Ce diaporama a bien été signalé.
Nous utilisons votre profil LinkedIn et vos données d’activité pour vous proposer des publicités personnalisées et pertinentes. Vous pouvez changer vos préférences de publicités à tout moment.

Corrosion สนิมและการกัดกร่อน r1

20 609 vues

Publié le

Corrosion สนิมและการกัดกร่อน r1

Publié dans : Ingénierie

Corrosion สนิมและการกัดกร่อน r1

  1. 1. Fundamental of Corrosion ความรู้เบื้องต้นเรื่องสนิม และการกัดกร่อน
  2. 2. การจาแนกประเภทของการกัดกร่อน1 ปฏิกิริยาไฟฟ้ าเคมี2 การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน3 คุณสมบัติของวัสดุ4 Contents
  3. 3. การจาแนกประเภทของการกัดกร่อน
  4. 4. การจาแนกประเภทของการกัดกร่อน กัดกร่อน (Corrosion) คือ ปฏิกิริยาระหว่างวัสดุโลหะกับ สิ่งแวดล้อมซึ่งนาไปสู่การเสื่อมสภาพของวัสดุนั้น และยังผลให้ ความสามารถในการทาหน้าที่ของวัสดุดังกล่าวเสียไป โดยส่วน ใหญ่ปฏิกิริยาดังกล่าวจะเป็นปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า แต่ทั้งนี้สามารถ เป็นปฏิกิริยาเคมี หรือปฏิกิริยาทางกายภาพของโลหะได้เช่นกัน การกัดกร่อนของเหล็ก เรียกว่าการเกิดสนิม หรือเหล็กออกไซด์ เกิดจากเหล็กทาปฏิกิริยากับออกซิเจนโดยออกซิเจนจากอากาศ หรือน้า
  5. 5. การจาแนกประเภทของการกัดกร่อน แบ่งตามสภาวะแวดล้อมที่เกิดขึ้นสามารถแบ่งการกัดกร่อนออก ได้เป็น 2 ประเภทคือ  การกัดกร่อนในสภาพชื้น (Wet corrosion) การกัดกร่อน ประเภทนี้จะเกิดขึ้นเมื่อโลหะได้รับความเปียกชื้นจากน้าหรือ สารละลายอิเล็กโตรไลท์ เป็นการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นกับวัสดุ ประเภทโลหะมากที่สุด เช่น การเกิดสนิมเหล็ก เป็นต้น  การกัดกร่อนในสภาพแห้ง (Dry corrosion) การกัดกร่อน ประเภทนี้ เกิดเนื่องจากสภาพอุณหภูมิการใช้งานที่สูง เช่น การ กัดกร่อนที่เกิดกับเหล็กกล้า เนื่องจากก๊าซภายในเตาสูง
  6. 6. การจาแนกประเภทของการกัดกร่อน การกัดกร่อนสามารถจาแนกตามลักษณะทางกายภาพของการกัด กร่อน หรือตามตัวแปรที่มีอิทธิพลต่อการกัดกร่อน  การกัดกร่อนแบบสม่าเสมอ (Uniform corrosion)  การกัดกร่อนในบริเวณจาเพาะ (Localized corrosion) แบบมหภาค (Macroscopic scale) • การกัดกร่อนแบบกัลวานิก (Galvanic corrosion) • การสูญเสียส่วนเจือ (Dealloying) • การกัดกร่อนแบบหลุม (Pitting corrosion) • การกัดกร่อนบริเวณซอก (Crevice corrosion) • การกัดเซาะ (Erosion corrosion) • การกัดกร่อนจากการถูครูด (Fretting corrosion)
  7. 7. การจาแนกประเภทของการกัดกร่อน แบบจุลภาค (Microscopic scale) • การกัดกร่อนบริเวณขอบเกรน (Intergranular corrosion) • การแตกร้าวจากแรงเค้นและการกัดกร่อน (Stress corrosion cracking) • การกัดกร่อนร่วมกับความล้า (Corrosion fatigue) • การแตกร้าวจากไฮโดรเจน (Hydrogen embrittlement)
  8. 8. ปฏิกิริยาไฟฟ้ าเคมี
  9. 9. ปฏิกิริยาไฟฟ้ าเคมี ประกอบด้วยส่วนสาคัญต่างๆดังต่อไปนี้  ขั้วไฟฟ้า ประกอบด้วย 2 ขั้วคือ cathode และ anode  สะพานเกลือ (Salt Bridge) ประกอบด้วยเกลือที่ละลายน้าได้ดี และมีไอออนบวกและไอออนลบที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียง กันเช่น KCl, NH4NO3 ทาหน้าที่ให้ไอออนจากสารละลายหนึ่ง ข้ามผ่านไปอีกข้างหนึ่งได้ Zn (s ) + 2OH -(aq) ZnO(s) + H 2O(l) + 2e-
