การทดลองที่ 5 การทดสอบการกัด...

of 24 Galvanic corrosion & Salt spray test สาขาวิชาวิศวกรรมโลหการ พรวสา วงศ์ปัญญา ภาคการศึกษาที่ 3/2555

การทดลองที่ 5 การทดสอบการกัดกร่อนแบบกัลวานิก และการทดสอบความทนละอองน ้าเกลือ

(Galvanic Corrosion Test and Salt Spray Testing)

1. การทดสอบการกัดกร่อนแบบกัลวานิก 1.1 จุดประสงค์การทดลอง เ พ่ื อศึ กษาก า รกั ดก ร่ อนขอ ง โ ลหะต่ า ง ชนิ ดที่ สั ม ผั ส กั น โ ดยจุ่ ม แช่ อยู่ ใ น ส าร ล ะล าย น้้าเกลือท่ีมีสารละลายกรดเกลือละลายผสมอยู่ด้วย 1.2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง (1-7) การกัดกร่อนของโละ คือ การสูญเสียเนื้อโลหะโดยการเกิดปฏิกิริยาเคมี กับสิ่งแวดล้อม อาจเป็นปฏิกิริยาทางเคมี หรือปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมี (Electrochemical reaction) การกัดกร่อนเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอย่างหนึ่ง กล่าวคือ สินแร่ต่าง ๆ ที่มีอยู่บนพ้ืนโลกเป็นสภาพที่มีเสถียรภาพอยู่แล้ว เมื่อน้าสินแร่เหล่านี้มาถลุงให้ได้เนื้อโลหะบริสุทธิ์ท้าให้โลหะอยู่ในสภาวะไม่มีเสถียรภาพมากขึ้น โลหะที่ไม่มีเสถียรภาพจะพยายามกลับคืนสู่สภาพเดิม คือสินแร่ตามธรรมชาติที่มีเสถียรภาพสูงกว่า ซึ่งก็คือกระบวนการกัดกร่อน จึงต้องใช้ความพยายามในการที่จะรักษาสภาพของโลหะเหล่านี้ให้เสื่อมสภาพเพราะการกัดกร่อนน้อยที่สุดและมีอายุการใช้งานนาน การกัดกร่อนของโลหะ (Corrosion of metal) สามารถเกิดได้เมื่อครบสี่องค์ประกอบของ เซลล์การกัดกร่อน (Corrosion cell) ดังแสดงในรูปที่ 1 คือ -แอโนด (Anode) -แคโทด (Cathode) -อิเลคโตรไลต์ (Electrolyte) -ตัวกลางในการถ่ายเทอิเลคตรอน หรือให้กระแสไฟฟ้าไหลระหว่างขั้วแอโนด และขั้วแคโทด (Metallic path)

รูปที่ 1 องค์ประกอบของเซลล์การกัดกร่อน (2)


แอโนด คือ ขั้วโลหะที่เกิดการสูญเสียเนื้อโลหะเนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation reaction) จัดเป็นขั้วลบในเซลล์ไฟฟ้าเคมี อิเลคตรอน ถูกปลดปล่อยจากขั้วแอโนดละลายในสารละลายอิเลคโตรไลต์แล้วเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางเข้าสู่ขั้วแคโทด แคโทด คือ ขั้วโลหะที่ท้าหน้าที่ในการรับอิเลคตรอน ที่จัดเป็นขั้วบวกในเซลล์ไฟฟ้าเคมี สารละลายอิเลคโตรไลต์ คือ สารที่ละลายในตัวท้าละลายแล้วแตกตัวเป็นไอออน แล้ว ท้าให้สามารถน้าไฟฟ้าได ้แบ่งเป็น - สารละลายอิเลคโตรไลต์แก่ (Strongly electrolytic solution) คือ สารที่ละลายในตัวท้าละลายแล้วแตกตัวเป็นไอออนได้ดีมาก หรือ แตกตัวได้หมด ท้าให้มีสภาพน้าไฟฟ้าได้ดีมาก ได้แก่สารละลายของกรดแก่ เบสแก่ และสารละลายของเกลือไอออนิก เช่น กรดซัลฟูริค (H2SO4) กรดไนตริค (HNO3) กรดไฮโดรคลอริค (HCl) โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) และ โพแทสเซียมไนเตรท (KNO3) ตามล้าดับ เป็นต้น - สารละลายอิเลคโตรไลต์อ่อน (Weakly electrolytic solution) คือ สารที่ละลายในตัวท้าละลายแล้วแตกตัวเป็นไอออนได้บางส่วนหรือแตกตัวได้น้อย ท้าให้น้าไฟฟ้าได้น้อย ได้แก่สารละลายของกรดอ่อน และเบสอ่อน เช่น กรดไฮโดรฟลูออริค (HF) กรดไฮโดรเจนไซยาไนด์ (HCN) และแอมโมเนียมไซยาไนด์ (NH4CN) ตามล้าดับ เป็นต้น การกัดกร่อนของโลหะโดยส่วนใหญ่เป็นการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ (Redox reaction) คือ มีทั้งครึ่งเซลล์ที่ท้าหน้าที่ในการให้อิเลคตรอน ซึ่งเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation reaction) และอีกครึ่งเซลล์ที่ท้าหน้าที่ในการับอิเลคตรอนซึ่งเกิดปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction reaction) ตัวอย่างการกัดกร่อนที่เกิดข้ึนในเหล็ก แบ่งเป็นขั้นตอนได้ดังนี้ ครึ่งเซลล์ที่เกิดการสูญเสียอิเลคตรอน:

eaqFesFe 8)(4)(4 2 (1) ครึ่งเซลล์ที่เกิดการรับอิเลคตรอน: ในอากาศธรรมชาติมีก๊าซออกซิเจน และไอน้้าเป็นตัวออกซิไดซ์ท้าหน้าที่ในการรับอิเลคตรอนดังสมการ

2 22 ( ) 4 ( ) 8 8 ( )O g H O l e OH aq (2)

2Fe จากสมการ (1) รวมกับ OH จาก (2) ได ้

2

24 ( ) 8 ( ) 4 ( ) ( )Fe aq OH aq Fe OH aq (3)


24 ( )Fe OH รวมกับออกซิเจนในอากาศ 2( )O อีกจึงได้สนิมเหล็กดังสมการ 2 2 2 3 2 24 ( ) ( ) ( ) 2 ( ) 2Fe OH s O g Fe O H O s H O (4) โดย 2 3 22 ( )Fe O H O s คือ สนิมเหล็ก เพ่ือให้เกิดความเข้าใจเกี่ยวกับปฏิกิริยารีดอกซ์ พิจารณาปฏิกิริยาเคมีกับการถ่ายโอนอิเลคตรอนดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 การเกิดปฏิกิริยาระหว่างแท่งสังกะสี และประจุของทองแดงในสารละลายคอบเปอร์ซัลเฟต (4) ตัวอย่าง จุ่มแท่งสังกะสีในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต (CuSO4) มีสีฟ้าพบว่าแท่งสังกะสีมีสารสีแดงเกาะ ส่วนสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตมีสีจางลง แสดงว่ามีปฏิกิริยาเกิดขึ้นระหว่างแท่งสังกะสี และประจุของทองแดง (Cu+) ในสารละลายคอบเปอร์ซัลเฟต ในทางกลับกัน เมื่อจุ่มแท่งโลหะทองแดงในสารละลายซิงค์ซัลเฟต (ZnSO4) จะไม่พบการเปลี่ยนแปลง อธิบายได้ว่าในกรณีแรกเกิดการถ่ายโอนอิเลคตรอน (ในขณะที่กรณีท่ีสองไม่เกิดการถ่ายโอนอิเลคตรอน) ดังสมการต่อไปนี้

