Metals and metal corrosion

Metal and alloys Metal corrosion

These subjects will be presented according to the curriculum of Apply Chemistry (02-411-105), Faculty of Science and Technology, RMUTP

Dr.Woravith Chansuvarn

ทบทวน

2

ทบทวน-โครงผลึกของโลหะ

3

4

90% ของโลหะมีรูปผลกึเป็น body centered cubic (BCC) อีก 10% จะเป็น face centered cubic (FCC) และ hexagonal close packed (HCP)

BCC FCC

HCP

โครงผลึกของโลหะ

5

ตารางเปรียบเทยีบสมบัตโิลหะ อโลหะและกึ่งโลหะ

6

สมบัตขิองโลหะ

โลหะ คือ วสัดท่ีุประกอบด้วยธาตโุลหะที่มีอิเลก็ตรอนอิสระอยู่มากมาย นัน่คืออิเลก็ตรอนเหลา่นีไ้ม่ได้เป็นของอะตอมใดอะตอมหนึง่โดยเฉพาะ ท าให้มนัมีคณุสมบตัิพิเศษหลายประการ เช่น เป็นตวัน าไฟฟ้าและความร้อนได้ดีมาก ไม่ยอมให้แสงผ่าน ผิวของโลหะท่ีขดัเรียบจะเป็นมนัวาว

โลหะมีความแข็งแรงพอสมควรและสามารถแปรรูปได้จงึถกูใช้งานในด้านโครงสร้างอย่างกว้างขวาง

ตวัอย่างโลหะ เหลก็ ทอง เงิน ทองแดง ตะกัว่

7

สมบัตโิลหะ - เหล็ก

8

เหล็ก (lron) จะใช้สญัลกัษณ์วา่ Fe ซื่อมาจากภาษาละติน Ferrum ถือได้วา่เป็นวสัดวุิศวกรรมตวัหนึง่ ซึง่มาทางสายโลหะ กลุม่เหลก็ได้จากการแปรรูปจากสนิแร่เป็นโลหะ หรือด้วยการถลงุแร่

เป็นตวัไฟฟ้าและน าความร้อนได้ด ี เคาะมีเสียงดงักงัวาน มีความเเข็งแรงและความเหนียว ผิวขดัเป็นเงา มนัวาวได้ จดหลอมเหลวคอ่นข้างสงู มีความคงทนถาวร

9

แมงกานิส (Mn) เป็นโลหะหนกั มีสีขาวเทา จดุหลอมเหลว 1250 C • เม่ือเติมลงไปในเหลก็จะท าให้เหลก็ทนทานตอ่แรงดงึมากขึน้

• ลดคณุสมบตัิในการเป็นตวัน าไฟฟ้าและความร้อนในสเตนเลส

โครเมียม (Cr) จะเป็นตวัช่วยเพิ่มความต้านทานตอ่การกดักร่อนในสภาพบรรยากาศทัว่ไป สเตนเลสต้องมีโครเมียมผสมอยูอ่ยา่งน้อย 10.5 %

นิกเกิล (Ni) ช่วยเพิ่มความต้านทานการกดักร่อน เพิ่มความสามารถในการขึน้รูปเยน็ได้ดี เพิ่มความสามารถในการเช่ือมสเตนเลส สว่นใหญ่จะผสมอยู ่2 ช่วง คือ 0% (ปริมาณเลก็น้อยท่ีติดมากบัเหลก็) และ 9% (6-15%)

10

โมลิบดีนัม (Mo) ช่วยเสริมผลความต้านทานการกดักร่อนของโครเนียม

ไททาเนียม (Ti) ช่วยปรับปรุงความต้านทานตอ่การกดักร่อนของโครเมียมโดยจะป้องกนัการเกิดโครเมียมคาร์ไบด์

ทองแดง (Cu) คณุสมบตัิออ่นเหนียว ขยายตวัแยกตวัได้ดี เป็นตวัน าไฟฟ้าที่ดีทนตอ่การกดักร่อน ใช้ผสมในสเตนเลสบางเกรดเพื่อปรับปรุงคณุสมบตัิด้อยบางประการของสเตนเลสให้ดีขึน้

