การกัดกร่อนเป็นกระบวนการที่เหล็กถูกย่อยสลายโดยการปรากฏตัวของสารออกซิไดซ์ต่างๆ ในสิ่งแวดล้อม การกัดกร่อนมีได้หลายรูปแบบและเกิดได้จากหลายสาเหตุ ตัวอย่างหนึ่งที่พบบ่อยคือกระบวนการเกิดสนิมซึ่งเหล็กออกซิไดซ์เมื่อมีความชื้น การกัดกร่อนเป็นปัญหาร้ายแรงสำหรับผู้ผลิตอาคาร เรือ เครื่องบิน รถยนต์ และผลิตภัณฑ์โลหะอื่นๆ ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้เหล็กเป็นส่วนหนึ่งของสะพาน ความสมบูรณ์ของโครงสร้างของเหล็ก ซึ่งอาจเสียหายจากการกัดกร่อน มีความสำคัญต่อความปลอดภัยของผู้ที่ใช้สะพาน ดูขั้นตอนที่ 1 ด้านล่างเพื่อเริ่มเรียนรู้วิธีป้องกันเหล็กจากการคุกคามของการกัดกร่อนและวิธีชะลออัตราการกัดกร่อน
ขั้นตอน
วิธีที่ 1 จาก 3: การทำความเข้าใจประเภททั่วไปของการกัดกร่อนของเหล็ก
เนื่องจากในปัจจุบันมีการใช้เหล็กหลายประเภท ผู้สร้างและผู้ผลิตจึงจำเป็นต้องป้องกันการกัดกร่อนหลายประเภท เหล็กแต่ละชนิดมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีเฉพาะตัวที่กำหนดชนิดของการกัดกร่อน (ถ้ามี) ที่ไวต่อการเกิด ตารางด้านล่างอธิบายเตารีดทั่วไปบางประเภทและประเภทของการกัดกร่อนที่อาจเกิดขึ้นได้
| เหล็ก | ช่องโหว่การกัดกร่อนของเหล็ก | เทคนิคการป้องกันทั่วไป | กิจกรรมกัลวานิก* |
|---|---|---|---|
| สแตนเลส (แบบพาสซีฟ) | การจู่โจมแบบสม่ำเสมอ กัลวานิก รูพรุน รอยแตก (ส่วนใหญ่อยู่ในน้ำทะเล) | ทำความสะอาด เคลือบป้องกัน หรือซีล | ต่ำ (รูปแบบเริ่มต้นของการกัดกร่อนก่อให้เกิดชั้นป้องกันออกซิเดชัน) |
| เหล็ก | โจมตีสม่ำเสมอ ไฟฟ้า แตก | ทำความสะอาด เคลือบป้องกันหรือซีล ชุบสังกะสี ป้องกันสนิม | สูง |
| ทองเหลือง | จู่โจมแบบสม่ำเสมอ คลายเครียด | การทำความสะอาด การเคลือบป้องกันหรือซีล (โดยปกติจะเป็นน้ำมันหรือเคลือบเงา) เติมตะกั่ว อะลูมิเนียม หรือสารหนูลงในโลหะผสม | ปัจจุบัน |
| อลูมิเนียม | กัลวานิก รู รอยแตก | การทำความสะอาด การเคลือบป้องกันหรือซีล แอโนด การชุบสังกะสี การป้องกันแคโทดิก ฉนวนไฟฟ้า | สูง (การกัดกร่อนในขั้นต้นก่อให้เกิดชั้นออกซิเดชันที่ต้านทาน) |
| ทองแดง | กัลวานิค หลุม รอยเปื้อนความงาม | ทำความสะอาด เคลือบป้องกัน หรือปิดผนึก เติมนิกเกิลกับโลหะผสม (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับน้ำเกลือ) | ต่ำ (การกัดกร่อนในขั้นต้นก่อให้เกิดคราบยึด) |
*โปรดทราบว่าคอลัมน์ "กิจกรรมกัลวานิก" หมายถึงกิจกรรมทางเคมีที่เกี่ยวข้องของธาตุเหล็กตามที่อธิบายไว้ในตารางธาตุเหล็กของแหล่งอ้างอิง สำหรับจุดประสงค์ของตารางนี้ “ยิ่งกิจกรรมทางไฟฟ้าของเหล็กสูง การกัดกร่อนของกัลวานิกก็จะยิ่งเร็วขึ้นเมื่อรวมกับธาตุเหล็กที่มีฤทธิ์น้อยกว่า”
ขั้นตอนที่ 1 ป้องกันการกัดกร่อนจากการโจมตีสม่ำเสมอโดยปกป้องพื้นผิวเหล็ก
