การกัดกร่อนของโลหะ

ปัจจุบัน เรามีการใช้เหล็กเป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับงานต่าง ๆ มากมาย ซึ่งข้อพิจารณาในการเลือก ใช้ผลิตภัณฑ์เหล็ก นอกจากจะดูที่ความแข็งแรง ความเหนียว (Toughness) ความสามารถใน การขึ้นรูปและความสามารถในการเชื่อมประกอบแล้ว เรายังต้องพิจารณาถึงความต้านทานการกัดกร่อนด้วย เพื่อให้ใช้งานเหล็กได้อย่าง คุ้มค่า ลดความจำเป็นในการซ่อมบำรุง และมั่นใจ ในความปลอดภัย เช่น อุตสาหกรรม อาหาร การขนส่งเชื้อเพลิงโดยท่อเหล็ก เป็นต้น

1. การกัดกร่อนแบบสม่ำเสมอ (Uniform Corrosion)

เป็นการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นเนื่องจากโลหะสัมผัสกับสิ่งแวดล้อม โดยอัตราการสูญเสียของเนื้อ
โลหะที่บริเวณต่าง ๆ จะใกล้เคียงกัน ทำให้สามารถวัดอัตราการกัดกร่อน และออกแบบการบำรุง รักษาตามช่วงระยะเวลาได้

2. การกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์ (Galvanic Corrosion)

เช่น เมื่อโลหะ 2 ชนิดที่ต่างกันมาเชื่อมต่อกันจะเกิดความต่างศักย์ขึ้นทำให้เกิดการไหลของ อิเล็กตรอนระหว่างโลหะทั้งสองโลหะที่ต้านทานการกัดกร่อนได้น้อยกว่าจะเป็น อาโนด โลหะที่ ต้านทานการกัดกร่อนได้มากกว่าทำหน้าที่เป็นคาโธด

โดยระดับการกัดกร่อน ขึ้นกับสภาพสิ่งแวดล้อมที่โลหะทั้งสองสัมผัส ระยะห่าง จากรอยต่อ (การกัดกร่อนแบบกัลวานิค จะรุนแรงที่สุดบริเวณใกล้รอยต่อระหว่าง โลหะทั้งสองและอัตราการกัดกร่อนจะลดลงเมื่อระยะห่างจากรอยต่อนั้นเพิ่มขึ้น) สัดส่วน พื้นที่ของคาโธดต่อพื้นที่ของ อาโนด (ยิ่งสัดส่วนดังกล่าวมากความรุนแรงของ การกัดกร่อนที่อาโนด ก็จะยิ่งสูงขึ้น)

3. การกัดกร่อนแบบช่องแคบ (Crevice Corrosion)

เป็นการกัดกร่อนเฉพาะบริเวณ (Localized Corrosion) แบบหนึ่ง มักเกิดขึ้นบริเวณ ช่องแคบหรือ รอยแยกของโลหะที่สัมผัสกับสารละลายที่สามารถแตกตัวเป็นประจุไฟฟ้า (Electrolyte) ได้ การกัดกร่อนแบบนี้สามารถเกิดขึ้นได้แม้โลหะ สัมผัสกับ อโลหะ เช่น Rubber Gasket อัตราการกัดกร่อนในช่องแคบจะสูงกว่าของเนื้อโลหะโดยรวม(Bulk) นอกจากนี้การกัดกร่อนแบบช่องแคบ มักเกิดกับโลหะที่โลหะผสมที่ ผิวเป็น passive เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม

4. การกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (Pitting)

เป็นการกัดกร่อนเฉพาะที่ (Localized Attack) อีกแบบหนึ่ง การกัดกร่อนแบบนี้ ทำให้เกิดความเสียหายได้ แม้สูญเสียน้ำหนักโลหะเพียงเล็กน้อย แต่เป็นอันตราย เพราะมักเป็นการเสียหายแบบ ฉับพลัน โดยจะทะลุเป็นรู และยากที่จะตรวจหา เพราะขนาดเล็ก และอาจถูกปกคลุมด้วย ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อน (Corrosion Product) การกัดกร่อน แบบเป็นหลุมมักจะเกิดกับโลหะ ที่ผิวเป็น passive ซึ่งจะทำให้ มีแรงขับ (driving force) ที่จะทำให้เกิดกระแสการกัดกร่อน ไหลไปในหลุมสูง ถ้าผิวภายนอก active ก็จะขาดแรง ขับต่อการเกิดการกัดกร่อนกัดแบบหลุม การกัดกร่อนแบบหลุมจะพบบ่อยในสารละลาย ที่มีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบ เช่น น้ำทะเล

5. การกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular Corrosion)

โดยปกติการกัดกร่อนบริเวณขอบเกรน (Grain Boundary) จะเกิดได้ดีกว่าที่โลหะพื้น (Matrix) เล็กน้อย แต่ในบางสภาวะการกัดกร่อนบริเวณขอบเกรนจะไวมาก เช่น ปัญหาที่พบบ่อยของการ กัดกร่อนแบบนี้ในเหล็กกล้าไร้สนิม คือ บริเวณรอยเชื่อมของ เหล็กกล้าไร้สนิมที่เกิดการสูญเสีย โครเมี่ยมในรูปของคาร์ไบด์ (Cr23C6) ทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบนี้ ในบริเวณใกล้แนวเชื่อม เนื่องจากขาดโครเมี่ยมสำหรับการสร้างฟิล์ม โครเมี่ยมออกไซด์ ที่แน่นและป้องกันเนื้อเหล็ก

6. การผุกร่อนแบบเลือก (Selective Leaching or Dealloying)

การผุกร่อนแบบเลือกจะเกิดกับโลหะผสมที่ธาตุหนึ่งเสถียรกว่าอีกธาตุหนึ่งเมื่อสัมผัสกับ
บรรยากาศ เช่น

• การผุกร่อนแบบ Dezincification ของทองเหลือง (ทองแดงผสมสังกะสี) ที่สังกะสีจะถูก ละลายออกไป เหลือไว้เหลือแต่ทองแดงที่เป็นรูพรุน ซึ่งแม้ว่ารูปทรงจะเหมือนเดิม แต่ความแข็งแรงจะลดลง ปัญหาดังกล่าวสามารถลดลงได้ โดยการเติมดีบุกประมาณ 1% ลงในทองเหลือง
• Graphitization ของเหล็กหล่อเทา คือ การผุกร่อนที่เกิดขึ้นเนื่องจากเหล็ก (อาโนด) ผุกร่อนไป เหลือตาข่ายกราไฟต์ลักษณะแผ่น (Graphite Flake) ที่เป็นคาโธดไว้ ทำให้โครง สร้างเหล็กหล่อเทาสูญเสียความแข็ง การแก้ปัญหาทำโดยการใช้เหล็กหล่อ กราไฟต์กลม หรือ เหล็กหล่ออบเหนียว (Malleable Cast Iron) แทน

การกัดเซาะ (Erosion Corrosion)

เป็นการกัดกร่อนที่เกิดจากทั้งทางเคมีและทางกล เช่น ในท่อส่งสารละลายที่กัดกร่อน ซึ่งอาจมี สารแขวนลอยของแข็งผสม การกัดกร่อนแบบนี้จะถูกเร่งด้วยการชนของอนุภาค ซึ่งอาจทำให้ เนื้อโลหะหลุดออก หรือแค่ทำให้ออกไซด์แน่นที่ปกป้องผิวหลุดออก เปิดให้เนื้อโลหะถูกกัด กร่อนง่ายขึ้น

8. Stress corrosion

เป็นการกัดกร่อนที่เกิดโดยความเค้นและสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน โดยสภาพความเค้นของ โลหะอาจเกิดจากความเค้นภายในเหลือค้าง (Residual internal stress) เช่น จากการขึ้นรูปเย็น (Cold forming) ซึ่งสามารถแก้ไขได้โดยทำการอบอ่อน (Annealing) หลังการขึ้นรูป, การเย็นตัวอย่างไม่สม่ำเสมอจากอุณหภูมิสูง เป็นต้น หรืออาจเกิดจาก ความเค้นจากภายนอก เช่น การสั่นสะเทือน, การรับการดัดโค้ง, ผลของความร้อน (ขยายตัวหรือหดตัว) เป็นต้น