สมบัตขิองโลหะเจือ

11

โลหะเจือหรือโลหะผสม (หรือท่ีเรียกวา่ อลัลอย) คือวสัดท่ีุเกิดจากการรวมกนัของโลหะตัง้แต ่2 ชนิดขึน้ไปตามอตัราสว่นเพื่อให้ได้คณุสมบตัิทางกล ทางไฟฟ้าและเคมีตามความต้องการ โดยวสัดโุลหะเจือท่ีได้จะมีคณุสมบตัิแตกตา่งจากสว่นประกอบเดิมของมนั ถ้าเกิดจากโลหะ 2 ชนิด เรียกวา่ binary alloy 3 ชนิด เรียกวา่ ternary alloy 4 ชนิด เรียกวา่ quaternary alloy

ประเภทโลหะเจือ

12

อะลมูิเนียมสมัฤทธ์ิ (aluminium bronze)

อลันิโก (alnico) อะมันกัม (amalgam) ทองเหลือง (brass) ทองสัมฤทธ์ิ (bronze) ดรูาลมูิน (duralumin) อีเลก็ตรัม (electrum) กาลนิสแตน (galinstan) อินเตอร์เมทลัลิก (intermetallics)

ม-ูเมทลั (mu-metal) นิกโครม (nichrome) ปิวเตอร์ (pewter) ฟอสเฟอร์สมัฤทธ์ิ (phosphor

bronze) โซลเดอร์ (solder) สไปเจไลเซน (spiegeleisen) เหล็กไร้สนิม (stainless steel) เหล็กกล้า (steel) เงิน สเตอร่ิง (sterling silver) โลหะไม้ (wood's metal)

โลหะผสม

13

โลหะที่ไม่ใชเ่หลก็น ามาผสมกนัตัง้แตส่องชนิดขึน้ไปโดยมีความหนาแน่นมากกวา่ 5 kg/cm2

โลหะที่เกิดจากการผสมนีมี้คณุสมบตัิดีกวา่โลหะแม ่(โลหะเดิม)

ข้อดขีองโลหะผสม คือ มีความแข็ง ความแข็งแรง ทนตอ่การสกึหรอ ปรับปรุงคณุสมบตัิได้ตามต้องการและทนตอ่ความเค้นแรงดงึ

ข้อเสียของโลหะผสม คือจดุหลอมเหลวจะลดลง การน าไฟฟ้าจะลดลง

โลหะผสม : ทองแดงผสม

14

ทองเหลือง : เกิดจากทองแดง (Cu) ผสมกบัสงักะสี (Zn)

คณุสมบตัทิางกายภาพเช่น มีสีเหลือง ใช้งานมากท่ีสดุ มีทองแดงผสมอยู ่50% ถ้าผสมมากกวา่นี ้เช่นมีทองแดง 70% ขึน้ไปจะท าให้เนือ้ทองแดงออ่นมาก เรียกวา่ ทอมบคั (Tombak)

สามารถรีดเป็นแผน่ได้หรือดงึเป็นเส้นได้ การน าไฟฟ้าลดลง และความแข็งเพิ่มขึน้

อุตสาหกรรมผลิตทองเหลือง ปริมาณ Zn ชื่อทางการค้า ประโยชน์

< 5% gilding metal ท าเหรียญ 10% Bronze บรอนซ์ คล้ายคลงึกบั gilding

metal 12.5% jewelry bronze ท าเคร่ืองประดบั 15% red brasses เคร่ืองตนตรี 30% cartridge brass ท าปลอกกระสนุปืน 35% yellow brass การใช้งานใกล้เคียงกบั

cartridge brass 40% munts metal 15

16

ทองเหลือง (ทองแดง+สงักะสี) ท่ีใช้ท าเคร่ืองใช้เคร่ืองประดบั และงานทางศลิปะ ทองเหลืองท่ีใช้งานทัว่ๆ ไปมีอยูม่ากมายหลายชนิด แตส่ามารถแยกออกเป็นประเภทใหญ่ๆ 2 ประเภท คือ ทองเหลืองแอลฟา (alpha brass) และทองเหลืองแอลฟา-บีตา (alpha-beta brass)