การกัดกร่อนจากการโจมตีแบบสม่ำเสมอ (บางครั้งสั้นลงถึงการกัดกร่อนแบบ "สม่ำเสมอ") เป็นประเภทของการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นในลักษณะที่สม่ำเสมอบนพื้นผิวโลหะที่สัมผัส ในการกัดกร่อนประเภทนี้ พื้นผิวทั้งหมดของเหล็กถูกกัดกร่อนโดยการกัดกร่อน ดังนั้น การกัดกร่อนจึงเกิดขึ้นในอัตราที่สม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่น หากหลังคาโลหะที่ไม่มีการป้องกันถูกฝนเป็นประจำ พื้นผิวทั้งหมดของหลังคาจะสัมผัสกับน้ำในปริมาณที่เท่ากัน และจะเกิดการสึกกร่อนในอัตราที่สม่ำเสมอ วิธีที่ง่ายที่สุดในการป้องกันการจู่โจมแบบสม่ำเสมอคือการวางแนวป้องกันระหว่างผลเบอร์รี่กับสารกัดกร่อน นี่อาจเป็นได้หลายอย่าง เช่น สี ซีลน้ำมัน "หรือ" สารละลายไฟฟ้าเคมี เช่น การเคลือบสังกะสีด้วยสังกะสี
ในสถานการณ์ใต้ดินหรือใต้น้ำ โล่ cathodic ก็เป็นตัวเลือกที่ดีเช่นกัน
ขั้นตอนที่ 2 ป้องกันการกัดกร่อนของกัลวานิกโดยการตัดการไหลของไอออนจากเหล็กตัวหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง
รูปแบบการสึกกร่อนที่สำคัญรูปแบบหนึ่งที่สามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่คำนึงถึงความแข็งแรงทางกายภาพของเหล็กที่เกี่ยวข้องคือการกัดกร่อนแบบกัลวานิก การกัดกร่อนแบบกัลวานิกเกิดขึ้นเมื่อเตารีดสองอันที่มีศักย์ไฟฟ้าต่างกันมาสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ (เช่น น้ำเกลือ) ซึ่งสร้างเส้นทางการนำไฟฟ้าระหว่างกัน เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ไอออนของเหล็กจะไหลจากธาตุเหล็กที่มีปฏิกิริยามากกว่าไปยังธาตุเหล็กที่มีปฏิกิริยาน้อย ทำให้เหล็กที่มีฤทธิ์กัดกร่อนมากขึ้นจะสึกกร่อนเร็วขึ้นและธาตุเหล็กที่มีฤทธิ์น้อยกว่าจะกัดกร่อนช้ากว่า ในทางปฏิบัติ นี่หมายความว่าการกัดกร่อนจะเกิดขึ้นกับเหล็กที่แอคทีฟมากกว่า ณ จุดสัมผัสระหว่างเตารีดทั้งสอง
- วิธีการป้องกันใดๆ ที่ป้องกันการไหลของไอออนระหว่างเตารีดสามารถหยุดการกัดกร่อนของกัลวานิกได้ การให้ชั้นป้องกันกับเตารีดสามารถช่วยป้องกันอิเล็กโทรไลต์จากสิ่งแวดล้อมที่สร้างเส้นทางการนำไฟฟ้าระหว่างเตารีดทั้งสอง ซึ่งกระบวนการป้องกันไฟฟ้าเคมี เช่น การชุบสังกะสีและแอโนดก็ทำงานได้ดีเช่นกัน คุณยังสามารถป้องกันการกัดกร่อนของกระแสไฟฟ้าในบริเวณที่เป็นฉนวนไฟฟ้าของเหล็กที่สัมผัสได้
- นอกจากนี้ การใช้การป้องกันแคโทดิกหรือแอโนดสามารถป้องกันเหล็กที่สำคัญจากการกัดกร่อนของกัลวานิกได้ ดูข้อมูลเพิ่มเติมด้านล่าง
ขั้นตอนที่ 3 ป้องกันการกัดกร่อนแบบรูพรุนโดยการปกป้องพื้นผิวเหล็ก หลีกเลี่ยงแหล่งคลอไรด์ในสิ่งแวดล้อม และหลีกเลี่ยงรอยบากและรอยขีดข่วน