  10. 10. ปฏิกิริยาไฟฟ้ าเคมี  การพิจารณาชั้วไฟฟ้าในเซลล์ไฟฟ้าเคมีโดยอาศัย กระแสไอออน ( ion current ) โดยพิจารณาว่า เมื่อเกิดปฏิกิริยา เกิดไอออนชนิดใดที่ ขั้วไฟฟ้า โดย ขั้ว Cathode คือ ขั้วที่เกิดปฏิกิริยา Reduction และ ขั้ว Anode คือ ขั้วที่เกิดปฏิกิริยา Oxidation
  11. 11. ปฏิกิริยาไฟฟ้ าเคมี  เซลล์กัลป์ วานิก (Galvanic cell) galvanic cell เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีทา ให้เกิดกระแสไฟฟ้า เรียกว่าเซลล์โวลตาอิก (Voltaic cell) และเป็น เครื่องมือที่ทาให้เกิดการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างปฏิกิริยา ออกซิเดชันและรีดักชันผ่านลวดตัวนาไฟฟ้า แบ่งเป็น 2 ชนิดคือ 1. เซลล์ปฐมภูมิ (Primary cell) 2. เซลล์ทุติยภูมิ (Secondary cell)
  12. 12. ปฏิกิริยาไฟฟ้ าเคมี 1. เซลล์ปฐมภูมิ (Primary cell) คือเซลล์กัลวานิกชนิดที่ปฏิกิริยาเคมี ภายในเซลล์จะให้ผลผลิตที่ไม่สามารถผันกลับเป็นสารตั้งต้นได้ หรือแบบไม่ผันกลับ ดังนั้นเมื่อเซลล์เสื่อมสภาพก็จะไม่มี กระแสไฟฟ้าไหล ไม่สามารถประจุไฟเข้าไปใหม่ เช่น ถ่านไฟฉาย เซลล์เชื้อเพลิง
  13. 13. ปฏิกิริยาไฟฟ้ าเคมี 2. เซลล์ทุติยภูมิ (Secondary cell) คือเซลล์กัลวานิกชนิดที่ปฏิกิริยา เคมีผันกลับได้โดยการต่อไฟฟ้ากระแสตรงจากภายนอกเซลล์เข้า สู่เซลล์ในทิศทางกลับกันกับทิศทางของกระไฟฟ้าที่เกิดขึ้นใน เซลล์เมื่อเซลล์เสื่อมสภาพก็สามารถทาให้เซลล์กลับสู่สภาพเดิม ได้เช่น แบตเตอรีสะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว เป็นต้น
  14. 14. ปฏิกิริยาไฟฟ้ าเคมี ตัวอย่างปฏิกิริยารีดอกซ์ในเซลล์กัลป์วานิก ประกอบด้วย 2 ครึ่งเซลล์โดย แต่ละครึ่งเซลล์จะประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าที่จุ่มลงไปในสารละลาย แท่ง สังกะสีและแท่งทองแดงในเซลล์เป็นขั้วไฟฟ้าซึ่งเรียกว่า อิเล็กโทรด (electrode) ขั้วที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เรียกว่า ขั้วแอโนด (anode) และ ขั้วที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน เรียกว่าขั้วแคโทด (cathode)  ปฏิกิริยาออกซิเดชันที่แอโนด (Zn) Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-  ปฏิกิริยารีดักชันที่แคโทด (Cu) Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
  15. 15. ปฏิกิริยาไฟฟ้ าเคมี ตัวอย่างปฏิกิริยารีดอกซ์ในเซลล์กัลป์วานิก
  16. 16. ปฏิกิริยาไฟฟ้ าเคมี  Galvanic series Element Ion Electrode Potential (Volts) Hydrogen Overvoltage (Volts) Magnesium Mg2+ -1.87 (Base End) 0.7 Aluminium Al3+ -1.35 0.5 Zinc Zn2+ -0.76 0.7 Chromium Cr2+ -0.6 0.32 Iron Fe2+ -0.44 0.18 Cadmium Cd2+ -0.4 0.5 Cobalt Co2+ -0.29 Nickel Ni2+ -0.22 0.15 Tin Sn2+ -0.14 0.45 Lead Pb -0.13 0.45 Hydrogen H+ 0.00 - Antimony Sb3+ +0.11 0.42 Copper Cu2+ +0.34 0.25 Silver Ag+ +0.8 0.1 Gold Au3+ +1.3 (Noble End) 0.35 Oxygen OH- +0.4 Chlorine Cl- +1.36