ทองเหลืองแอลฟา คือ ทองเหลืองท่ีมีสว่นผสมของทองแดงมากกวา่ร้อยละ 61 ทองเหลืองประเภทนีอ้อ่น สามารถตีแผ่ หรือท าเป็นรูปร่างตา่งๆ ได้ง่ายเหมาะส าหรับท าภาชนะ และเคร่ืองใช้ตา่งๆ ทองเหลืองแอลฟา-บีตา ประกอบด้วยทองแดงระหวา่งร้อยละ 54-61 ทองเหลืองชนิดนีแ้ข็ง และเปราะกวา่ชนิดแรก ใช้ท าชิน้สว่นหรือสว่นประกอบของเคร่ืองจกัร

17

ทองเหลืองผสมโลหะอื่น

18

ทองเหลืองอะลมิูเนียม (Cu+Zn+AI : MSAI) มีอะลมิูเนียมผสมอยูไ่ม่เกิน 3%

ทองเหลืองแมงกานิส (Cu+Zn+Mn : MSMh) มีแมงกานีสผสมอยูน้่อยมากท าให้แข็ง ขึน้

ทองเหลืองเหลก็ (Cu+Zn+Fe : MSFe) มีเหลก็ผสมอยู ่1-3% ช่วยให้หลอ่หลอมได้งา่ย

ทองเหลืองตะกัว่ (Cu+Zn+Pb : MSPb) มีตะกัว่ปนอยู ่1-2% ช่วยให้ใช้กบังานกลงึได้ดีและงา่ยขึน้

ส าริด หรือ สัมฤทธ์ิ

19

ส าริด หมายถงึโลหะที่มีสว่นผสมของแร่ทองแดงเป็นหลกั มีดีบุกเป็นสว่นผสม

ส าริดเป็นโลหะที่แข็งแรง และเหนียว และมีการใช้งานอยา่งกว้างขวางในทางอตุสาหกรรม

นอกจากดีบกุ บางครัง้ก็มีธาตอุื่นๆ เช่นฟอสฟอรัส, แมงกานีส, อะลมิูเนียมหรือซิลิกอน

ส าริดทางอุตสาหกรรม

20

ส าริด โลหะผสมอ่ืน สมบัตแิละประโยชน์ Sn < 8% คอ่นข้างออ่น ตีแผ่ หรือรีดได้ง่าย เหมาะกบังาน

ทัว่ๆ ไป Sn < 8% แตส่งักะสีหรือตะกัว่

ผสมอยูด้่วย เช่น ส าริด 5-5-5 มีสว่นผสมของดีบกุสงักะสีและตะกัว่อยา่งละ 5% ใช้ท าเฟืองและหลอ่ท าเคร่ืองสบูน า้

Sn 8-10% อาจมีสงักะสี หรือตะกัว่ปนอยูบ้่าง

ใช้ท าทอ่น า้

Sn 6-14%

มีฟอสฟอรัส 0.1-0.6% ทนตอ่การกดักร่อนของน า้ทะเล ท าชิน้สว่นของเรือเดินทะเล เช่น ใบพดัเรือ และท าเฟืองเกียร์

Sn 0-10% มีตะกัว่ผสม 8-20% ใช้ท าแทน่รองรับ (bearing) Sn 30% ผสมตะกัว่และสงักะสีลง

ไปเลก็น้อย ใช้ท าระฆงั หรือเคร่ืองเสียง

บรอนซ์ผสมโลหะอ่ืนๆ

21

บรอนซ์อะลมูิเนียม (Cu+Zn+Sn+AI : BZAI) ทนตอ่การกดักร่อนได้ดี เช่ือมได้ดี

บรอนซ์ดีบกุ (Cu+Zn+Sn : BZSn) มีดีบกุไม่เกิน 20% มีความแข็งแรงใช้ท าสปริงล้อตามตวัหนอนในกงัหนั ตะแกรงลวด งานตอ่เรือเดินทะเล

บรอนซ์ตะกัว่ (Cu+Zn+Sn+Pb : BZPb) มีผิวลื่น รับแรงกดอดับนผิวตวัมนัเองใช้ท าเป็นวสัดแุบร่ิง

บรอนซ์เบริลเลียม (Cu+Zn+Sn+Be : BZBe) มีความยืดหยุน่ ชบุแข็งได้แตต้่องเผาให้ร้อน 7000–8000 C