Pitting เป็นรูปแบบของการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นในระดับจุลทรรศน์ แต่อาจมีผลกระทบที่สำคัญ รูเป็นข้อกังวลหลักสำหรับเหล็กที่ได้รับความต้านทานการกัดกร่อนจากชั้นบาง ๆ ของสารประกอบแบบพาสซีฟบนพื้นผิว เนื่องจากการกัดกร่อนรูปแบบนี้อาจนำไปสู่ความล้มเหลวของโครงสร้างในสถานการณ์ที่สารเคลือบป้องกันมักจะป้องกันได้ รูเกิดขึ้นโดยที่เหล็กชิ้นเล็กๆ สูญเสียชั้นป้องกันแบบพาสซีฟไป เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น การกัดกร่อนของกัลวานิกจะเกิดขึ้นในระดับจุลภาค นำไปสู่การก่อตัวของรูเล็กๆ ในเหล็ก ในหลุมนี้ สภาพแวดล้อมจะมีกรดสูง ซึ่งทำให้กระบวนการเร็วขึ้น รูมักจะถูกป้องกันโดยการใช้ชั้นป้องกันกับพื้นผิวโลหะและ/หรือใช้การป้องกันแคโทดิก
การสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์สูง (เช่น น้ำเกลือ) สามารถเร่งกระบวนการเจาะได้
ขั้นตอนที่ 4 ป้องกันการแตกร้าวจากการกัดกร่อนโดยการลดพื้นที่แคบในการออกแบบวัตถุ
การกัดกร่อนของรอยแตกเกิดขึ้นในพื้นที่วัตถุที่เป็นโลหะซึ่งเข้าถึงของเหลวโดยรอบ (อากาศหรือของเหลว) ได้ไม่ดีนัก เช่น ใต้สลักเกลียว ใต้แหวนรอง ใต้เพรียง หรือระหว่างข้อต่อบานพับ การกัดกร่อนของรอยแตกเกิดขึ้นเมื่อช่องว่างระหว่างพื้นผิวโลหะกว้างพอที่จะให้ของเหลวเข้าไปได้ แต่แคบพอที่ของเหลวจะหลบหนีได้ยากและหยุดนิ่ง สภาพแวดล้อมในพื้นที่ขนาดเล็กนี้จะกัดกร่อนและเหล็กเริ่มสึกกร่อนในกระบวนการที่คล้ายกับการกัดกร่อนของรอยแตก การป้องกันการแตกร้าวจากการกัดกร่อนมักเป็นปัญหาในการออกแบบ โดยการลดช่องว่างแคบๆ ในการก่อสร้างวัตถุที่เป็นโลหะผ่านการปิดช่องว่างเหล่านี้หรือทำให้เกิดการหมุนเวียน จึงสามารถลดการผุกร่อนของรอยแตกได้
การกัดกร่อนของรอยแตกเป็นปัญหาเฉพาะเมื่อจัดการกับเหล็ก เช่น อะลูมิเนียม ซึ่งมีชั้นป้องกันด้านนอกแบบพาสซีฟ เนื่องจากกลไกการกัดกร่อนของรอยแตกอาจส่งผลต่อการแตกของสารเคลือบนี้
ขั้นตอนที่ 5. ป้องกันการกัดกร่อนของรอยแตกจากความเค้นโดยใช้แรงกดและ/หรือการอบอ่อนเท่านั้น
การแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเค้น (SCC) เป็นรูปแบบหนึ่งของความล้มเหลวของโครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับการกัดกร่อน ซึ่งเป็นความกังวลสำหรับวิศวกรที่ออกแบบโครงสร้างอาคารที่รองรับการรับน้ำหนักที่สำคัญ ด้วยการเกิด SCC เหล็กที่รองรับน้ำหนักจะทำให้เกิดรอยร้าวและรอยแตกที่ต่ำกว่าขีดจำกัดการรับน้ำหนัก - ในระดับที่น้อยกว่า เมื่อมีไอออนที่มีฤทธิ์กัดกร่อน รอยแตกเล็กๆ น้อยๆ ในเหล็กที่เกิดจากความเค้นดึงของประจุหนักจะกระจายออกไปเมื่อไอออนที่มีฤทธิ์กัดกร่อนไปถึงปลายของรอยแตก ซึ่งจะทำให้รอยแตกขยายใหญ่ขึ้นอย่างช้าๆ และอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของโครงสร้างได้ SCC เป็นอันตรายอย่างยิ่งเนื่องจากสามารถเกิดขึ้นได้แม้ในที่ที่มีวัสดุที่โดยทั่วไปกัดกร่อนเหล็กน้อยกว่า ซึ่งหมายความว่าการกัดกร่อนที่เป็นอันตรายนี้จะเกิดขึ้นในขณะที่พื้นผิวเหล็กที่เหลือไม่ได้รับผลกระทบ
- การป้องกัน SCC เป็นส่วนหนึ่งของปัญหาการออกแบบ ตัวอย่างเช่น การเลือกวัสดุที่ทนทานต่อ SCC ในสภาพแวดล้อมที่เตารีดทำงาน และการตรวจสอบให้แน่ใจว่าวัสดุที่เป็นเหล็กได้รับการทดสอบความเครียดอย่างเหมาะสมสามารถช่วยป้องกัน SCC ได้ นอกจากนี้ กระบวนการเสริมความแข็งแรงของเหล็กยังสามารถขจัดความเค้นตกค้างออกจากการออกแบบได้
