• why does corrosion occur?personel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/8 corrosion.pdfโลหะท ม ค...

• Why does corrosion occur?

• What metals are most likely to corrode?

• How do temperature and environment affectcorrosion rate?

• How do we suppress corrosion?

หมายถง การสญเสยเนอโลหะโดยการเกดปฏกรยากบสงแวดลอมซงสวนใหญจะเปนปฏกรยาเคม โดยทอตราการผกรอนนนจะขนอยกบระดบความเขมขนของตวท าปฏกรยา และปจจยอนๆ เชน แรงกด และการกดกรอน (Erosion) ซงจะเปนสวนสนบสนนตอการเกดการผกรอนได(Corrosion)

การผกรอนของวสดสวนใหญจะเกดจากปฏกรยาไฟฟาเคม คอเกดการผกรอนโดยมสารละลายทเปน Electrolyte รวมอยดวย

การผกรอนจะเกดขนกบโลหะเทานน เชน การเกดสนมบนเหลก ซงเปนผลลพธของปฏกรยาเคมระหวางเหลกกบสงแวดลอม โดยโลหะทไมใชเหลกจะไมเกดสนม ดงนนวศวกรหรอสาขาทเกยวของจะตองทราบถงกลไกของการเกดการผกรอน และตองเขาใจถงสาเหตและวธการปองกน หรอวธการลดความเสยหายทเกดจากการผกรอนใหมากทสด

การผกรอนทเกดจากปฏกรยาไฟฟาเคมของโลหะ

ยกตวอยางปฏกรยาระหวางสงกะสกบกรด (Hydrochloric (HCl))

eZnZn 22(Oxidation)

(Reduction)

ผลรวมของปฏกรยา

)(22 2 gasHeH

)(2 2

2 gasHZnHZn

ขอควรพจารณาเกยวกบ ปฏกรยา Oxidation – ReductionHalf Cell คอ1. Oxidation reaction จะเกดขนทขว Anode โดยจะมการแตกตวของ Electron และอะตอมของโลหะออกมา ซงทขว Anodeจะเปนบรเวณจะทเกดการผกรอน เนองจากโลหะทแตกตวออกมาจะละลายไปเปน Positive Ion ในสารละลาย Electrolyte และเคลอนทไปหาขว Cathode โดยปฏกรยาเคมทเกดขนเปนดงน

eFeFe 22

eAlAl 33

2. Reduction reaction จะเกดขนทขว Cathode โดยอาจจะมปฏกรยาเกดขนไดหลายขบวนการดวยกน เชน

OHeOHO

OHeHO

HeH

442

244

22

22

22

2

1. TWO – METAL CELL (Galvanic Cell)ขว Anode และขว Cathode จะเปนโลหะตางชนดกน โดยโลหะทมคา

Electrode Potential (E.P.) ตากวาจะประพฤตตวเปนขว Anode สวนโลหะทมคา E.P. สงกวากจะประพฤตตวเปนขว Cathode ซงเมอเกดปฏกรยาไฟฟาเคม ขว Anode กจะเกดการผกรอนไป โดยทปรมาณการผกรอนจะเปนอตราสวนกบปรมาณของกระแสไฟฟา และน าหนกอะตอมของโลหะนน (กฎของ FARADAY)

• EMF series • Metal with smaller

V corrodes.