2( ) ( ) 2Zn s Zn aq e Oxidation reaction (5)

2 ( ) 2 ( )Cu aq e Cu s Reduction reaction (6) สรุปโดยย่อ คือ


- เมื่อจุ่มโลหะลงในสารละลายโลหะไอออนแล้วเกิดปฏิกิริยา แสดงว่ามีการถ่ายโอนอิเลคตรอนโดย ฝ่ายที่สูญเสียอิเลคตรอนเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน สังเกตได้ว่าแท่งโลหะกร่อนลงเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป - โลหะไอออนในสารละลายเป็นฝ่ายรับอิเลคตรอนเกิดปฏิกิริยารีดักชัน ประเภทของการกัดกร่อน มีหลายประเภทด้วยกัน คือ 1. เซลล์กัลวานิก (Galvanic cell) ที่เกิดจากการที่มีโลหะตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปมาสัมผัสกัน โดยจุ่มแช่อยู่ในสารละลายอิเลคโตรไลต์ ตัวอย่างเช่น เหล็ก และทองแดงจุ่มอยู่ในสารละลายอิเลคโตรไลต์ดังรูปที่ 3 แท่งทองแดงที่มีเสียรภาพมากกว่าท้าหน้าที่รับอิเลคตรอน (ข้ัวแคโทด) และเหล็กที่ว่องไวกว่าท้าหน้าที่ให้อิเลคตรอนจะเกิดการกัดกร่อน ส่วนกระแสไฟฟ้าจะไหลในทิศทางตรงกันข้ามกับอิเลคตรอน คือ ไหลจากแท่งเหล็กไปยังแท่งทองแดง

รูปที่ 3 เซลล์การกัดกร่อนแบบกัลวานิก (2) อย่างไรก็ตาม โลหะที่ใช้ท้าชิ้นส่วนในงานวิศวกรรมต่างๆ มีโลหะผสมมากกว่าสองชนิดขึ้นไป และโครงสร้างจุลภาคของโลหะเองก็ไม่ได้มีเพียงเฟส หรือองค์ประกอบเดียว ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่เกิดการกัดกร่อนได้เองแม้ไม่ได้สัมผัสกับแท่งโลหะอ่ืน เพียงแต่อัตราการกัดกร่อนจะช้าหรือเร็ว 2. เซลล์ความเข้มข้น (Concentration cell) เหมือนกับเซลล์กัลวานิก คือ มีแท่งโลหะชนิดเดียวกันจุ่มแช่อยู่ในสารละลายอิเลคโตรไลต์ที่มีความเข้มข้นไม่สม่้าเสมอ (Heterogeneous electrolyte) ตัวอย่างการเกิดเซลล์ความเข้มข้นได้แก่ การกัดกร่อนของท่อในดิน (Corrosion of a pipe in the soil) โดยเซลล์ความเข้มข้นเกิดได้จาก -การเปลี่ยนแปลงปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่ในดิน -ปริมาณความชื้นที่ปรากฏในดิน


-ความแตกต่างของส่วนผสม หรือส่วนประกอบของดิน การกัดกร่อนโดยเกิดจากเซลล์ความเข้มข้นกรณีของท่อที่ถูกฝังใต้ดินนี้แสดงดังรูปที่ 4 โดยบริเวณท่ีมีความเข้มข้นของตัวแปรดังกล่าวข้างต้นสูงจะแสดงตัวเป็นขั้วแอโนด และเกิดการกัดกร่อนขึ้น ส่วนบริเวณท่ีมีความเข้มข้นต่้าจะแสดงตัวเป็นขั้วแคโทด

รูปที่ 4 การเกิดเซลล์ความเข้มข้นของท่อที่ถูกฝังอยู่ใต้ดิน (2)

รูปที่ 5 เซลล์อิเลคโตรไลต์ (2) 3. เซลล์อิเลคโตรไลต์ (Electrolytic cell) เซลล์นี้เกิดได้เมื่อป้อนกระแสไฟฟ้าจากภายนอกเข้าสู่ระบบ โดยระบบอาจประกอบด้วยเซลล์กัลวานิก (โลหะต่างชนิดสัมผัสกัน) หรือเซลล์ความเข้มข้นร่วมกับกระแสไฟฟ้าจากภายนอก การจัดเซลล์อิเลคโตรไลต์แสดงดังรูปที่ 5 หรืออาจกล่าวอีกนัยหนึ่งได้ว่า เป็นอุปกรณ์หรือเซลล์ที่ท้าหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี (ซึ่งตรงกันข้ามกับเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ท้าหน้าที่ในการเปลี่ยนพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานไฟฟ้า) 4. เซลล์ที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิ (Differential temperature cells) (5)


ในขณะที่เซลล์ความเข้มข้น ที่หมายถึง ความชื้น และปริมาณออกซิเจน ท้าหน้าที่หลักในการเกิดการกัดกร่อนในดิน และแหล่งน้้าตามธรรมชาติ นอกจากนี้ยังมีเซลล์ชนิดอ่ืนๆ ที่พบเห็นได้ในสภาพการใช้งานจริงของชิ้นส่วนทางวิศวกรรม เช่น ในท่อส่งก๊าซ ดังแสดงในรูปที่ 1 ก๊าซถูกอัดส่งมาจากสถานี (Compressor station) ที่มีอุณหภูมิสูงกว่าท่อที่ถูกฝังอยู่ใต้ดิน ซึ่งท่อที่ถูกฝังอยู่ใต้ดินเมื่อสัมผัสกับดินก็จะท้าให้เกิดการส่งผ่านความร้อนจากท่อไปยังดิน ท้าให้มีความต่างของอุณหภูมิเกิดขึ้น ณ บริเวณดังกล่าว และจากหลักของเซลล์ความเข้มข้นนี้เองจึงท้าให้เกิดการกัดกร่อนขึ้น และเรียกการกัดกร่อนชนิดนี้ว่า Thermogalvanic corrosion โดยมีรายละเอียดของเซลล์การกัดกร่อนเป็นดังนี้ -บริเวณท่อที่มีอุณหภูมิสูง (Hot pipe) อยู่ใกล้สถานีส่งก๊าซ เป็นแอโนด -บริเวณท่อที่มีอุณหภูมิต่้า (Cooler pipe) ที่ถูกฝังอยู่ในดิน เป็นแคโทด -ดินท้าหน้าที่เป็นอิเลคโตรไลต์ -ท่อท้าหน้าที่เป็นตัวเชื่อมวงจร หรือที่เรียกว่า Connecting path

