกิดออกซิเดชั่นของอะลูมิเนียมไปเป็น
Al3+ และจากนั้นจะไปทำปฏิกิริยากับ hydroxide
ions ของส่วนหาง
โดยเฉพาะสภาวะที่มีน้ำและออกซิเจนแทรกตัวเข้าไปตามจุดบกพร่องที่เป็นรูพรุนและรอยแตกขนาดเล็กของผิวเคลือบ
การกัดกร่อนที่เกิดขึ้นทำให้ได้ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่มีลักษณะคล้ายหนอนที่มองเห็นเป็นสีขาวๆ
ขยายตัวไปเรื่อยๆ บนผิวหน้าซึ่งมีอัตราในการขยายตัวประมาณ 0.1 มม/วัน
กลไกการกัดกร่อนภายใต้ชั้นเคลือบของอะลูิเนียมผสม
(source:Exponent Engineering and Scientific Consulting)
การกัดกร่อนภายใต้ชั้นเคลือบ
นอกจากจะพบในล้อแม็ก ยังสามารถพบภายใต้ผิวเคลือบบางๆ บนโลหะประเภทเหล็กกล้าและอะลูมิเนียมที่ใช้ในการผลิตเป็นภาชนะบรรจุอาหารและเครื่องดื่ม
ชิ้นส่วนรถยนต์และอากาศยาน ซึ่งกลไกการเกิดและแนวทางในการป้องกันก็คล้ายกับล้อรถยนต์อะลูมิเนียม
Filiform corrosion of a tin-coated
(source:https://www.flickr.com/photos/mmm_beer/380209965/in/photostream/)
วิธีการที่สามารถป้องกันการกัดกร่อนภายใต้ชั้นเคลือบมีดังนี้
1.
เก็บชิ้นงานที่ผ่านการเคลือบผิวไว้ภายใต้สภาวะที่มีความชื้นสัมพัทธ์ต่ำกว่า
75%
2.
ปรับปรุงคุณภาพของชั้นเคลือบเพื่อลดรูพรุนและรอยแตก เช่นวัสดุที่มีความเหนียว
3.
เตรียมผิวก่อนการเคลือบให้ได้คุณภาพ
4.
ชั้นเคลือบควรมีการยึดเกาะกับโลหะพื้นที่ดี
5. ทำการเคลือบทับหลายชั้น (Multiple coating)
6. เลือกใช้วัสดุเคลือบผิวที่ยินยอมให้ความชื้นซึมผ่านได้น้อย
เอกสารอ้างอิง:
1. N.
Birbilis, B. Hinton. Corrosion and corrosion protection of aluminium. Metals
and Surface Engineering 2011, P. 574–604.
2. G.M.
Scamans, N. Birbilis, R.G. Buchheit. Corrosion of Aluminum and its Alloys.
Shreir's Corrosion 2010; 3: P. 1974–2010.
3. R.G.
Buchheit. Corrosion Resistant Coatings and Paints. Handbook of
Environmental Degradation of Materials (Second Edition) 2012, P. 539–568.
4. A.
Nazarov, A.-P. Romano, M. Fedel, F. Deflorian, D. Thierry, M.-G. Olivier. Filiform
corrosion of electrocoated aluminium alloy: Role of surface pretreatment. Corrosion
Science 2012; 65: 187–198.
5. T.M.
Watson, A.J. Coleman, G. Williams, H.N. McMurray. The effect of oxygen
partial pressure on the filiform corrosion of organic coated iron. Corrosion
Science 2014: 89: 46–58.
6. H.N.
McMurray, A. Holder, G. Williams, G.M. Scamans, A.J. Coleman. The kinetics
and mechanisms of filiform corrosion on aluminium alloy AA6111. Electrochimica
Acta 2010: 55; 7843–7852.
7. G.
Williams, R. Grace. Chloride-induced filiform
corrosion of organic-coated magnesium. Electrochimica Acta 2011; 56: 1894–1903.
8. Z.
Marsh, J. Marsh, J.D. Scantlebury. Filiform Corrosion of Aluminium Alloy
3003 H14 under Humid and Immersed Conditions. JCSE1999: Volume 2 Paper 36.
9. H.
Takahashi, M. Chiba. Role of anodic oxide films in the corrosion of aluminum
and its alloys. Corrosion Reviews 2017; 36 (1): 35-54.
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น