  17. 17. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน
  18. 18. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน เราสามารถชะลอการกัดกร่อนของโลหะได้โดย 1) การเลือกใช้วัสดุ (Material selection) 2) การออกแบบ (Design) 3) การปรับสภาพแวดล้อม (Modification of environment) และการบารุงรักษาโลหะ 4) การเคลือบผิว/ทาสี (Coating/painting) 5) วิธีการทางไฟฟ้า-เคมี (Electrochemical methods)
  19. 19. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน 1) การเลือกใช้วัสดุ (Material selection) ในกรณีที่ต้องเชื่อมต่อโลหะ 2 ชนิดที่ต่างกัน ควรเลือกโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้า รีดักชัน (Reduction potential) ใกล้เคียงกัน เพื่อป้องกันการกัดกร่อนเนื่องจากความต่าง ศักย์(Galvanic corrosion) ในกรณีของเหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้งานบริเวณที่ใกล้ทะเล เราสามารถลดแนวโน้มการ เกิดการกัดกร่อนแบบหลุม(Pitting) ได้โดยเลือกใช้เกรด 316 ที่ผสมโมลิบดินั่มประมาณ 2 % แทนเกรด 304 ในกรณีของเหล็กกล้าไร้สนิมที่หนาและต้องทาการเชื่อม เราสามารถป้องกันการกัด กร่อนตามขอบเกรน (Intergranular corrosion) ได้โดยเลือกใช้เกรดที่มีคาร์บอนต่า (ไม่เกิน 0.03% เช่น เกรด 316L) หรือเกรดที่ผสม Ti หรือ Nb (ซึ่งมีความสามารถในการจับกับ คาร์บอนได้ดีกว่าโครเมียม) ใส่ใจเรื่องการเลือกใช้ลวดเชื่อม เพื่อป้องกันการกัดกร่อนบริเวณรอยเชื่อม
  20. 20. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน 2) การออกแบบ (Design) ออกแบบให้สัดส่วนพื้นที่ของอาโนดต่อพื้นที่ของคาโธดที่สูงจะลดการกัดกร่อน แบบ Galvanic ได้ดีกว่า ทาการเคลือบโดยการพิจารณาอย่างรอบคอบ เช่น ไม่ควรทาสีบนโลหะที่ทนการกัดกร่อน น้อย (anode) โดยไม่ทาสีบนโลหะที่ต้านทานการกัดกร่อนมากกว่า (คาโธด) เนื่องจากรู ขนาดเล็ก (pin-holes) ในบริเวณที่ทาสีไม่สมบูรณ์จะทาให้เกิดพื้นที่อาโนดขนาดเล็ก แต่มี พื้นคาโธดที่ขนาดใหญ่ จึงเป็นการเร่งการกัดกร่อนเฉพาะบริเวณที่อาโนด ลดการสัมผัสทางไฟฟ้าระหว่างโลหะต่างชนิดกันเพื่อป้องกัน Galvanic corrosion เช่น ใช้ ฉนวน (insulator) คั่น ใช้ปะเก็น (Gasket) ที่เป็นของแข็ง เช่น เทฟลอนแทนวัสดุที่ดูดซับของเหลวได้
  21. 21. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน 2) การออกแบบ (Design) ต่อ ออกแบบเผื่อให้ชิ้นงานให้มีความหนามากขึ้น หรือออกแบบให้ชิ้นงานที่เป็นอาโนด สามารถถอดเปลี่ยน ซ่อมบารุงได้ง่าย ในกรณีที่ส่งผ่านของเหลวที่มีตะกอนตามท่อโลหะ อาจพิจารณาใช้ตัวกรองเพื่อกรอง ของแข็งออก เพื่อช่วยลดการกัดเซาะ สาหรับเหล็กกล้าไร้สนิมที่ได้สูญเสียโครเมี่ยมไปในรูปของคาร์ไบด์ (sensitised) เช่น ชิ้นงานหนาที่ผ่านการเชื่อม การปรับปรุงโดยกระบวนการทางความร้อนเพื่อละลายคาร์ ไบด์จะสามารถช่วยป้องกันการกัดกร่อนตามขอบเกรนได้ เราสามารถลด Stress corrosion cracking ได้โดยการลดความเค้นเหลือค้างในชิ้นงานให้ ต่าลง โดยการอบคลายความเครียด ออกแบบควบคุมการไหลของสารที่ขนส่งในท่อและวาล์วให้เหมาะสม โดยคานึงถึง รูปร่างและลักษณะทางเรขาคณิต หรือการเพิ่มความหนาของวัสดุบริเวณที่ถูกกัดเซาะ สูง (Erosion corrosion) เป็นต้น