รูปที่ 6 เซลล์ความเข้มข้นที่เกิดจากความต่างของอุณหภูมิ (5) การวัดศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน และการพิจารณาการกัดกร่อน การกัดกร่อนสามารถพิจารณาเบื้องต้นได้จากค่าแรงขับเคลื่อนทางไฟฟ้า (Electromotive force, EMF) กล่าวคือ หากมีโลหะสองชนิดมาสัมผัสกัน และมีองค์ประกอบของเซลล์การกัดกร่อนครบ คือ ขั้วหนึ่งแสดงตนเป็นแอโนด อีกข้ัวเป็นแคโทด มีสารละลายอิเลคโตรไลต์ และส่วนที่ท้าหน้าที่ในการส่งผ่านอิเลคตรอน หากต้องการทราบว่าโลหะชนิดใดเกิดการกัดกร่อน สามารถพิจารณาได้จากค่า EMF ดังแสดงในตารางที่ 1 ซึ่งแสดงศักย์ไฟฟ้าครึ่งเซลล์รีดักชันที่มาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส และความดัน 1 บรรยากาศ) กล่าวคือ หากมีโลหะสองชนิดมาสัมผัสกัน เช่น ทองแดง และเหล็ก จากตารางพบว่า มีค่าศักย์ไฟฟ้าครึ่งเซลล์รีดักชันที่มาตรฐานเท่ากับ 0.518 และ -0.409 ตามล้าดับ จากค่าศักย์ไฟฟ้านี้มีความหมายว่า ทองแดงมีความสามารถในการแย่งชิงอิเลคตรอนได้ดีกว่าเหล็ก ดังนั้นทองแดงจะไม่เกิดการกัดกร่อน ส่วนเหล็กจะเกิด


การกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม ต้องระลึกว่าค่าที่แสดงในตารางที่ 1 นี้เป็นค่าศักย์ไฟฟ้าครึ่งเซลล์ของครึ่งปฏิกิริยารีดักชันที่สภาวะมาตรฐาน หากเป็นศักย์ไฟฟ้าครึ่งเซลล์ของครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันเครื่องหมายจะกลับข้างกัน ตาราง 1 ปฏิกิริยาครึ่งเซลล์รีดักชันที่มาตรฐาน (Half-cell reduction at standard) (5) ปฏิกิริยาครึ่งเซลลรีดักชัน ศักย์ไฟฟ้า Eº (โวลต์) F2 + 2 e = 2 F- H2O2 + 2 H+ + 2 e = 2 H2O (l) Au+ + e = Au MnO4

- + 8 H+ + 5 e = Mn2+ + 4 H2O Cl2 + 2 e = 2 Cl- Cr2O7

2- + 14 H+ + 6 e = Cr3+ + 7 H2O MnO2 + 4 H+ + 2 e = Mn2+ + 2 H2O O2 + 4 H+ + 4 e = 2 H2O Br2 + 2 e = 2 Br- NO3

- + 4 H+ + 3 e = NO + 2 H2O Hg2+ + 2 e = Hg Ag+ + e = Ag Hg2

2+ + 2 e = 2 Hg Fe3+ + e = Fe2+

O2 + 2 H+ + 2 e = H2O2 I2 + 2 e = 2 I-

Cu+ + e = Cu O2 + 2H2O + 4 e = 4 OH- Cu2+ + 2 e = Cu Hg2Cl2 + 2 e = 2 Hg + 2 Cl- AgCl = Ag + Cl-

S + 2 H+ + 2 e = H2O AgBr = Ag + Br- Defined as reference: 2 H+ + 2 e = H2

2.889 1.763 1.691 1.512 1.360 1.330 1.229 1.229 1.078 0.964 0.852 0.799 0.796 0.769 0.695 0.535 0.518 0.401 0.339 0.268 0.222 0.144 0.0732 0.000


ตาราง 1 (ต่อ) ปฏิกิริยาครึ่งเซลล์รีดักชันที่มาตรฐาน (Half-cell reduction at standard) (5) ปฏิกิริยาครึ่งเซลลรีดักชัน ศักย์ไฟฟ้า Eº (โวลต์) Pb2+ + 2 e = Pb Sn2+ + 2 e = Sn AgI = Ag + I- Ni2+ + 2 e = Ni Co2+ + 2 e = Co Ag(CN)2+- + e = Ag + 2 CN- Cd2+ + 2 e = Cd Fe2+ + 2 e = Fe Cr3+ + 3 e = Cr Zn2+ + 2 e = Zn 2 H2O + 2 e = H + 2 OH- SO4

2- + H2O + 2 e = SO32- + 2 OH-

Zn(NH3)42+ + 2 e = Zn + 4 NH3

Mn2+ + 2 e = Mn Al3+ + 3 e = Al Mg2+ + 2 e = Mg Na+ + e = Na Ca2+ + 2 e = Ca Ba2+ + 2 e = Ba K+ + e = K Li+ + e = Li

-0.127 -0.14 -0.152 -0.236 -0.282 -0.31 -0.402 -0.409 -0.74 -0.762 -0.828 -0.936 -1.015 -1.182 -1.68 -2.357 -2.714 -2.869 -2.906 -2.936 -3.040

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์ (E) ไม่สามารถวัด หรืออ่านได้จากอุปกรณ์ หรือโวลต์มิเตอร์โดยตรง เนื่องจากตามล้าพังสารเพียงครึ่งเซลล์ยังไม่เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ ดังนั้นการหาค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์ ในทางปฏิบัติจะต้องท้าโดยการเปรียบเทียบกับครึ่งเซลล์ใดครึ่งเซลล์หนึ่งที่ก้าหนดเป็นมาตรฐาน เช่น ครึ่งเซลล์มาตรฐานของไฮโดรเจน (Pt) (s) / H2 (1 atm) / H+ (1 mol/l) (7)


ก้าหนดให้มีค่า E = 0.00 โวลต์ ลักษณะของครึ่งเซลล์ไฮโดรเจนมาตรฐาน ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า Pt

จุ่มอยู่ในสารละลายที่มี H+ เช่น HCl เข้มข้น 1 โมล/ลิตร ที่ 25C และมี H2 ความดัน 1 บรรยากาศ ผ่านตลอดเวลาดังรูปที่ 7

รูปที่ 7 การต่อเซลล์เพื่อวัดศักย์ไฟฟ้าครึ่งเซลล์ของโลหะ M เทียบกับข้ัวไฮโดรเจน (4) ครึ่งเซลล์ไฮโดรเจนมาตรฐาน เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ขั้วไฟฟ้าไฮโดรเจนมาตรฐาน (Standard Hydrogen Electrode, SHE) ปฏิกิริยาของครึ่งเซลล์ไฮโดรเจนมาตรฐาน

Oxidation reaction: H2 2H+ + 2e- (8)

Reduction reaction: 2H+ + 2e- H2 (9) ขั้นตอนการหาค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน 1) น้าครึ่งเซลล์ที่ต้องการมาต่อเข้ากับครึ่งเซลล์มาตรฐาน ดังรูปที่ 7 ให้ดูเข็มโวลต์มิเตอร์ว่าเบนไปทางครึ่งเซลล์ใด และอ่านได้เท่าไหร่

2) ค่าท่ีอ่านได้ คือ ค่า E ของครึ่งเซลล์นั้น แต่อาจมีเครื่องหมายบวก หรือลบ โดยพิจารณาจาก - ถ้าเข็มเบนไปหาครึ่งเซลล์ไฮโดรเจน แสดงว่าครึ่งเซลล์ไฮโดรเจน ชิ งอิเลคตรอนได้ดีกว่า ดังนั้นค่าที่อ่านได้เป็น ลบ - ถ้าเข็มเบนไปหาครึ่งเซลล์ที่น้ามาต่อ แสดงว่าครึ่งเซลล์ที่น้ามาต่อ ชิงอิเลคตรอนได้ดีกว่า ดังนั้นค่าที่อ่านได้เป็น บวก