- เป็นที่ทราบกันดีว่า SCC นั้นรุนแรงขึ้นด้วยอุณหภูมิสูงและการมีอยู่ของของเหลวที่ประกอบด้วยคลอไรด์ที่ละลายในน้ำ
วิธีที่ 2 จาก 3: การป้องกันการกัดกร่อนด้วยโซลูชันภายในบ้าน
ขั้นตอนที่ 1. ทาสีพื้นผิวเหล็ก
อาจเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปและราคาไม่แพงในการปกป้องเหล็กจากการผุกร่อนคือเพียงแค่เคลือบด้วยสีเคลือบ กระบวนการกัดกร่อนเกี่ยวข้องกับความชื้นและสารออกซิไดซ์ที่ทำปฏิกิริยากับพื้นผิวเหล็ก ด้วยวิธีนี้ หากเหล็กเคลือบด้วยเกราะป้องกันสี ความชื้นหรือสารออกซิไดซ์จะไม่สัมผัสกับตัวเหล็กเองและจะไม่เกิดการกัดกร่อน
- อย่างไรก็ตาม ตัวสีเองมีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพ ทาสีใหม่ทุกครั้งที่มีสิ่งบิ่น สึกหรอ หรือเสียหาย หากสีเสื่อมสภาพจนสัมผัสได้ ให้ตรวจสอบการสึกกร่อนหรือความเสียหายต่อเหล็กที่สัมผัส
-
มีหลายวิธีในการทาสีพื้นผิวโลหะ ช่างโลหะมักจะใช้วิธีเหล่านี้หลายวิธีเพื่อให้แน่ใจว่าวัตถุที่เป็นโลหะทั้งหมดได้รับการเคลือบอย่างทั่วถึง ด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างวิธีการบางส่วนพร้อมความคิดเห็นเกี่ยวกับการใช้งาน:
- แปรง - ใช้สำหรับพื้นที่ที่เข้าถึงยาก
- ลูกกลิ้ง – ใช้สำหรับคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ ถูกและง่าย
- สเปรย์ลม – ใช้สำหรับคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ เร็วกว่าแต่ไม่ง่ายเหมือนลูกกลิ้ง (เสียสี)
- สเปรย์สุญญากาศ/สเปรย์สุญญากาศไฟฟ้าสถิต – ใช้ครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ รวดเร็วและช่วยให้มีความหนา/บางสม่ำเสมอในระดับต่างๆ ไม่สิ้นเปลืองเหมือนน้ำฉีดทั่วไป อุปกรณ์ค่อนข้างแพง
ขั้นตอนที่ 2 ใช้สีน้ำทะเลสำหรับเหล็กที่สัมผัสน้ำ
วัตถุที่เป็นโลหะที่สัมผัสกับน้ำเป็นประจำ (หรือสม่ำเสมอ) เช่น เรือ ต้องใช้สีพิเศษเพื่อป้องกันความเป็นไปได้สูงที่จะเกิดการกัดกร่อน ในสถานการณ์เช่นนี้ การกัดกร่อน "ปกติ" ในรูปของการเกิดสนิมไม่ได้เป็นปัญหาเพียงอย่างเดียว (แม้ว่าจะมีขนาดค่อนข้างใหญ่) เนื่องจากสิ่งมีชีวิตในทะเล (เพรียง ฯลฯ) สามารถเติบโตได้บนเหล็กที่ไม่มีการป้องกันซึ่งอาจเป็นสาเหตุของการสึกหรอและ การกัดกร่อนเพิ่มเติม เพื่อป้องกันวัตถุที่เป็นโลหะ เช่น เรือและอื่นๆ ควรใช้สีทาทะเลอีพ็อกซี่คุณภาพสูง สีประเภทนี้ไม่เพียงแต่ปกป้องเหล็กจากความชื้น แต่ยังป้องกันการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตใต้ท้องทะเลบนพื้นผิวอีกด้วย
ขั้นตอนที่ 3 ใช้สารหล่อลื่นป้องกันกับชิ้นส่วนโลหะที่เคลื่อนที่