ทองแดงหลอ่ (Cu+Zn+Sn+Pb : BZPb) เป็นบรอนซ์ชนิดหนึง่มีสีคอ่นข้างแดงมีคณุสมบตัิเป็นวสัดแุบร่ิงท่ีดี รับภาระหนกัได้ใช้ท าแบร่ิงใช้หลอ่เป็นตวัหนอนและล้อตามตวัหนอน

White metal

22

• โลหะผสมตะกัว่–พลวง (Pb+Sb) เป็นโลหะผสมตามอตัราสว่น แตถ้่าผสมพลวงมากขึน้มีความแข็งและเปราะ

• โลหะผสมดีบกุ–พลวง–ทองแดง (Sn+Sb+Cul) โดยทัว่ไปเรียกโลหะนี ้วา่โลหะแบปบิต (babbitt metal) ราคาแพงกวา่ตะกัว่ผสมพลวงแตมี่คณุสมบตัิดีกวา่เพราะมีดีบกุผสมอยูม่าก ช่วยให้ไม่แข็งและมีความเปราะลดลงใช้งานเหมือนกบัตะกัว่ผสมพลวง

โลหะนิกเกิลผสม

23

นิกเกิลผสมทองแดง (Ni+Cu) มีนิกเกิล 70% ทองแดง 30% เป็นโลหะชนิดใหม่เรียกวา่ โมเนล (monel) เป็นโลหะท่ีทนตอ่การกดักร่อน และทนตอ่อณุหภมูิตา่งๆ ได้ดี โลหะนีใ้ช้ท าอปุกรณ์ไฟฟ้า ท าขดลวดต้านทาน แหวนลกูสบูเคร่ืองยนต์

นิกเกลผสมเหล็ก (Ni+Fe) โลหะชนิดนีเ้รียกวา่ invar steel ถ้านิกเกิลผสมอยูเ่กิน 25% ขึน้ไป เหล็กจะหมดคณุสมบตัิแม่เหลก็ ถ้านิกเกิล 30% จะมีความต้านทานสงูใช้ประโยชน์เหมือนกบันิกเกิลผสมทองแดง

นิกเกิลผสมโครเมียม (Ni+Cr) มีนิกเกิล 70-92% โครเมียม 8-30% ทนตอ่ความเร็วสงู ทนตอ่กรด

โลหะดีบุกผสม

24

• โลหะบดักรีชนิดมีตะกัว่ (Normal Solder) • โลหะบดักรีชนิดไมมี่ตะกัว่ (lead Free Solder)

โลหะกลุม่นีเ้ป็นโลหะท่ีมีจดุหลอมต ่า มีคณุสมบตัิความลื่นตวัและมีจดุหลอมต ่า ด้านประโยชน์ใช้ท าโลหะบดักรี อปุกรณ์ในมิเตอร์วดัน า้ ใช้ท ามิเตอร์ไฟฟ้า

โลหะเบาผสม

25

อะลมูิเนียม (Al) คณุสมบตัิทนตอ่บรรยากาศ น า้หนกัเบา น าไฟฟ้าได้ น าความร้อยได้ดี เช่ือมและบดักรีได้ ท าให้เป็นผลได้ และราคาถกู ประโยชน์ ท าแผน่สะท้อนแสง สร้างยานอวกาศ เป็นวสัดกุ่อสร้าง ถงัรถบรรทกุเคมีภณัฑ์ ท าสายเคเบลิ ท าแผ่นฟอยด์ ใช้สร้างเคร่ืองบนิ ท าภาชนะอาหาร ใช้โรงงานอตุสาหกรรม ถงัน า้มนั ท าโลหะผสม ท าคอนเดนเชอร์วิทย ุ

แมกนีเซียม (Mg) คณุสมบตัิเป็นโลหะท่ีเบาท่ีสดุ แข็งแรงน้อย ต้องผสมกบัโลหะอื่น แมกนีเซียมผสมชบุแข็งได้ ไมท่นตอ่การกดักร่อน ลกุตดิไฟ เปลวไฟพะเนียง ประโยชน์ผสมกบัโลหะอื่น ใช้ท าหลอดไฟถ่ายรูป ท าดอกไม้ไฟ