จากที่กล่าวมาในบทน้าแล้ว่า เซลล์ไฟฟ้าเคมีประกอบด้วยครึ่งเซลล์ 2 ครึ่งเซลล์ (ครึ่งเซลล์รีดักชัน ขั้วแคโทด และครึ่งเซลล์ออกซิเดชัน ขั้วแอโนด) ดังนั้นเราจะทราบค่าศักย์ไฟฟ้าของเซลล์โดยต่อเข้ากับโวลต์มิเตอร์ ค่าที่ได้นั้นก็คือ ค่าความต่างศักย์ระหว่างครึ่งเซลล์ทั้งสอง นั่นเอง ถ้าเซลล์นั้นอยู่ในภาวะมาตรฐาน (สารละลายเข้มข้น 1 โมล/ลิตร ความดัน 1 บรรยากาศ และที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส) ค่าความต่าง

ศักย์ไฟฟ้าที่ ได้ เรียกว่า ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ (Ecell) แต่ถ้าสภาวะที่ต้องการหาค่าศักย์ไฟฟ้าไม่ใช่ที่สภาวะมาตรฐาน สามารถหาค่าศักย์ไฟฟ้าได้โดยใช้ Nernst equation

รูปที่ 8 การหาความต่างศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ทั้งท่ีสภาวะมาตรฐาน และไม่ใช่สภาวะมาตรฐาน

1.3 วัสดุ และอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง แท่งตะปูเหล็กกล้า จ้านวน 3 แท่ง เส้นลวดทองแดง จ้านวน 2 เส้น แผ่นอะลูมิเนียมฟลอยด์ จ้านวน 2 แผ่น กระดาษทรายส้าหรับขัดท้าความสะอาดแท่งตะปูเบอร์ 120, 240, 400 และ 600 เกลือ และน้้ากลั้น สารละลายกรดซัลฟูริคความเข้มข้น 1 โมลาร์ เตรียมโดยใช้กรดซัลฟูริคความเข้มข้น (95 -98 เปอร์เซ็นต์) ปริมาณ 5.6 มิลลิลิตร ค่อยๆรินกรดซัลฟูริคใส่น้้ากลั้นจนมีปริมาตรครบ 100 มิลลิลิตร การเติมสารละลายกรดเจือจางเพ่ือช่วยเร่งให้เกิดปฏิกิริยาได้ว่องไวขึ้น


1.4 ขั นตอน และวิธีการทดลอง 1. น้าแท่งตะปูเหล็กทั้ง 3 แท่งมาขัดท้าความสะอาดด้วยกระดาษทราย ล้างท้าความสะอาด แล้วเป่าให้แห้ง - น้าอะลูมิเนียมฟลอยด์ไปพันที่ปลายของตะปูแท่งท่ี 1 - น้าขดลวดทองแดงไปพันท่ีปลายของตะปูแท่งท่ี 2 - ส่วนตะปูแท่งท่ี 3 ไม่ต้องน้าโลหะใดๆ มาพัน หรือสัมผัส - น้าอะลูมินียมฟลอยด์ไปพันรอบๆขดลวดทองแดง - น้าชิ้นงานทั้งหมดเรียงใส่อ่าง โดยวางให้ห่างกัน 2. ผสมเกลือ 10 กรัมในน้้าอุ่นจนมีปริมาตร 100 มิลลิลิตร แล้วคนให้เข้ากัน (ดังนั้นสารละลายเกลือมีความเข้มข้น 10%NaCl) แล้วเติมสารละลายกรดเจือจางลงในสารละลายเกลือประมาณ 20 มิลลิลิตรค่อยๆรินสารละลายเกลือท่ีมีสารละลายกรดเจือจางผสมอยู่ ลงในอ่างที่มีชิ้นงานโลหะทั้งหมดวางเรียงอยู่ 3. สังเกตความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น 4. วิเคราะห์ และสรุปผลการทดลองท่ีได้ ท้ารายงานส่ง 1.5 ค้าถามท้ายการทดลอง 1. สีของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนแต่ละชนิดเป็นอย่างไร 2. ตะปูเหล็กท้ัง 3 แท่งมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้าง 3. โลหะชนิดใดเกิดการกัดกร่อนมากที่สุด จงเรียงล้าดับชิ้นงานที่เกิดการกัดกร่อนจากน้อยไปมาก 4. จงเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากปฏิกิริยาการกัดกร่อนที่ 30 นาทีแรก และเมื่อเวลาทดสอบผ่านไป 1.5 ชั่วโมง 1.6 เอกสารอ้างอิง 1. กัญจนา ตระกูลคู: “เทคโนโลยีการกัดกร่อน”, พิมพ์ครั้งที่ 2, 2534, ISBN 974-87499-5-9 2. Z. Ahmad : “Principles of Corrosion Engineering and Corrosion Control”, 1st Edition,

Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-5924-6, 2006 3. M. G. Fontana: “Corrosion engineering”, McGraw-Hill Book Company, ISBN 0-07-021463-8. 4. http://www.subtech.com 5. http://www.corrosion-doctor.org 6. Bell, G. E. C., Schiff, M. J., and Wilson, D. F. Field Observations and Laboratory

Investigations of Thermogalvanic Corrosion of Copper Tubing. CORROSION 97, Paper # 568. 1997. Houston, TX, NACE International.

7. D. A. Jones: “Principles and prevention of corrosion”, 2nd edition, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ 07458, ISBN 0-13-359993-0, 1996


2. การทดสอบความทนละอองน ้าเกลือ 2.1 จุดประสงค์การทดลอง เพ่ือศึกษาความสามารถในการทนละอองน้้าเกลือของเหล็กกล้าคาร์บอนต่้า 2.2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง (1-5) การกัดกร่อนของโละ คือ การสูญเสียเนื้อโลหะโดยการเกิดปฏิกิริยาเคมี กับสิ่งแวดล้อม อาจเป็นปฏิกิริยาทางเคมี หรือปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมี (Electrochemical reaction) ซึ่งท้าให้เกิดความเสียหายแก่ชิ้นส่วนทางวิศวกรรมเป็นจ้านวนมาก เพ่ือให้สามารถประเมินการกัดกร่อน จ้าเป็นที่จะต้องมีการทดสอบการกัดกร่อน การทดสอบการกัดกร่อนสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภทดังต่อไปนี้ -การทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการ (Laboratory test) ชิ้นงานที่ใช้ในการทดสอบมีส่วนผสมทางเคมี (Chemical compositions) เหมือนกันกับชิ้นส่วนจริงที่ใช้งาน (ชิ้นส่วนทางวิศวกรรม) แต่มีขนาดของชิ้นงานที่เล็กกว่าชิ้นงานจริง ส่วนสิ่งแวดล้อมที่เอ้ือต่อการกัดกร่อนต้องจ้าลองให้มีส่วนผสมที่ใกล้เคียง แต่ใช้ปริมาณน้อยกว่า การทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการ มีประโยชน์ในการเลือกวัสดุที่เหมาะสมในการต้านทานการกัดกร่อนบเพ่ือหาวัสดุใหม่มาทดแทนวัสดุเดิม -การจ้าลองสภาวะการใช้งานจริงที่เรียกว่า Pilot-plant หรือ Semiwork-tests เป็นการทดสอบที่ดี เพราะมีสภาวะทีใกล้เคียงกับสภาวะจริงมากที่สุด กล่าวคือ ใช้วัสดุจริง (Actual material) ความเข้มข้นของสารละลายจริง (Actual concentration) อุณหภูมิที่ใช้ใกล้เคียงสภาวะจริง (Actual temperature) ความเร็วของสารละลายที่มากระทบ หรือสัมผัสกับสารละลายใกล้เคียงสภาวะจริง (Actual velocity) นอกจากนี้ยังรวมไปถึงปริมาณของสารละลายที่สัมผัสอยู่บนผิวของชิ้นงานอีกด้วย อย่างไรก็ตามวิธีนี้มีข้อจ้ากัด คือ เนื่องจากใช้ระยะเวลาในการทดสอบ แลเก็บข้อมูลนาน ดังนั้นจ้าเป็นต้องมีระบบการจัดเก็บ และประมวลผลที่ดี -ระหว่างการใช้งาน (Plant or actual service tests) ใช้เวลานาน แต่มีข้อดีคือได้ข้อมูลของสภาวะการณ์จริง -ภาคสนาม (Field test) ตัวอย่างการทดสอบที่เห็นได้ชัดเจนในกรณีนี้ คือ Atmospheric corrosion จุดประสงค์ของการทดสอบการกัดกร่อน -เพ่ือตรวจสอบ และเลือกใช้วัสดุส้าหรับสิ่งแวดล้อมใหม่ หรือการใช้งานเฉพาะทาง ที่ในบางครั้งอาจเป็นโรงงานใหม่ที่ยังไม่เคยสร้าง หรือทดลองใช้วัสดุกับสิ่งแวดล้อมนั้นๆมาก่อน หรือในบางกรณีใช้เพ่ือทดสอบวัสดุใหม่ว่ามีความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อน ที่สูงกว่าวัสดุเดิมหรือไม่ -เพ่ือตรวจสอบวัสดุทั้งเก่าและใหม่ในสภาวะแวดล้อมที่ก้าหนด งานทดสอบชนิดนี้มักกระท้าโดยผู้ผลิตวัสดุเพ่ือใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานส้าหรับลูกค้า


-เพ่ือดูพฤติกรรมความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุ ตัวอย่างเช่น เพ่ือตรวจสอบว่ากระบวนอบชุบทางความร้อนส้าหรับเหล้กกล้าไร้สนิมถูกต้อง เหมาะสมหรือไม่ โดยใช้ Huey test (Boiling 65% HNO3) หรือ เพ่ือทดสอบประสิทธิภาพของการเคลือบที่มีผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนโดยใช้ การพ่นละอองน้้าเกลือ หรือละอองน้้าทะเล ที่เรียกว่า Salt spray testing -ประเมินผลของสิ่งแวดล้อมที่มีผลต่อการกัดกร่อนของวัสดุ เช่น สารยับยั้งการกัดกร่อน (Inhibitor testing) ข้อมูลพื นฐานที่จ้าเป็นก่อนเริ่มทดสอบการกัดกร่อน ก่อนเริ่มต้นการทดสอบการกัดกร่อนของโลหะ หรือโลหะผสมที่ใช้เป็นชิ้นส่วนต่างๆ ทางวิศวกรรม มีข้อมูลเบื้องต้นของวัสดุที่จ้าเป็นต้องทราบก่อนเริ่มต้นการทดสอบ ทั้งนี้เพ่ือเป็นข้อมูลพ้ืนฐานในการวิเคราะห์ และประมวลที่ได้จากการทดสอบ ตัวอย่างข้อมูลพื้นฐานที่ควรทราบ -ส่วนผสทางเคมี (Chemical compositions) ของโลหะท่ีถูกทดสอบ -ประวัติกระบวนการผลิต หรือกระบวนการที่ใช้ในการขึ้นรูปวัสดุนั้นๆ (Fabrication history) เช่น ขึ้นรูปด้วยการหล่อ รีด ตีขึ้นรูป และรวมไปถึงกระบวนการอบชุบทางความร้อน -โครงสร้างจุลภาคก่อนการทดสอบการกัดกร่อน -ภาพถ่ายของวัสดุ ตลอดจนบันทึกเก่ียวกับขนาก และรูปร่างของชิ้นงาน การเตรียมพื นผิว (Surface preparation) ในความเป็นจริง หรืออุดมคติพ้ืนผิวของชิ้นงานที่ถูกทดสอบควรมีสภาพใกล้เคียงกับชิ้นส่วนทางวิศวกรรมที่น้าไปใช้งานจริง แต่ในทางปฏิบัติเป็นไปได้ยากเพราะกระบวนการเตรียมผิว ดังนั้นจึงต้องก้าหนดมาตรฐานในการเตรียมผิวชิ้นงานก่อนทดสอบดังต่อไปนี้ 1. ส้าหรับชิ้นงานที่ไม่ชั้นเคลือบที่ผิว เช่น ชั้นเคลือบไนตรายด์ ชั้นเคลือบป้องกันสนิม เป็นต้น จากมาตรฐาน ASTM G1-103 Standard practice for preparing, cleaning and evaluating corrosion test specimens เป็นดังนี้ -ผิวต้องขัดด้วยกระดาษทรายอย่างน้อยเบอร์ 120 แต่ในความเป็นจริงหากต้องการพ้ืนผิวที่เรียบกว่านี้ อาจขัดด้วยกระดาษทรายที่มีความละเอียดมากได้ ตัวอย่างเช่น (จากการทดลองจริงในงานวิจัยระดับปริญญาโทของผู้เขียน) เพ่ือตัดผลกระทบจากความหยาบผิวของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ที่มีต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนจึงเตรียมผิวโดยการขัดด้วยกระดาษทรายจนถึงความละเอียดที่เบอร์ 1200 -ควรระบุหมายเลขที่ชิ้นงาน โดยอาจใช้การตอกหมายเลข แต่มีข้อเสีย คือ บริเวณที่ใกล้รอยตอกเกิดความความเค้น-ความเครียดสะสม และอาจก่อให้เกิดการกัดกร่อนเฉพาะที่ อาจเลือกใช้ปากกาไฟฟ้า (Electric engraving) เพ่ือลดการเกิดผลกระทบจากความเค้น-ความเครียดเฉพาะที่ (Localized stress-strain) อย่างไรก็ตามรอยเขียนอาจลบเลือนได้ง่าย