สำหรับพื้นผิวโลหะที่เรียบและคงที่ สีสามารถรักษาความชื้นและป้องกันการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมโดยไม่กระทบต่อความสามารถในการใช้งานของเตารีด อย่างไรก็ตาม สีมักไม่เหมาะสำหรับการเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนโลหะ ตัวอย่างเช่น หากคุณทาสีบนบานพับประตู เมื่อสีแห้ง มันจะยึดบานพับไว้ ซึ่งขัดขวางการเคลื่อนที่ของมัน หากคุณฝืนเปิดประตู สีจะแตก ปล่อยให้ความชื้นไปถึงเตารีด ทางเลือกที่ดีกว่าสำหรับชิ้นส่วนที่เป็นเหล็ก เช่น บานพับ ข้อต่อ เพลา และอื่นๆ คือการหล่อลื่นที่ไม่ละลายน้ำที่เหมาะสม สารหล่อลื่นที่เคลือบอย่างทั่วถึงนี้จะไล่ความชื้นในขณะที่ทำให้ชิ้นส่วนโลหะของคุณเคลื่อนที่ได้อย่างราบรื่นและง่ายดาย
เนื่องจากน้ำมันหล่อลื่นไม่แห้งในสถานที่เช่นสี จึงสามารถเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไปและต้องใช้ซ้ำเป็นประจำ ใช้สารหล่อลื่นซ้ำกับชิ้นส่วนโลหะเป็นระยะเพื่อให้แน่ใจว่ายังคงมีประสิทธิภาพในการซีลป้องกัน
ขั้นตอนที่ 4. ทำความสะอาดพื้นผิวโลหะให้สะอาดก่อนทาสีหรือหล่อลื่น
ไม่ว่าคุณจะใช้สีธรรมดา สีทาทะเล หรือสารหล่อลื่น/ซีลป้องกัน คุณควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าเตารีดของคุณสะอาดและแห้งก่อนเริ่มขั้นตอนการสมัคร ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเตารีดไม่มีสิ่งสกปรก จารบี รอยเชื่อม หรือการกัดกร่อนใดๆ ที่มีอยู่ เนื่องจากอาจทำให้สิ้นเปลืองความพยายามของคุณโดยจะทำให้เกิดการกัดกร่อนในอนาคต
- ดิน น้ำมัน และเศษวัสดุอื่นๆ อาจรบกวนสีและการหล่อลื่น โดยป้องกันไม่ให้สีหรือสารหล่อลื่นเกาะติดกับพื้นผิวโลหะโดยตรง ตัวอย่างเช่น หากคุณทาสีบนแผ่นเหล็กที่มีเศษเหล็กอยู่ด้านบน สีจะแห้งที่ด้านบนของการเจียร ทำให้เหลือพื้นที่ว่างในเตารีดที่อยู่ด้านล่าง ถ้าและเมื่อเครื่องเหลาตกลงมา ส่วนที่เปิดเผยจะไวต่อการกัดกร่อน
- หากทาสีหรือหล่อลื่นพื้นผิวเหล็กด้วยการกัดกร่อนที่มีอยู่แล้ว เป้าหมายของคุณควรทำให้พื้นผิวเรียบและเป็นปกติที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการยึดเกาะกับเหล็กได้ดีที่สุด ใช้แปรงลวด กระดาษทราย และ/หรือน้ำยาขจัดสนิมเคมีเพื่อขจัดการกัดกร่อนให้ได้มากที่สุด
ขั้นตอนที่ 5. เก็บผลิตภัณฑ์เหล็กที่ไม่มีการป้องกันให้ห่างจากความชื้น
ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น รูปแบบการกัดกร่อนส่วนใหญ่จะรุนแรงขึ้นด้วยความชื้น หากคุณไม่สามารถใช้สีเคลือบหรือซีลป้องกันกับเตารีดได้ คุณควรระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าเตารีดจะไม่โดนความชื้น การพยายามทำให้เครื่องมือเหล็กที่ไม่มีการป้องกันแห้งสามารถเพิ่มประโยชน์และยืดอายุการใช้งานได้ หากเตารีดของคุณโดนน้ำหรือความชื้น ควรทำความสะอาดและเช็ดให้แห้งทันทีหลังการใช้งาน เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการกัดกร่อน