โลหะเบาผสม

26

ไทเทเนียม (Ti) คณุสมบตัิมีจดุหลอมเหลวสงู (1,727 C) น า้หนกัเบา มีความแข็งแรงสงู ทนตอ่การกดักร่อนได้ดี มีความแข็ง ประโยชน์ใช้ท าโครงสร้างจรวด ท าโครงสร้างยายอวกาศ ท าแผ่นกัน้ความร้อน

เซอร์โคเนียม (Zr) มีคณุสมบตัิทนการกดักร่อน ทนกรดและน า้ทะเล ทนความร้อนได้สงูมาก ประโยชน์ใช้ในการเตาปฏิกรณ์ปรมาณ ูท าหลอดไฟถ่ายรูป ชิน้สว่นท่ีใช้ผงัในการผ่าตดั เช่นสกรู หมดุย า้

เบริลเลียม (Be) คณุสมบตัิยดึตวัได้น้อย น า้หนกัเบา ฝุ่ นของมนัเป็นพิษตอ่ร่างกาย ทนความร้อนได้ 1,285 C มีความแข็งแรง ทนตอ่การกดักร่อนได้สงู ประโยชน์ใช้เป็นโลหะผสม ใช้กบังานท่ีต้องการความแข็งแรง สร้างยานอวกาศ เป็นวสัดกุ่อสร้าง ท าถงัรถบรรทกุเคมีภณัฑ์ ถงัน า้มนั ท าโลหะผสม ท าคอนเดนเชอร์วิทย ุ

โลหะผสมที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ

27

มีเหลก็เป็นองค์ประกอบหลกั เรียกวา่ ferrous alloy • Stainless steel (Cr, Ni) • Surgical (Cr, Mo, Ni) • Tool steel (W, Mg) • Chromoly (Cr, Mo)

มีเหลก็น้อยกวา่ 50% เรียกวา่ ferroalloy • Ferroboron • Ferrochrome • ferromagnesium

ไม่มีเหลก็เป็นองค์ประกอบ เรียกวา่ nonferrous alloy • Nickel alloy, copper alloy, gold alloy, mercury alloy

(amalgum), lead alloy (solder)

ferrous alloy

28

Stainless steel Surgical

Tool steel Chromoly

เหล็กกล้า (Steel)

29

เป็นเหลก็ท่ีผลิตได้จากการหลอมละลายเหลก็ดิบสขีาว

จะมีปริมาณธาตคุาร์บอนผสมอยู่ประมาณ 0.008-2% โดยน า้หนกั นอกจากนีย้งัมีธาตอ่ืุนปนอยูใ่นรูปของสารมลทิน เช่น ซลิกิอน (Si) แมงกานีส (Mn) ฟอสฟอรัส (P) และก ามะถนั (S)

ทนตอ่แรงดงึ แรงบดิ การขึน้รูป มีจดุหลอมเหลวสงูกวา่เหลก็ดบิ เพราะมี

ปริมาณคาร์บอนต ่า

เหล็กกล้าคาร์บอน (carbon steel)

30

1) เหล็กกล้าคาร์บอนต ่า (Low carbon steel) • เป็นเหลก็ท่ีมีปริมาณคาร์บอนไมเ่กิน 0.25% • มีธาตอ่ืุนผสมอยูด้่วย เช่น Mn, Si, P, S แตมี่ปริมาณน้อย

• น าไปใช้ในอตุสาหกรรมและในชีวิตประจ าวนัไม่ต ่ากวา่ 90%

• ขึน้รูปง่าย เช่ือมง่ายและราคาไมแ่พง โดยเฉพาะเหลก็แผน่มีการน ามาใช้งานอยา่งกว้างขวาง เช่น ตวัถงัรถยนต์ ชิน้สว่นยานยนต์ตา่งๆ กระป๋องบรรจอุาหาร สงักะสีมงุหลงัคา เคร่ืองใช้ในครัวเรือนและในส านกังาน

คือเหลก็กล้าท่ีมีสว่นผสมของธาตคุาร์บอนเป็นธาตหุลกัท่ีมีอิทธิพลอยา่งมากตอ่คณุสมบตัิทางกลของเหล็ก

เหล็กกล้าคาร์บอน (carbon steel)