-หากชิ้นงานมีมุมแหลมคม ควรลบรอยแหลมคม เพ่ือป้องกันไม่ให้เกิดการกัดกร่อนบริเวณที่มีมุมแหลมอย่างรุนแรงมากกว่าบริเวณอ่ืน -หากจ้าเป็น และไม่ต้องการให้มีรอยขีดข่วนใดๆบนผิวชิ้นงานจากการเขียนรหัส หรือหมายเลขประจ้าชิ้นงาน อาจใช้ขดลวดโลหะ หรือพลาสติดติดที่ชิ้นงานเพ่ือระบุหมายเลข แต่มีข้อควรพิจารณา คือ ในกรณีใช้ขดลวดโลหะอาจเกิดการกัดกร่อนแบบกัลวานิกแทน เป็นต้น -หลังจากเขียนหมายเลขเป็นที่เรียบร้อยแล้ว จ้าเป็นต้องล้างชิ้นงานให้สะอาดปราศจากคราบน้้ามัน ด้วยสารละลายอินทรีย์ หรือตัวท้าละลายที่เป็นแอลคาไลต์ ตามด้วยการท้าความสะอาดด้วยเครื่องอัลตราโซนิคทั้งก่อน และหลังการทดสอบ -หากมีสนิมหรือออกไซด์เกิดที่ผิวก่อนการทดสอบจ้าเป็นต้องล้างท้าความสะอาด และก้าจัดสนิม หรือออกไซด์ดังกล่าวออกไปก่อน -ขั้นสุดท้ายคือท้าความสะอาดอีกครั้ง เป่าให้แห้ง และชั่งน้้าหนัก ก่อนน้าไปทดสอบในล้าดับต่อไป 2. ส้าหรับชิ้นงานที่ผ่านการเคลือบมา ไม่ควรท้าลายชั้นเคลือบ เพียงแต่ล้างท้าความสะอาด เป่าแห้ง และชั่งน้้าหนักก่อนทดสอบการกัดกร่อน อย่างไรก็ตามควรมีการทดสอบสมบัติของชั้นเคลือบก่อนเริ่มทดสอบการกัดกร่อน เช่น ความสามารถในการยึดเกาะของชั้นเคลือบบนผิววัสดุ ความแข็งแรงของชั้นเคลือบ เป็นต้น ขั นตอนในการท้าความสะอาดชิ นงานภายหลังการทดสอบการกัดกร่อน (Methods for cleaning after testing) เมื่อผ่านการทดสอบการกัดกร่อนแล้วที่ผิวชิ้นงานมีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสะสม (Corrosion products) เพ่ือประเมินอัตราการกัดกร่อน (Corrosion rate) จ้าเป็นต้องช้าระเอาผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนออก แล้วชั่งน้้าหนักภายหลังการทดสอบการกัดกร่อน ก็จะทราบอย่างคร่าวๆว่าโลหะนั้นเกิดการกัดกร่อนในระดับใด อย่างไรก็ตามการค้านวณหาอัตราการกัดกร่อนจากผลต่างของน้้าหนักก่อน-หลังการทดสอบ (Weight loss) ขั้นตอนในการท้าความสะอาดชิ้นงานภายหลังการทดสอบแบ่งออกได้เป็น 3 วิธีหลัก คือ

1. ทางเคมี (Chemical analyses) ในอุดมคติควรขจัดเฉพาะผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อน (Corrosion products) ออกเท่านั้น ไม่ควร

ช้าระเอาเนื้อวัสดุ (Substrate or base material) ออกไปด้วยซึ่งมีผลกระทบโดยตรงต่อการประเมินอัตราการกัดกร่อนโดยเบื้องต้นอาจใช้กรรมวิธีทางกลช่วย เช่น ขูด (Scraping) เพ่ือเอาผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนออกไปบางส่วนก่อนการใช้สารละลายช่วยช้าระล้าง นอกจากนี้การขูดเอาผลิตภัณฑ์บางส่วนออกก่อนน้าไปล้างอีกครั้งด้วยสารเคมีอาจมีจุดประสงค์เพ่ือน้าวิเคราะห์ส่วนผสมทางเคมีและลักษณะของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน เช่น การวิเคราะห์ด้วย X-Ray Diffraction (XRD) เพ่ือหารูปร่างของโครงผลึก (Crystal form) และการวิเคราะห์ทางเคมี (Chemical analyses)


ขั้นตอนต่อไป คือ การช้าระล้างผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนออกโดยใช้สารละลายตามมาตรฐาน ASTM G1-03 ซึ่งโลหะแต่ละชนิดจะใช้สารเคมีต่างกัน โดยต้องมีการล้างซ้้าหลายๆครั้ง และภายหลังการล้างทุกครั้งต้องเป่าให้แห้ง และชั่งน้้าหนักเพ่ือหาน้้าหนักที่หายไป ก่อนจะน้าค่าที่ได้ทั้งหมดมาพล็อตกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างน้้าหนักท่ีหายไปและจ้านวนครั้งที่ล้างดังแสดงในรูปที่ 1 จากกราฟในรูปที่ 1 จะได้เส้นตรงสองเส้น คือ AB และ BC น้้าหนักที่หายไปเนื่องจากการกัดกร่อนโดยประมาณ คือ จุด B ส่วนช่วง BC แทบจะเป็นเส้นตรง (มีน้้าหนักท่ีใกล้คงที่) เพราะล้างผลิตภัณฑ์ใกล้ออกหมดแล้ว หลังจากล้างผลิตภัณฑ์ออกหมดแล้วให้ล้างชิ้นงานให้สะอาดอีกครั้งแล้วเป่าให้แห้ง

รูปที่ 1 น ้าหนักที่หายไปของชิ นงานที่เกิดการกัดกร่อนและจ้านวนรอบท่ีล้างชิ นงาน (2)

สารละลายทั้งหมดที่ใช้ในกระบวนช้าระล้างผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน คือ น้้า และสารเคมี ต้องเป็นเกรดที่มีคุณภาพสูงเพ่ือหลีกเลี่ยงการปนเปื้อน

ตัวอย่างของสารละลายที่ใช้ในการล้างผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนแสดงในตารางที่ 1


ตารางที่ 1 กระบวนการช้าระล้างผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนด้วยวิธีทางเคมี (2) หมายเลข ชนิดของโลหะ สารละลาย เวลา อุ ณ ห ภู มิ

(ºC) ข้อสังเกต

C 1.1 อะลูมิเนียม และอะลูมิเนียมผสม

50 มิลลิลิตร กรดฟอสฟอริค (H3PO4) 20 กรัม โครเมียมไตรออกไซด์ (CrO3) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

5-10 นาท ี 90 จนถึงจุดเดือด

ถ้าฟิล์ม หรืออ อ ก ไ ซ ด์ ไ ม่หลุดสามารถล้ า ง ซ้้ า ด้ ว ยกรดไนตริค

C 1.2 กรดไนตริค (HNO3) 1-5 นาท ี 20-25 ระวังไม่ให้เกิดก า ร ช ะ ล้ า งวัสดุพ้ืน (Base material)

C 2.1 ท อ ง แ ด ง แ ล ะทองแดงผสม

500 มิลลิลิตร กรดไฮโดรคลอริค น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

1-3 นาที 20-25 ก้าจัดอากาศที่ละลายอยู่ ในส า ร ล ะ ล า ยด้ ว ย ก๊ า ซไนโตรเจนเพ่ือลดความเสี่ยงต่อการชะล้างวัสดุพื้น

C 2.2 4.9 กรัม โซเดียมไซยาไนด์ (NaCN) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

1-3 นาที 20-25

C 3.1 เ ห ล็ ก แ ล ะเหล็กกล้า

1000 มิลลิตร กรดไฮโดรคลอริค (HCl) 20 กรัม แอนติ โ มนี ไ ต ร ออก ไซด์ (Sb2O3) 50 กรัม สแตนนัสคลอไรด์ (SnCl2)

1-25 นาท ี 20-25 ระหว่ า งล้ า งควรกวนและอาจใช้แปรงขัดถูช่วย ในบางครั้งอาจใช้เวลานาน


C 3.2 50 กรัม โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) 200 กรัม ผงโลหะสังกะสี น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

3 0 -4 0 นาท ี

80-90 ระวังอาจเกิดการลุกติดไฟจ า ก ก า ร ท้ าปฏิกิริยาของผ ง สั ง ก ะ สี ส า ร ล ะ ล า ย และอากาศ

C 4.1 ตะกั่ ว และโลหะผสมตะกั่ว

10 มิลลิลิตร กรดอะซีติค (CH3COOH) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

5 นาท ี เดือด -

C 4.2 50 กรัม แอมโมเนียมอะซีเตต (CH3COONH4) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

10 นาท ี 60-70 -

C 5.1 แมกนี เซียมและโ ล ห ะ ผ ส มแมกนีเซียม

150 กรัม โ ค ร เ มี ย ม ไ ต ร อ อ ก ไ ซ ด์ (CrO3) 10 กรัม ซิลเวอร์โครเมต (Ag2CrO4) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