• Ex: Cd-Ni cellmetal o

Au

Cu

Pb

Sn

Ni

Co

Cd

Fe

Cr

Zn

Al

Mg

Na

K

+1.420 V

+0.340

- 0.126

- 0.136

- 0.250

- 0.277

- 0.403

- 0.440

- 0.744

- 0.763

- 1.662

- 2.262

- 2.714

- 2.924

metalV

metal

o

DV =

0.153V

o

22 FeCuFeCu 22 ZnFeZnFe

2. SINGLE – METAL CELLเปนการผกรอนจากปฏกรยาไฟฟาเคมทในระบบมโลหะเพยงชนดเดยวเทานน และ

ถงแมวาในระบบจะมโลหะเพยงชนดเดยวอยกตามกสามารถเกดสภาวะของขว Anodeและขว Cathode ขนได เพราะโลหะทเราใชกนทวไปในภาคอตสาหกรรม มกจะไมใชโลหะบรสทธ ตวอยางเชน เหลก กมกจะมสวนผสมของ IRON CARBIDE (Fe3C) หรอสวนผสมอนๆ ประกอบอยดวยเสมอ หรอแมแตโลหะบรสทธเองกตาม เราพบวาบรเวณขอบเกรน(ขอบผลก) จะมการเรยงตวของอะตอมทไมสมบรณ หรอทเราเรยกวา Dislocation หรอแมกระทงความทโลหะไมเปนเนอเดยวกนโดยตลอด (Heterogeneous) ซงในเนอโลหะเหลานจะท าใหเกดขวของปฏกรยาไฟฟาเคมขนได และพบวาบรเวณขอบเกรนจะประพฤตตวเปนขว Anode สวนภายในเนอเกรนจะประพฤตตวเปนขวCathode

3. CONCENTRATION CELLเปนการผกรอนจากปฏกรยาไฟฟาเคมทในสารละลาย Electrolyte ม

ความเขมขนแตกตางกน ถงแมวาโลหะทแชในสารละลายจะเปนโลหะบรสทธทมเนอเดยวกนกตาม ปฏกรยาไฟฟาเคมทมความเขมขนของสารละลาย Electrolyte ทแตกตางกนน เราสามารถจ าลองขนมาไดโดยการน าเอาเหลกบรสทธ ชนดเดยวกน 2 แทง แทงแรกจมลงในสารละลายของ Fe2+ ทเจอจาง (0.001 M) และอกแทงจะจมลงในสารละลายของFe2+ ทเขมขน (0.01 M) โดยใชเยอ Porous Membrane กนไวตรงกลางเพอไมใหอนภาค Fe2+ แพรเขามาปะปนกน โดยทโลหะทแชอยในสารละลายเจอจางจะเปนขว Anode และจะเกดการผกรอน

4. OXYGEN – CONCENTRATION CELLจะเกดขนเมอเกดความแตกตางของ Oxygen เขมขนบนผวของโลหะทชน

จะกระทงเกดการ Oxidize ขน การผกรอนประเภทนมกจะเกดขนกบโลหะทเกดการ Oxidized ไดงาย เชน เหลก (Fe) ทไมไดมการเคลอบสารปองกนไว

5. การผกรอนทเกดจากปฏกรยาไฟฟาเคมแบบอนๆรปแบบของการผกรอนนนอาจจะเกดขนไดจากสาเหตอนๆ เชน เกดจาก

การผานกระแสไฟฟาจากภายนอกเขาไปในโลหะ ทาใหจดทกระแสไฟฟาไหลออกนนจะประพฤตตวเปนขว Anode หรอการผกรอนอาจจะเกดจากอณหภมทแตกตางในชนเดยวกน ซงบรเวณทมอณหภมสงกวาจะประพฤตตวเปนขวAnode และเกดการผกรอนขน

โดยท W = น าหนกของโลหะ (g) ทผกรอนในสารละลาย ณ เวลา t วนาทI = คาของกระแสไฟฟาทไหล (A)M = มวลอะตอมของโลหะ (g/mol)n = จ านวนของ e/atom ทถกผลต หรอทใชไปในขบวนการผกรอนF = คาคงทของ Faraday (96,500 C/mol หรอ 96,500 A.s./mol)i = ความหนาแนนของกระแสไฟฟา (A/cm2)A = พนทหนาตดโดยเฉลย (cm2)

nF

iAtM

nF

ItMW

กระบวนการชบทองแดงดวยกระแสไฟฟา มการใชกระแสไฟฟา 15A ในการละลายทองแดงจากขว Anode และชบทองแดงทขวCathode ถาสมมตวาไมมปฏกรยาขางเคยง จงหาวาจะตองใชเวลานานเทาใดทจะท าใหทองแดงทขว Anode เกดการกดกรอน 8.50กรม (M = 63.5 g/mol)