31

• มีปริมาณคาร์บอน 0.2-0.5% • มีความแข็งแรงและความเค้นแรงดงึ

มากกวา่ เหลก็กล้าคาร์บอนต ่า แตจ่ะมีความเหนียวน้อยกวา่

• สามารถน าไปชบุแข็งได้ เหมาะกบั งานท าชิน้สว่นเคร่ืองจกัรกล รางรถไฟ เฟือง ก้านสบู ท่อเหลก็ ไขควง เป็นต้น

2) เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง (Medium carbon steel)

เหล็กกล้าคาร์บอน (carbon steel)

32

3) เหล็กกล้าคาร์บอนสูง (High carbon steel) • มีปริมาณคาร์บอน 0.5 - 1.5% • มีความแข็งความแข็งแรงและความ

เค้น-แรงดงึสงู • เม่ือชบุแข็งแล้วจะเปราะ เหมาะ

ส าหรับงานท่ีทนตอ่การสกึหรอ ใช้ในการท าเคร่ืองมือ สปริงแหนบ ลกูปืน เป็นต้น

เหล็กกล้าประสม (Alloys Steel)

33

• เหลก็ท่ีมีธาตอ่ืุนนอกจากคาร์บอนผสม • ธาตบุางชนิดท่ีผสมอยู ่อาจมีปริมาณมากกวา่คาร์บอนท่ีผสมลงไป

ได้แก่ Mo, Mn, Si, Cr, Al, Ni และ V เป็นต้น • เพื่อท าให้คณุสมบตัิของเหลก็เปลี่ยนไป

• เพิ่มความแข็ง • เพิ่มความแข็งแรงท่ีอณุหภมูิปกตแิละอณุหภมูิสงู • เพิ่มคณุสมบตัิทางฟิสกิส์ • เพิ่มความต้านทานการสกึหรอ • เพิ่มความต้านทานการกดักร่อน • เพิ่มคณุสมบตัิทางแม่เหลก็ • เพิ่มความเหนียวแน่นทนตอ่แรงกระแทก

34

1. เหล็กกล้าประสมต ่า (Low Alloy Steels ) • เป็นเหลก็กล้าท่ีมีธาตปุระสมรวมกนัน้อยกวา่ 8% • ธาตท่ีุผสมอยูค่ือ Cr, Ni, Mo, Mn • ปริมาณของธาตท่ีุใช้ผสมแตล่ะตวัจะไมม่ากประมาณ 1–2% • การผสมท าให้เหลก็สามารถชบุแข็งได้ มีความแข็งแรงสงู เหมาะส าหรับใช้ในการท าชิน้สว่นเคร่ืองจกัรกล เช่น เฟือง เพลาข้อเหวี่ยง จนบางครัง้มีช่ือวา่เหลก็กล้า เคร่ืองจกัรกล

2. เหล็กกล้าประสมสูง (High alloy steels) • เหลก็กล้าประเภทนีจ้ะถกูปรับปรุงคณุสมบตัิ ส าหรับการใช้งาน

เฉพาะอยา่ง ซึง่ก็จะมี ธาตปุระสมรวมกนัมากกวา่ 8% เช่น เหลก็กล้าทนความร้อน เหลก็กล้าทนการเสียดสี และเหลก็กล้าทนการกดักร่อน

การผลิตเหล็กกล้า (steel)

35

การผลิตเหลก็กล้าสิ่งเจือปน (impurity) จะถกูก าจดัออกโดยใช้ O2 SiO2(s) + CaO(s) CaSiO3(l) P4O10(l) + 6CaO(s) 2Ca3(PO4)2(l) MnO(s) + SiO2(s) MnSiO3(l)

http://www.youtube.com/watch?v=UnaDF9tqESk

ประเภทเหล็กกล้า

36

เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless steel)

37

เหลก็กล้าที่ผสมโครเมียมอย่างน้อย 10.5 % ท าให้มีคณุสมบตัิต้านทานการกดักร่อน โดยเหลก็กล้าไร้สนิมจะสร้างฟิล์มของโครเมียมออกไซด์ที่บางและแน่นที่ผิวเหลก็กล้า ซึง่จะปกป้องเหลก็กล้าจากบรรยากาศภายนอก