  22. 22. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน 2) การออกแบบ (Design) ต่อ ใช้การเชื่อมแทนการใช้หมุดย้า (Rivet) หรือสลักเกลียว (Bolt) ในการยึดวัสดุ การเชื่อมต่อโลหะ 2 ชนิดที่ต่างกัน ควรเลือกใช้โลหะที่ใช้เชื่อมที่ต้านทานการกัดกร่อนสูง กว่าโลหะพื้น (Base metal) ที่ต้องการยึดต่ออย่างน้อย 1 ตัว การใช้ Bolt ยึดโลหะ การเชื่อมยึดโลหะ
  23. 23. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน 3) การปรับสภาพแวดล้อม (Modification of environment) และการบารุงรักษาโลหะ การใช้สารยับยั้งการกัดกร่อน (inhibitor) เติมในสารละลายที่ต้องการใช้ลาเลียง จัดเก็บ หรือใช้ทาการผลิต เพื่อลดการกัดกร่อนของอุปกรณ์โลหะที่สัมผัส การศึกษาถึงอิทธิพลของปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมที่มีต่อการกัดกร่อน เช่น การเปลี่ยนสภาพ จากคาโธดเป็นอาโนดในระบบสิ่งแวดล้อมต่างๆ เป็นต้น ทาความสะอาด ตรวจสอบอุปกรณ์และขจัดตะกอนที่ตกค้างอย่างสม่าเสมอ เป็นต้น
  24. 24. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน 4) การเคลือบผิว/ทาสี (Coating/painting) เป็นการป้องกันไม่ให้เหล็กถูกกับแก๊สออกซิเจนและความชื้น ซึ่งเป็นการป้องกันการเกิด สนิมของเหล็กได้เป็นวิธีที่สะดวก และให้ผลดีในการป้องกันการเกิดสนิม แต่ข้อควรระวัง ในการเคลือบผิวก็คือต้องเคลือบอย่างมิดชิด การเคลือบผิวมีวิธีดังต่อไปนี้ การเคลือบผิวด้วยพลาสติก การเคลือบผิวด้วยสี การเคลือบผิวด้วยน้ามัน การเคลือบผิวด้วยการรมดา เป็นการป้องกันการผุกร่อนของโลหะอีกวิธีหนึ่ง โดยการ เคลือบสารสีดาที่แผ่นโลหะ โดยใช้ความร้อนมีด้วยกันหลายแบบ เช่น การเคลือบผิวเหล็ก ด้วยสังกะสี ดีบุก หรืออีนาเมล
  25. 25. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน 5) วิธีการทางไฟฟ้า-เคมี (Electrochemical methods) วิธี Cathodic protection โดยการทาให้โครงสร้างที่ต้องการป้องกันเป็นคาโธด ซึ่งอาจทา โดยการให้กระแสไฟฟ้า(impressed current) หรือการใช้อาโนดสิ้นเปลือง (sacrificial anode) โดยใช้วัสดุตัวอื่นซึ่งทาหน้าที่เป็นอาโนดต่อเข้ากับโลหะที่ต้องการป้องกัน เพื่อให้ผุ กร่อนแทน  วิธี Anodic protection โดยการใช้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกทาให้โลหะที่ต้องการปกป้อง สร้างชั้นฟิล์มที่เสถียร(protective film) ที่ผิวซึ่งจะใช้ได้กับโลหะเพียงบางชนิด ต่าง จาก Cathodic protection ที่สามารถใช้กับโลหะได้ทุกชนิด
  26. 26. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การเกิดสนิมเหล็ก เกิดขึ้นจากการที่เหล็กสัมผัสกับน้าหรือไอน้าที่ มีออกซิเจนละลายอยู่ ซึ่งปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นคือ  Fe(s)  Fe2+(aq) + 2e-  O2(g) + 2H2O + 4e-  2OH-(aq) ซึ่งเมื่อรวมปฏิกิริยาการให้และรับอิเล็กตรอนเข้าด้วยกันจะได้  2Fe(s) + O2(g) + 2H2O  Fe(OH)2(s) โดยผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ Fe(OH)2 ไม่ละลายน้า และสามารถเกิดปฏิกิริยากับออกซิเจน ต่อไปดังนี้  4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O  4Fe(OH)3(s) โดย Fe(OH)3 ที่เกิดขึ้นนี้มีลักษณะขรุขระเป็นรูพรุนและมีสีน้าตาลแดง ซึ่งรู้จักทั่วไปคือ สนิมเหล็ก ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่เกิดขึ้นจากการสึกกร่อน