1 นาท ี เดือด Silver salt ตกตะกอน

C 5.2 200 กรัม โ ค ร เ มี ย ม ไ ต ร อ อ ก ไ ซ ด์ (CrO3) 10 กรัม ซิลเวอร์ไนเตรท (AgNO3) 20 กรัม แบเรียมไนเตรท (Ba(NO3)2)

1 นาที 20-25 Barium salt ตกตะกอน


น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

C 6.1 นิกเกิลและโลหะผสมนิกเกิล

150 มิลลิลิตร กรดไฮโดรคลอริค (HCl) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

1-3 นาท ี 20-25 -

C 6.2 100 มิลลิลิตร กรดซัลฟูริค (H2SO4) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

1-3 นาที 20-25 -

C 7.1 เหล็กกล้าไร้สนิม 100 มิลลิลิตร กรดไนตริค (HNO3) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

20 นาท ี 60 -

C 7.2 150 กรัม ไ ด แ อ ม โ ม เ นี ย ม ซิ เ ต ร ท ((NH4)2HC6H5O7) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

1 0 -6 0 นาท ี

70 -

C 7.3 100 กรัม กรดซิตริค (C6H8O7) 50 มิลลิลิตร กรดซัลฟูริค (H2SO4) 2 กรัม สารยับยั้งการกัดกร่อน (Inhibitor) เช่น diorthotolyl thiourea ห รื อ quinoline ethyliodide

5 นาท ี 60 -

C 7.4 200 กรัม โ ซ เ ดี ย ม ไ ฮ ด ร อ ก ไ ซ ด์ (NaOH) 30 กรัม



โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO4) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร) 100 กรัม ไ ด แ อ ม โ ม เ นี ย ม ซิ เ ต ร ท ((NH4)2HC6H5O7)

C 8.1 ดี บุ ก แ ล ะ โ ล ห ะผสมดีบุก

150 กรัม ไ ต ร โ ซ เ ดี ย ม ฟ อ ส เ ฟ ส

(Na3PO4∙12H2O)


C 8.2 50 มิลลิลิตร กรดไฮโดรคลอริค (HCl) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

10 นาที 20 -

C 9.1 สังกะสีและโลหะผสมสังกะสี

ส่วนที่ 1: 150 มิลลิลิตร แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ (NH4OH) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร) ส่วนที่ 2: 50 กรัม โ ค ร เ มี ย ม ไ ต ร อ อ ก ไ ซ ด์ (CrO3) 10 กรัม ซิลเวอร์ไนเตรท (AgNO3) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

5 นาท ี 20-25

C 9.2 100 กรัม แ อ ม โ ม เ นี ย ม ค ล อ ไ ร ด์ (NH4Cl) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

2-5 นาที 70 -


C 9.3 200 กรัม โ ค ร เ มี ย ม ไ ต ร อ อ ก ไ ซ ด์ (CrO3) น้้ากลั่น (ผสมจนมีปริมาตร 1000 มิลลิลิตร)

1 นาที 80 สารประกอบคลอไรด์ จากก ร ด โ ค ร มิ คและผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนอาจท้าให้เกิดการกัดกร่อนข อ ง Zinc base material

2. ด้วยวิธีอิเลคโตรไลต์ โดยอาศัยหลักการของเซลล์อิเลคโตรไลต์ คือ ต่อเซลล์เข้ากับแหล่งก้าเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (Directly current power supply, DC-PS) โดยมีข้อก้าหนดโดยย่อดังนี้ -ชิ้นงานที่ต้องการช้าระล้างผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนให้เป็นขั้วแคโทดเสมอ (Cathode) โดยต่อเข้ากับขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟ -แอโนด ต่อเข้ากับขั้วบวกของแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้ากระแสตรง ส่วนใหญ่ใช้คาร์บอน หรือแท่งแกรไฟต์ โลหะแพลทตินัม หรือเหล็กกล้าไร้สนิม -สารละลายอิเลคโตรไลต์เปลี่ยนแปลงตามชนิดของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการช้าระออก ตัวอย่างของสารละลายอิเลคโตรไลต์ และขั้นตอนการช้าระล้างผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนด้วยวิธีอิเลคโตรไลต์แสดงดังตารางที่ 2 ตารางที่ 2 ขั้นตอนการท้าความสะอาดช้าระล้างผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนด้วยวิธีอิเลคโตรไลต์ (2) หมายเลข ชนิดของโลหะ สารละลาย เวลา อุณหภูมิ หมายเหตุ E 1.1 เ หล็ ก เหล็ กหล่ อ

และเหล็กกล้า 75 กรัม โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) 25 กรัม โซเดียมซัลเฟต (Na2SO4) 75 กรัม โซเดียมคาร์บอเนต (Na2CO3)

2 0 -4 0 นาท ี

20-25 กระแสไฟฟ้า 1 0 0 -2 0 0 แ อ ม ป์ ต่ อตารางเมตร ใ ช้ ค า ร์ บ อ น ( แ ก ร ไ ฟ ต์ ) แ พ ล ท ติ นั ม หรือเหล็กกล้าไ ร้ ส นิ ม เ ป็ น


น้้ า ก ลั่ น ( ผ ส ม จ น มีป ริ ม า ต ร 1 0 0 0 มิลลิลิตร)

ขั้วแอโนด

E 1.2 28 มิลลิลิตร กรดซัลฟูริค (H2SO4) 0.5 กรัม สารยับยั้งการกั ด ก ร่ อ น (Inhibitor) เ ช่ น diorthotolyl thiourea หรือ quinoline ethyliodide น้้ า ก ลั่ น ( ผ ส ม จ น มีป ริ ม า ต ร 1 0 0 0 มิลลิลิตร)

3 นาท ี 75 2000 แอมป์ต่อตารางเมตร ใ ช้ ค า ร์ บ อ น ( แ ก ร ไ ฟ ต์ ) แ พ ล ท ติ นั ม หรือตะกั่ว เป็นขั้วแอโนด

E 2.1 ตะกั่วและโลหะผสมตะกั่ว

28 มิลลิลิตร กรดซัลฟูริค (H2SO4) 0.5 กรัม สารยับยั้งการกั ด ก ร่ อ น (Inhibitor) เ ช่ น diorthotolyl thiourea หรือ quinoline ethyliodide น้้ า ก ลั่ น ( ผ ส ม จ น มีป ริ ม า ต ร 1 0 0 0 มิลลิลิตร)

3 นาท ี 75 2000 แอมป์ต่อตารางเมตร ใ ช้ ค า ร์ บ อ น ( แ ก ร ไ ฟ ต์ ) แ พ ล ท ติ นั ม หรือตะกั่ว เป็นขั้วแอโนด

E 3.1 ทองแดงและโลหะผสมทองแดง

7.5 กรัม โพแทสเซียมคลอไรด์ (KCl) น้้ า ก ลั่ น ( ผ ส ม จ น มีป ริ ม า ต ร 1 0 0 0 มิลลิลิตร)

1-3 นาที 20-25 กระแสไฟฟ้า 100 แอมป์ต่อตารางเมตร ใ ช้ ค า ร์ บ อ น ( แ ก ร ไ ฟ ต์ ) แ พ ล ท ติ นั ม เป็นขั้วแอโนด


E 4.1 สั ง ก ะ สี แ ล ะแคดเมียม

50 กรัม ไดเบสิโซเดียมฟอสเฟต (Na2HPO4) น้้ า ก ลั่ น ( ผ ส ม จ น มีป ริ ม า ต ร 1 0 0 0 มิลลิลิตร)