ประเภทของเหล็กกล้าไร้สนิม

38

1. เหลก็กล้าไร้สนิมเฟอร์ริติก (Ferritic) 2. เหลก็กล้าไร้สนิมออสเตนนิติก (Austenitic) 3. เหลก็กล้าไร้สนิมดเูพลก็ซ์ (Duplex) 4. เหลก็กล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก (Martensitic) 5. เหลก็กล้าไร้สนิมอบชบุแข็งด้วยการตกผลกึ (Precipitation-

hardening)

เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริตกิ (Ferritic)

39

ท่ีใช้กนัมากจะผสม Cr ประมาณ 12% หรือ 17% มีคณุสมบตัิท่ีแม่เหลก็สามารถดดูติดได้ มีราคาถกูกวา่เมื่อเทียบกบักลุม่ออสเตนนิติก การใช้งาน เช่น ชิน้สว่นเคร่ืองซกัผ้า ชิน้สว่นระบบท่อไอเสียและในบาง

เกรดจะผสมโครเม่ียมสงูเพื่อใช้กบังานท่ีต้องทนอณุหภมูิสงู

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิตกิ (Austenitic)

40

ท่ีใช้กนัมากจะผสมโครเมียมประมาณ 17% และนิกเกิล (Ni) ประมาณ 9%

การผสมนิกเกิลช่วยเพิ่มความต้านทานตอ่การกดักร่อน

ด้านคณุสมบตัิเชิงกล เหลก็กลุม่ออสเตนนิตกิจะมีคา่ความต้านทานแรงดงึใกล้เคียงกบัของกลุม่เฟอร์ริติก

การใช้งาน เช่น หม้อ ช้อน ถาด

เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิตกิ (Martensitic)

41

จะผสมโครเมียมประมาณ 11.5-18% มีคาร์บอนพอสมเหมาะและสามารถชบุแข็งได้ มีคณุสมบตัิต้านทานการสกึกร่อนและแข็งแรงทนทานได้ดีย่ิงกวา่สเตนเลสกลุม่ออสเทนนิติกและเฟอร์ริติก มกัน าไปใช้งานที่ส าคญัในการผลิตเคร่ืองตดั อตุสาหกรรมเคร่ืองบิน พดัลมกงัหนั เป็นต้น

เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ (Duplex)

42

จะมีโครงสร้างผสมระหวา่งออสเตนไนต์และเฟอร์ไรต์ มีโครเมียมผสมประมาณ 21-28% และนิกเกิลประมาณ 3-7.5% มีทัง้ความแข็งแรงและความเหนียวสงู มีคณุสมบตัิทนตอ่การกดักร่อน คณุสมบตัิทางกาพภาพอยูร่ะหวา่งสเตนเลสกลุม่ออสเทนนิติกและเฟอร์ริติก แตใ่กล้เคียงกบัเฟอร์ติตกิและเหล็กคาร์บอนมากกว่า คณุสมบตัิทนตอ่การกดักร่อนแบบรูเข็ม (Pitting) และแบบซอกอบั (Crevice)

เหล็กกล้าไร้สนิมอบชุบแข็งด้วยการตกผลกึ

43

เหลก็กล้าไร้สนิมอบชบุแข็งด้วยการตกผลกึ มีโครเมียมผสมประมาณ 15-18% และนิกเกิลอยูป่ระมาณ 3-8%

เหลก็กล้ากลุม่นีส้ามารถท าการชบุแข็งได้ จงึเหมาะส าหรับท าแกน ป๊ัม หวัวาล์ว

การกัดกร่อนของโลหะ

44 http://www.youtube.com/watch?v=YAg9AYqGGT0

สาเหตุการกัดกร่อนของโลหะ

45

• การผกุร่อนของโลหะคือการท่ีโลหะท าปฏิกิริยากบัสารตา่งๆ ในสิง่แวดล้อมรอบๆ แล้วท าให้โลหะนัน้เปลี่ยนสภาพไปเป็นสารประกอบประเภทออกไซด์หรือไฮดรอกไซด์

• การผกุร่อนของโลหะท่ีพบบอ่ยในชีวิตประจ าวนัได้แก่ เหลก็เป็นสนิม (สนิมเหลก็เป็นออกไซด์ของเหลก็ Fe2O3.xH2O)