  27. 27. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน Environment • Nature of the corrodent • Operating condition • Polarization effects Material properties • Electrochemical activity of material • Homogeneity • Passivity Physical conditions • Design • Stress • Couples • External energy • Mechanical action
  28. 28. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน Schematic Summary of the Various Form of Corrosion
  29. 29. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน Schematic Summary of the Various Form of Corrosion
  30. 30. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน The corrosion appearances on elements and on base metal
  31. 31. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน Metallic Corrosion and Its Prevention  Uniform Corrosion  Galvanic Corrosion  Pitting Corrosion  Intergranular Corrosion  Crevice Corrosion  Erosion Corrosion  Stress Corrosion Cracking  Selective Leaching
  32. 32. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนแบบสม่าเสมอ (Uniform corrosion) การกัดกร่อนแบบสม่าเสมอ (Uniform corrosion)
  33. 33. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนแบบสม่าเสมอ (Uniform corrosion)เป็นการกัดกร่อนที่ เกิดขึ้นเนื่องจากโลหะสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมโดยอัตราการสูญเสียของเนื้อโลหะที่บริเวณ ต่างๆ จะใกล้เคียงกัน ทาให้สามารถวัดอัตราการกัดกร่อนและออกแบบการบารุงรักษา ตามช่วงระยะเวลาได้  การกัดกร่อน<0.15 มม. ต่อปี โลหะในหมวดหมู่นี้มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเท่าที่ เหมาะสาหรับชิ้นส่วนที่สาคัญเช่น เพลาปั๊ม, สปริงและใบพัดของปั้ม  การกัดกร่อน0.15-1.5 มม. ต่อปี โลหะในหมวดหมู่นี้เหมาะสาหรับอุปกรณ์เครื่องจักรที่ สามารถยอมให้มีการกัดกร่อนได้สูง เช่น ถัง, ท่อ, วาล์ว และสลักเกลียว  การกัดกร่อน>1.5 มม. ต่อปี ไม่เหมาะกับสาหรับใช้งาน
  34. 34. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนแบบสม่าเสมอ (Uniform corrosion) การป้องกันและการแก้ไข  เลือกใช้วัสดุอื่นที่เหมาะสมกว่า  ใช้สารยับยั้ง (Inhibitor)  การชุบเคลือบผิวโลหะและการฉาบผิวโลหะด้วยสารอื่น (Coatings)  การลดความต่างศักย์(Cathodic protection)
  35. 35. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์(Galvanic corrosion) เช่น เมื่อ โลหะ 2 ชนิดที่ต่างกันมาเชื่อมต่อกันจะเกิดความต่างศักย์ขึ้น ทาให้เกิดการ ไหลของอิเล็กตรอนระหว่างโลหะทั้งสอง โลหะที่ต้านทานการกัดกร่อนได้ น้อยกว่าจะเป็นอาโนด โลหะที่ต้านทานการกัดกร่อนได้มากกว่าทาหน้าที่ เป็นคาโธด โดยระดับการกัดกร่อนขึ้นกับสภาพสิ่งแวดล้อมที่โลหะทั้งสอง สัมผัส ระยะห่างจากรอยต่อ (การกัดกร่อนแบบกัลวานิคจะรุนแรงที่สุด บริเวณใกล้รอยต่อระหว่างโลหะทั้งสอง และอัตราการกัดกร่อนจะลดลงเมื่อ ระยะห่างจากรอยต่อนั้นเพิ่มขึ้น) สัดส่วนพื้นที่ของคาโธดต่อพื้นที่ของอา โนด (ยิ่งสัดส่วนดังกล่าวมาก ความรุนแรงของการกัดกร่อนที่อาโนดก็จะยิ่ง สูงขึ้น)