นอกจากการตรวจสอบการสัมผัสกับความชื้นขณะใช้งานแล้ว อย่าลืมเก็บวัตถุที่เป็นโลหะไว้ในที่ร่ม ในที่ที่สะอาดและแห้ง สำหรับของชิ้นใหญ่ที่ไม่สามารถใส่ในตู้หรือตู้ได้ ให้คลุมด้วยผ้า ช่วยไล่ความชื้นจากอากาศและป้องกันฝุ่นสะสมบนพื้นผิว
ขั้นตอนที่ 6 ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวโลหะสะอาดที่สุด
หลังจากใช้วัตถุที่เป็นโลหะทุกครั้ง ไม่ว่าโลหะนั้นจะทาสีหรือไม่ก็ตาม ให้ทำความสะอาดพื้นผิวที่ใช้งานได้ ขจัดสิ่งสกปรก จารบี หรือฝุ่น การสะสมของสิ่งสกปรกบนผิวโลหะสามารถส่งผลต่อการสึกหรอของเหล็กและ/หรือสารเคลือบป้องกัน ซึ่งนำไปสู่การกัดกร่อนเมื่อเวลาผ่านไป
วิธีที่ 3 จาก 3: ป้องกันการกัดกร่อนด้วยโซลูชันเคมีไฟฟ้าขั้นสูง
ขั้นตอนที่ 1 ใช้กระบวนการชุบสังกะสี
เหล็กชุบสังกะสีเป็นเหล็กที่เคลือบด้วยสังกะสีบางๆ เพื่อป้องกันการกัดกร่อน สังกะสีมีฤทธิ์ทางเคมีมากกว่าธาตุเหล็กที่อยู่เบื้องล่าง ดังนั้นจึงออกซิไดซ์เมื่อสัมผัสกับอากาศ เมื่อชั้นสังกะสีถูกออกซิไดซ์ จะก่อตัวเป็นชั้นป้องกัน ป้องกันการกัดกร่อนของเหล็กที่อยู่เบื้องล่าง การชุบสังกะสีแบบที่พบบ่อยที่สุดในปัจจุบันคือกระบวนการที่เรียกว่าการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน (hot dip galvanization) ซึ่งชิ้นส่วนของเหล็ก (โดยปกติคือเหล็กกล้า) ถูกจุ่มลงในสังกะสีหลอมเหลวร้อนเพื่อให้ได้การเคลือบที่สม่ำเสมอ
-
กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการจัดการสารเคมีทางอุตสาหกรรม ซึ่งบางชนิดมีอันตรายที่อุณหภูมิห้อง ที่อุณหภูมิสูงมาก และไม่ควรดำเนินการโดยใครนอกจากผู้เชี่ยวชาญที่ผ่านการฝึกอบรม ด้านล่างนี้เป็นขั้นตอนพื้นฐานของกระบวนการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนสำหรับเหล็ก:
- ทำความสะอาดเหล็กด้วยสารละลายร้อนเพื่อขจัดสิ่งสกปรก น้ำมัน สี ฯลฯ แล้วล้างออกให้สะอาด
- เหล็กถูกแช่ในกรดเพื่อขจัดคราบตะกรัน แล้วล้างออก
- วัสดุที่เรียกว่า "ฟลักซ์" ถูกนำไปใช้กับเหล็กและปล่อยให้แห้ง ซึ่งจะช่วยให้ชั้นสังกะสีสุดท้ายยึดติดกับเหล็กได้
- เหล็กถูกแช่ในสังกะสีร้อนและปล่อยให้อุณหภูมิสังกะสีถึง
- เหล็กถูกทำให้เย็นลงใน "ถังทำความเย็น" ที่เต็มไปด้วยน้ำ
ขั้นตอนที่ 2 ใช้ขั้วบวกบูชายัญ
วิธีหนึ่งในการปกป้องวัตถุที่เป็นเหล็กจากการกัดกร่อนคือการติดโลหะปฏิกิริยาขนาดเล็กที่เรียกว่า "ขั้วบวกเสียสละ" ด้วยไฟฟ้า เนื่องจากความสัมพันธ์ทางไฟฟ้าเคมีระหว่างตัวเหล็กที่ใหญ่กว่าและตัวทำปฏิกิริยาขนาดเล็ก (ซึ่งอธิบายสั้น ๆ ด้านล่าง) เฉพาะเหล็กขนาดเล็กและปฏิกิริยาจะเกิดการกัดกร่อน ทำให้เหล็กขนาดใหญ่และที่สำคัญไม่เสียหาย เมื่อขั้วบวกบูชายัญกัดกร่อนจนหมด จะต้องเปลี่ยนใหม่ มิฉะนั้นเหล็กที่มีขนาดใหญ่กว่าจะสึกกร่อน วิธีการป้องกันการกัดกร่อนนี้มักใช้สำหรับโครงสร้างที่ฝังไว้ เช่น ถังเก็บใต้ดิน หรือวัตถุที่สัมผัสกับน้ำตลอดเวลา เช่น เรือ