• การท่ีอะตอมของโลหะท่ีถกูออกซไิดส์แล้วรวมตวักบัออกซิเจนในอากาศเกิดเป็นออกไซด์ของโลหะนัน้ เช่น สนิมเหลก็(Fe2O3) สนิมทองแดง (CuO) หรือสนิมอลมูิเนียม (Al2O3)

46

47

1) เกิดการผกุร่อนด้วยปฏิกิริยาเคมีโดยตรง (direct chemical corrosion) เป็นการเกิดปฏิกิริยาเคมีโดยตรงระหวา่งผิวโลหะและแก๊ส เช่น O2 SO2 เป็นต้น และปฏิกิริยาดงักลา่วมกัเกิดท่ีอณุหภมูิสงู

2) เกิดการผกุร่อนด้วยปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี (electro–chemical corrosion) โลหะจะผกุร่อนได้ จะต้องมี electrolyte ซึง่อาจจะเป็นบรรยากาศท่ีชืน้หรือของเหลวใดๆ ท่ีโลหะสมัผสัอยู ่ปฏิกิริยาแบบนี ้จะเกิดการเคลื่อนท่ีของอิเลก็ตรอนจากโลหะท่ีผกุร่อนซึง่เรียกว่า anode ไปยงัโลหะหรือธาตซุึง่ anode สมัผสัอยู ่โลหะหรือธาตตุวัหลงันีเ้รียกวา่ cathode เป็นขัว้ท่ีมีประจบุวก (cation) วิ่งไปหา ในขณะท่ีขัว้ anode มีประจลุบ (anion)

ประเภทการกัดกร่อน

48

1. การกัดกร่อนแบบสม ่าเสมอ (Uniform Corrosion)

2. การกัดกร่อนเน่ืองจากความต่างศักย์ (Galvanic Corrosion)

ประเภทการกัดกร่อน

49

3. การกัดกร่อนแบบช่องแคบ (Crevice Corrosion) 4. การกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (Pitting)

ประเภทการกัดกร่อน

50

5. การกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular Corrosion) 6. การผุกร่อนแบบเลือก (Selective Leaching or Dealloying)

ประเภทการกัดกร่อน

51

7. การกัดเซาะ (Erosion Corrosion) 8. Stress corrosion

การป้องกันการกัดกร่อน

52

1) การป้องกนัการถกูกบั O2 และความชืน้ โดยการทาสี ทาน า้มนั เคลือบพลาสติก

2) ชบุหรือเคลือบด้วยโลหะอ่ืนบางชนิด เช่น Al Cr Zn โลหะเหลา่นีเ้ม่ือท าปฏิกิริยากบั O2 จะเกิดเป็นออกไซด์ ท่ีคอ่นข้างคงตวั สลายตวัยากเคลือบท่ีผิวของโลหะ (Fe) ท าให้โลหะไมเ่กิดการผกุร่อน วิธีนี ้เรียกวา่ อะโนไดซ์ (anodize)

3) ท าเป็นโลหะผสม โดยการน าโลหะตัง้แต ่2 ชนิดขึน้ไปมาหลอมรวมกนั ท าให้ทนตอ่การผกุร่อน

4) วิธีแคโทดกิ เน่ืองจากการผกุร่อนของโลหะ คือ การท่ีโลหะเสียอิเล็กตรอน จงึเปรียบได้กบัขัว้แอโนด ดงันัน้ถ้าต้องการไมใ่ห้โลหะเกิดการผกุร่อน จะต้องท าให้โลหะนัน้มีสภาวะเป็นแคโทด หรือคล้ายแคโทด

การป้องกันการผุกร่อนของถังเหล็กโดยใช้ขัว้ Mg

53

กิจกรรม

นกัศกึษาค้นคว้าวิธีการป้องกนัการผกุร่อนของโลหะคนละ 1 วิธี บอกวิธีการ อปุกรณ์ และประโยชน์ พร้อมยกตวัอย่างวิธีดงักลา่วที่ใช้จริงในทางอตุสาหกรรม หรือทางอื่นๆ

เขียนด้วยลายมือ ไม่เกิน 1/2 หน้ากระดาษ A4

ก าหนดสง่ สปัดาห์ถดัไป

54