5 นาท ี 70 กระแสไฟฟ้า 110 แอมป์ต่อตารางเมตร ใ ช้ ค า ร์ บ อ น ( แ ก ร ไ ฟ ต์ ) แ พ ล ท ติ นั มหรือเหล็กกล้าไ ร้ ส นิ ม เ ป็ นขั้วแอโนด

E 4.2 100 กรัม โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) น้้ า ก ลั่ น ( ผ ส ม จ น มีป ริ ม า ต ร 1 0 0 0 มิลลิลิตร)

1-2นาท ี 20-25 กระแสไฟฟ้า 110 แอมป์ต่อตารางเมตร ใ ช้ ค า ร์ บ อ น ( แ ก ร ไ ฟ ต์ ) แ พ ล ท ติ นั มหรือเหล็กกล้าไ ร้ ส นิ ม เ ป็ นขั้วแอโนด

E 5.1 โลหะทั่วไปยกเว้นโลหะอะลู มิ เนี ยม แมกนีเซียมและดีบุก

20 กรัม โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) น้้ า ก ลั่ น ( ผ ส ม จ น มีป ริ ม า ต ร 1 0 0 0 มิลลิลิตร)

5-10นาท ี 20-25 กระแสไฟฟ้า 300 แอมป์ต่อตารางเมตร ใช้เหล็กกล้าไร้ส นิ ม เ ก ร ด S31600 เป็ นขั้วแอโนด

3. การขจัดผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนด้วยกรรมวิธีทางกล ท้าได้โดย -การขัดถู (Scrubbing) -การขูด (Scraping) -การแปรง (Brushing) -การสั่นด้วยเครื่องอัลตราโซนิค (Ultrasonic cleaning) -การฉีดพ่นด้วยน้้าแรงดันสูง


อย่างไรก็ตามข้อเสียของการขจัดผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนด้วยแรงกระท้าทางกล คือ เกิดการปนเปื้อนเครื่องมือที่ใช้ท้าให้น้้าหนักที่ชั่งได้ผิดพลาด การทดสอบความสามารถในการทนละอองน ้าเกลือตามมาตรฐาน ASTM B 117 Standard practice for operating salt spray apparatus (3)

เป็นหนึ่งในวิธีการทดสอบการกัดกร่อนพ้ืนฐานโดยนิยมทดสอบในโลหะที่ผ่านการเคลือบผิว โดย การทาสี การเคลือบโลหะสังกะสี เป็นต้น กระท้าได้โดยการน้าชิ้นงานมีตั้งแต่ขนาดที่เป็นแผ่นบางจ้านวนหลายๆชิ้น หรืออาจใช้ชิ้นงานขนาดเท่าของจริงที่ใช้เป็นชิ้นส่วนวิศวกกรมไปติดตั้งภายในตู้ทดสอบแล้วพ่นละอองน้้าเกลืออย่างต่อเนื่อง ตามระยะเวลาที่ก้าหนด หลังจากนั้นล้างคราบเกลือและผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนออก เป่าให้แห้ง ชั่งน้้าหนักเพ่ือหาน้้าหนักที่หายไป

อย่างไรก็ตามมีข้อควรพิจารณาส้าหรับการเตรียมทดสอบ ดังนี้

-ค่าความเป็นกรด-ด่าง (pH) ของสารละลายน้้าเกลือควรอยู่ระหว่าง 6.5-7.2

-อุณหภูมิควรอยู่ระหว่าง 35+1.1-1.7ºC

การเขียนรายงานการทดสอบความทนละอองน้้าเกลือควรแสดงรายละเอียดที่จ้าเป็นต่อไปนี้

-ชนิดของเกลือและน้้าที่ใช้

-อุณหภูมิของสารละลายเริ่มต้น และหลังการทดสอบ

-ค่าความเป็นกรด-ด่างทัง้ก่อนและหลังการทดสอบ

-ขนาดและรูปร่างของชิ้นงานก่อนและหลังการทดสอบ

-ระยะเวลาในการพ่น 2.3 วัสดุ และอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง

1. แผ่นเหล็กกล้าคาร์บอนต่้า และแผ่นเหล็กกล้าไร้สนิม อย่างละ 1 แผ่นต่อ 1 กลุ่มการทดลองย่อย 2. กระดาษทรายส้าหรับขัดท้าความสะอาดแผ่นเหล็กเบอร์ 100, 200, 400 และ 600 3. สารละลายโซเดียมคลอไรด์ความเข้มข้น 5 เปอร์เซ็นต์โดยน้้าหนัก ( เกลือ 5 ส่วน และน้้ากลั่น 95

ส่วน) 2.4 ขั นตอน และวิธีการทดลอง

1. น้าแผ่นเหล็กกล้าคาร์บอนต่้า และแผ่นเหล็กกล้าไร้สนิมไปท้าความสะอาดและเตรียมผิวโดยการขัดด้วยกระดาษทราย หลังจากนั้นล้างท้าความสะอาดเป่าให้แห้ง แล้วชั่งน้้าหนักของแต่ละชิ้นงานแล้วบันทึกเป็นข้อมูลเบื้องต้น

2. น้าแผ่นเหล็กกล้าคาร์บอนต่้า และแผ่นเหล็กกล้าไร้สนิมที่ผ่านการเตรียมผิวและท้าความสะอาดเรียบร้อยแล้วไปติดตั้งในตู้ทดสอบ แล้วพ่นด้วยละอองน้้าเกลือที่มีความเข้มข้น 5 เปอร์เซ็นต์โดยน้้าหนักอย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลาอย่างน้อย 24 ชั่วโมงหรือจนกว่าชิ้นงานจะเกิดการกัดกร่อน


3. เมื่อครบระยะเวลาการพ่นอย่างต่อเนื่องที่ก้าหนดแล้ว ให้น้าชิ้นงานออกจากตู้ ล้างท้าความสะอาด หากมีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนเกาะ ให้ใช้สารเคมีตามตารางที่ 1 ล้างออก แล้วท้าความสะอาดอีกครั้ง เป่าให้แห้ง แล้วชั่งน้้าหนัก บันทึกน้้าหนักสุดท้าย แล้วหาค่าน้้าหนักที่หายไป

4. สังเกตความเปลี่ยนแปลงที่เกิดข้ึนบนผิวชิ้นงาน 5. วิเคราะห์ และสรุปผลการทดลองท่ีได้ ท้ารายงานส่ง

2.5 ค้าถามท้ายการทดลอง 1. สีของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนแต่ละชนิดเป็นอย่างไร 2. เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้างกับชิ้นงานแต่ละชนิด 3. โลหะชนิดใดเกิดการกัดกร่อนมากที่สุด

2.6 เอกสารอ้างอิง 1. M. G. Fontana: “Corrosion engineering”, McGraw-Hill Book Company, ISBN 0-07-021463-8. 2. ASTM G1-03 Standard practice for preparing, cleaning, and evaluating corrosion test

specimens. 3. ASTM B 117 Practice for operating salt spray (Fog) apparatus. 4. ASTM G 85 Standard practice for modified salt spray (Fog) testing. 5. D. A. Jones: “Principles and prevention of corrosion”, 2nd edition, Prentice Hall, Upper

Saddle River, NJ 07458, ISBN 0-13-359993-0, 1996.

การทดลองที่ 5 การทดสอบการกัด...

Documents