- แอโนดบูชายัญทำจากเหล็กปฏิกิริยาหลายชนิด สังกะสี อะลูมิเนียม และแมกนีเซียมเป็นเตารีดทั่วไปสามชนิดที่ใช้เพื่อการนี้ เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของวัสดุเหล่านี้ สังกะสีและอะลูมิเนียมจึงมักใช้สำหรับวัสดุที่เป็นเหล็กในน้ำเกลือ ในขณะที่แมกนีเซียมจะเหมาะสมกว่าสำหรับการใช้น้ำจืด
- สามารถใช้แซคริฟิเชียลแอโนดได้เนื่องจากกระบวนการทางเคมีของการกัดกร่อนนั่นเอง เมื่อวัตถุที่เป็นเหล็กสึกกร่อน บริเวณที่มีลักษณะทางเคมีคล้ายกับแอโนดและแคโทดในเซลล์ไฟฟ้าเคมีจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติ อิเล็กตรอนไหลจากขั้วบวกที่ผิวเหล็กไปยังอิเล็กโทรไลต์โดยรอบ เนื่องจากแอโนดบูชายัญจะมีปฏิกิริยาตอบสนองสูงเมื่อเทียบกับเหล็กที่ได้รับการปกป้อง ตัววัตถุเองจึงกลายเป็นแคโทดิกสูงเมื่อเปรียบเทียบ ดังนั้น อิเล็กตรอนจึงไหลออกจากแอโนดบูชายัญ ทำให้เกิดการกัดกร่อน แต่ไม่ใช่ส่วนที่เหลือของเหล็ก
ขั้นตอนที่ 3 ใช้ “กระแสประทับใจ”
เนื่องจากกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าที่อยู่เบื้องหลังการกัดกร่อนของเหล็กเกี่ยวข้องกับการไหลของไฟฟ้าในรูปของอิเล็กตรอนที่ไหลออกจากเหล็ก จึงเป็นไปได้ที่จะใช้แหล่งกระแสไฟฟ้าภายนอกเพื่อควบคุมการไหลของการกัดกร่อนและป้องกันการกัดกร่อน กระบวนการนี้ (เรียกว่า “กระแสประทับใจ”) เป็นประจุเหล็กที่เป็นลบอย่างต่อเนื่องบนเหล็กที่ได้รับการป้องกัน ประจุนี้ท่วมท้นการไหลทำให้อิเล็กตรอนไหลออกจากเหล็กป้องกันการกัดกร่อน การป้องกันประเภทนี้มักใช้สำหรับโครงสร้างเหล็กฝัง เช่น ถังเก็บและท่อ
- โปรดทราบว่าประเภทของกระแสไฟฟ้าที่ใช้สำหรับระบบป้องกันกระแสประทับใจมักจะเป็นกระแสตรง (DC)
- โดยปกติ กระแสประทับใจที่ป้องกันการกัดกร่อนจะถูกสร้างขึ้นโดยการฝังขั้วบวกเหล็กสองอันในพื้นดินใกล้กับวัตถุโลหะที่มีการป้องกัน กระแสไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านลวดฉนวนที่ขั้วบวก จากนั้นจะไหลผ่านพื้นดินและเข้าสู่วัตถุที่เป็นโลหะ ไฟฟ้าไหลผ่านวัตถุที่เป็นเหล็กแล้วกลับสู่แหล่งกำเนิดไฟฟ้า (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า วงจรเรียงกระแส ฯลฯ) ผ่านสายไฟที่เป็นฉนวน
ขั้นตอนที่ 4. ใช้อโนไดซ์
อโนไดซ์เป็นชั้นป้องกันพื้นผิวพิเศษที่ใช้เพื่อป้องกันเหล็กจากการกัดกร่อน หากคุณเคยเห็นคาราไบเนอร์เหล็กสีอ่อน คุณเคยเห็นพื้นผิวเหล็กชุบอะโนไดซ์ที่มีสี แทนที่จะใช้การเคลือบป้องกันทางกายภาพ เช่น สี การชุบอโนไดซ์จะใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อให้เหล็กมีชั้นป้องกันที่ป้องกันการกัดกร่อนเกือบทุกรูปแบบ
- กระบวนการทางเคมีที่อยู่เบื้องหลังอโนไดซ์เกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าเตารีดจำนวนมาก เช่น อลูมิเนียม เกิดผลิตภัณฑ์เคมีที่เรียกว่าออกไซด์ตามธรรมชาติเมื่อสัมผัสกับออกซิเจนในอากาศ ซึ่งส่งผลให้เหล็กตามปกติมีชั้นออกไซด์บางๆ ที่ปกป้อง (ในองศาที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับเหล็ก) จากการกัดกร่อนเพิ่มเติม กระแสไฟฟ้าที่ใช้ในกระบวนการอโนไดซ์มักจะสร้างออกไซด์ที่หนาขึ้นบนพื้นผิวของเหล็กมากกว่าปกติ จึงป้องกันการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม
-
มีหลายวิธีในการบริจาคธาตุเหล็ก ด้านล่างนี้คือขั้นตอนพื้นฐานของกระบวนการชุบผิวแบบใดแบบหนึ่ง ดูข้อมูลเพิ่มเติมที่ How to Anodize Aluminium
- อะลูมิเนียมทำความสะอาดและขจัดคราบน้ำมันแล้ว
- สิ่งเจือปนบนพื้นผิวอลูมิเนียมจะถูกลบออกด้วยสารละลายขจัดคราบสกปรก
- อะลูมิเนียมวางอยู่ในอ่างกรดที่มีกระแสและอุณหภูมิคงที่ (เช่น 12 แอมป์/ตารางฟุต และ 70-72 องศาฟาเรนไฮต์ (21-22 องศาเซลเซียส)
- อลูมิเนียมจะถูกลบออกและล้าง
- เลือกใช้อลูมิเนียมในสีย้อมที่ 100-140 องศาฟาเรนไฮต์ (38-60 องศาเซลเซียส)
- อลูมิเนียมถูกปิดผนึกโดยการแช่ในน้ำเดือดเป็นเวลา 20-30 นาที
ขั้นตอนที่ 5. ใช้เตารีดแบบพาสซีฟ
ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น เหล็กบางชนิดจะสร้างชั้นป้องกันออกไซด์ตามธรรมชาติเมื่อสัมผัสกับอากาศ เหล็กบางชนิดก่อตัวเป็นชั้นออกไซด์นี้อย่างมีประสิทธิภาพจนไม่มีปฏิกิริยาทางเคมี เรากล่าวว่าธาตุเหล็กนั้น “แฝงอยู่” โดยอ้างอิงถึงกระบวนการ “เฉื่อย” ซึ่งเหล็กจะมีปฏิกิริยาน้อยลง วัตถุที่เป็นเหล็กแบบพาสซีฟอาจไม่จำเป็นต้อง “ป้องกัน” เพิ่มเติมเพื่อให้ทนทานต่อการกัดกร่อน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการใช้งาน
-
ตัวอย่างหนึ่งที่รู้จักกันดีของเหล็กแบบพาสซีฟคือเหล็กกล้าไร้สนิม เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นโลหะผสมทั่วไปของเหล็กและโครเมียมที่ต้านทานการกัดกร่อนภายใต้สภาวะส่วนใหญ่โดยไม่ต้องมีการป้องกัน สำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวันส่วนใหญ่ เหล็กกล้าไร้สนิมมักไม่เกี่ยวกับการกัดกร่อน
อย่างไรก็ตาม ต้องบอกว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการ เหล็กกล้าไร้สนิมไม่สามารถทนต่อการกัดกร่อนได้ 100% ตัวอย่างเช่น ในน้ำเกลือ ในทำนองเดียวกัน เตารีดแบบพาสซีฟจำนวนมากจะไม่ทำงานภายใต้สภาพอากาศที่รุนแรง จึงไม่เหมาะกับการใช้งานทุกประเภท
เคล็ดลับ
- ระวังการกัดกร่อนระหว่างแกรนูล สิ่งนี้ส่งผลต่อความสามารถในการขึ้นรูปหรือจัดการของเหล็ก และลดความแข็งแรงโดยรวมของเหล็ก
- American Boat and Yacht Council แนะนำให้ผูกเรือ อย่างไรก็ตาม ไม่ควรรัดเรืออะลูมิเนียมและเหล็กกล้าเพื่อป้องกันไม่ให้เหล็กเป็นสนิม
คำเตือน
- ห้ามทิ้งชิ้นส่วนโลหะที่สึกกร่อนอย่างรุนแรงในยานพาหนะหรือเรือ ระดับของการกัดกร่อนจะแตกต่างกันไป แต่การกัดกร่อนใดๆ อาจบ่งบอกถึงความเสียหายเชิงโครงสร้างอย่างร้ายแรง เพื่อความปลอดภัย ให้เปลี่ยนหรือขจัดสัญญาณการกัดกร่อนของเหล็กทั้งหมด
- เมื่อใช้ขั้วบวกบูชายัญอย่าทาสี นั่นจะทำให้อิเล็คตรอนไม่สามารถผ่านเข้าไปในสภาพแวดล้อมได้ โดยกำจัดพลังป้องกันการกัดกร่อนของอิเล็กตรอนออกไป