1. Uniform Corrosion (General Attack Corrosion) เปนรปแบบธรรมดาทสด การผกรอนเกดขนทวๆ ไปตลอดผวโลหะทสมผสกบสารละลาย เนอโลหะจะบางลงทกขณะ จนกระทงไมสามารถใชงานไดอกตอไป การผกรอนรปแบบนถงแมจะท าความเสยหายมาก แตในแงวศวกรรมแลวถอวาไมเปนปญหา เพราะการผกรอนจะเปนไปดวยอตราทคงท เราสามารถประมาณอายการใชงานของโลหะไดโดยการตรวจสอบงาย (ดวยสายตา) นอกจากนนเรายงสามารถควบคมไดงายอกดวยการปองกนและแกไข - เลอกใชวสดอนๆ ทเหมาะสมกวา

- ใชสารยบยงการผกรอน (Inhibitor)- ชบเคลอบผวโลหะดวยสารอน (Coating)

2. Galvanic Corrosion (Two – Metal Corrosion) การผกรอนรปแบบนจะตองมโลหะ 2 ชนมาประกบกนเปนเซลลไฟฟา โดยโลหะทประพฤตตวเปนขว Anode จะเกดการผกรอน การผกรอนอาจจะเกดเฉพาะจด หรออาจจะเกดเปนพนทกวางได ขนอยกบรปแบบของการประกบโลหะการปองกนและแกไข

- ระหวางโลหะทงสองควรจะมฉนวนกน- โลหะทเปน Anode (E.P ต า) ควรจะมพนทมากเมอเทยบกบพนทของขว Cathode

3. PITTING Corrosion

- สาเหตเกดจาก Concentration cell ตามบรเวณใตปะเกน หวหมด ตะป หรอตามมมอบตางๆ

- เกดในสภาวะน านงทมคลอไรดผสมอย เชน น าทะเล มกจะเกดกบโลหะประเภท Aluminum หรอ Stainless steel

การปองกนแกไข

เลอกใชโลหะชนดทมความสามารถในการตานทานการผกรอนแบบ Pitting มาใช

Relative Pitting Resistance of Some Corrosion – Resistance AlloysStainless Steel Type 304

IncreasingPITTINGResistance

Stainless Steel Type 316

Haste-Alloy F, Nionel, or Durimet 20

Haste-Alloy C, or Chlorimet 3

Titanium

4. Inter-granular and Knife Line Attack

มกเกดกบโลหะ Stainless steel ชนด 18-8 ทไดผานกระบวนการทางความรอนมาไมถกตอง (510 – 780oC)วธการแกไขตองใหความรอนจนถง 1010-1120 oC และชบใหเยนตวอยางรวดเรว

หรอผสมกบโลหะอนทรวมตวกบ C ไดงายกวา Cr เชน Nb, Ta, Ti

5. Crevice Corrosion เปนรปแบบหนงของ ElectrochemicalCorrosion ทสามารถเกดขนไดในรอยแยก รอยราว และภายใตเกราะปองกนผวทอยในสารละลายนง การผกรอนแบบ Crevice นมกจะเกดขนกบโลหะผสมเชนStainless Steel , Titanium , Aluminum และ Copper Alloy

การปองกน 1.ใชการเชอมแทนการใชตว Riveted ในโครงสราง2.ออกแบบภาชนะทมรระบายเพอปองกนการสะสมตวของ

สารละลาย3.ใชปะเกนทไมดดซบสารละลาย เชน Teflon

6. Erosion Corrosion การผกรอนรปแบบนพบไดมากในเครองจกร หรออปกรณทตองสมผสกบน า หรอของเหลวใดๆ ทมความเรวในการไหลสงๆ เชน ใบพดเรอ, ใบพดของเครองสบน า, ขอเลยวของทอ ฯลฯ การผกรอนรปแบบนเกดจากสาเหต 2 ประการคอ1.Electrochemical Corrosion 2.แรงกระแทกของของไหลหรอจากเศษผงอนๆ ในของไหล. ซงโลหะบางชนดอาจจะสามารถสราง Oxide Film เพอปกปองไดด แตเมออยในสภาพน าไหลแรง หรอมแรงกระแทกตางๆ กจะท าให Oxide Film นนถกท าลายไป โลหะกจะผกรอนเรวขนการปองกน 1.ตองเลอกโลหะทผานการตรวจสอบวามความทนทานตอการใชงาน

7. Dezincification การผกรอนรปแบบนจะเกดขนกบโลหะทองเหลอง โดยเฉพาะทองเหลองทน าไปใชงานในน าเคม ท าใหสงกะสในทองเหลองจะถกละลายไปเหลอแตทองแดง ท าใหทองเหลองจะมลกษณะพรนเพราะอะตอมของสงกะสหลดออกมา ชนงานจงมความแขงแรงลดลง จะสงเกตไดงายเพราะชนงานทเกดการผกรอนแบบนจะมสคลายทองแดง

วธการปองกน 1.ตองใชทองเหลองซงมดบก, Antimony, Arsenic, และPhosphorus ผสมอย เชน Admiralty Metal (1%TIN, 29%Zinc,70%Copper) ซงเปนทองเหลองทเหมาะส าหรบใชงานในน าทะเลโดยเฉพาะ

8. Stress Corrosion การผกรอนรปแบบนเปนผลของการผกรอนทวๆ ไปรวมกบ Stress ทเกดขนกบโครงสรางของโลหะ (ซงจะม 2 แบบคอ Stressภายนอกทกระท ากบโลหะเนองจากการใชงาน และStress ภายในทเกดจากการขนรป, เปลยนรป หรอการเชอม) การเกด Stress Corrosion มกจะเรมจากการผกรอนทอาจจะเกดขนไดทวๆ ไป ทจดใดจดหนงกอนซงจะเปนจดเรมตน แตเมอม Stress เขามาเกยวของมากขน จนท าใหโลหะนนแยกออกจากกนไดอยางเรวขน(อตราการผกรอนเรวขน)การปองกน 1. อบโลหะทอณหภมสง เพอคลายความเครยดทสะสมอย

2. ลดความรนแรงจากสงแวดลอม เชนอณหภม, ความเขมขน ฯลฯ

9. Fretting Corrosion การผกรอนรปแบบนเปนการผกรอนทเกดจากการขดส ซงไมเกยวกบปฏกรยา Electrochemical Cell เลย ยกตวยางเชน เพลาลอรถทจอดทงไวนานๆ ซงบรเวณทเพลากบแบรง จะมการขยบเคลอนไหวเลกนอยอยเสมอ การขดสระหวางผวทงสองจะท าใหอนภาคของเหลกหลดออกมา และถกOxidized โดยอากาศจนเปนเหลกออกไซด ยงถามน าหนกมากด การผกรอนกจะยงมมากขน แมการหลอลนดวยน ามนจะชวยไดบาง แตกไมสามารถปองกนได 100%วธการปองกนทดทสดคอ ตองไมใหมการขยบเคลอนไหว หรอการขดสระหวางผวทงสอง หรอมฉะนนกใหมนมการเคลอนไหวตลอดเวลาไปเลย

การปองกนและการบ ารงรกษาเครองจกรอปกรณตางๆ ไมใหเกดการผกรอนไปโดยรวดเรวนน อาจจะกระท าไดหลายวธดวยกน ทงนขนอยกบตนทน และสภาพของสงแวดลอม ซงวธการทวๆไปกไดแก

1. Alloying (Using Better Corrosion Resistant Materials)2. Cathodic Protection3. Metallic and Inorganic Coating4. Organic Coating5. Metal Purification6. Alternation of Environment7. Use of Non-Metallic