  36. 36. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์(Galvanic corrosion) พื้นผิวแคโทดขนาดเล็กและผลพื้นผิว แอโนดขนาดใหญ่ในการกัดกร่อน เล็กน้อย ในทางกลับกัน (แคโทดขนาดใหญ่ และ แอโนดขนาดเล็ก) การกัดกร่อนจะรุนแรง
  37. 37. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์(Galvanic corrosion) โลหะที่มีศักย์ไฟฟ้า ต่ากว่าจะเป็นอาโนด และเกิดการกัดกร่อน
  38. 38. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์(Galvanic corrosion) การป้องกันการกัดกร่อนมีหลายวิธีดังนี้  เลือกใช้วัสดุที่มีค่า galvanic Series ใกล้เคียงกันเท่าที่เป็นได้  หลีกเลี่ยงอัตราส่วนของพื้นที่คาโธด/อาโนด ปรับให้พื้นที่ทั้งสองใกล้เคียงกัน  ใช้ฉนวนกั้นในบริเวณที่ใช้โลหะต่างชนิดกันมาสัมผัสกัน  ใช้สารเคลือบผิวอย่างระมัดระวัง ดูแลการเคลือบผิวให้อยู่ในสภาพดี  เติมสารยับยั้ง เพื่อลดความรุนแรงของการกัดกร่อน  ออกแบบที่ให้สามารถเปลี่ยนชิ้นงานที่เป็นอาโนดได้ง่าย  ติดตั้งวัสดุที่สามที่มีค่าความต่างศักย์น้อยกว่าโลหะทั้งสอง เพื่อให้เกิดการกัดกร่อนแทน
  39. 39. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์(Galvanic corrosion) ลักษณะการกัดกร่อนแบบ Galvanic Corrosion
  40. 40. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การผุกร่อนเป็นแบบรูลึก (Pitting Corrosion) ในโลหะ ปริมาณโลหะที่ถูก กัดกร่อนไปเป็นส่วนเล็ก แต่ทาให้เกิดความเสียหายได้มาก การตรวจสอบทาได้ยาก บาง คราวปากรูอาจจะเล็กจนแทบมองไม่เห็น แต่ข้างในเป็นโพรงใหญ่เกิดจากสาเหตุดังนี้ Concentration Cell ตามบริเวณปะเก็นใต้หัวหมุด หรือมุมอับต่าง ๆ เมื่อเกิดการผุกร่อน สนิมหรือวัตถุแปลกปลอมอื่น ๆ จะช่วยกั้นให้ concentration ระหว่าง anode กับ cathode ต่างกันมากขึ้น การผุกร่อนจะดาเนินไปเป็นจุด ๆ ลึกลงไปในโลหะมากขึ้นทุกที เกิดในน้าที่มี chloride อยู่มักจะเกิดกับ aluminum หรือ stainless steel ซึ่งเป็นโลหะที่ อาศัย oxide film ตามผิว เพื่อป้องกันการผุกร่อน ถ้าผิว oxide film เกิดเป็นรู โลหะที่จุดนั้นก็ จะผุกร่อนได้ง่าย ยิ่งถ้าอยู่ในสภาพน้านิ่งหรือปริมาณออกซิเจนในน้าก็อาจจะมีน้อย ทาให้ เกิดการ oxide film เพื่อป้องกันผิวเป็นไปได้ช้า ฉะนั้น โลหะจะ pit เป็นรูได้ง่าย
  41. 41. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การผุกร่อนเป็นแบบรูลึก (Pitting Corrosion) การป้องกันการกัดกร่อนแบบรูลึกมีหลายวิธีดังนี้  ไม่ควรนาโลหะที่เกิด pitting ได้ง่าย หรือมีแนวโน้มอย่างชัดว่าจะเกิด pitting ไปใช้ผลิต เป็นอุปกรณ์โรงงานตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนจากเหล็กสแตนเลส ชนิด 18 – 8 ที่มี โมลิบดีนัม 2% เป็นเหล็กสเตนเลส ชนิด 316 จะทาให้ความต้านทานการเกิด pitting เพิ่มขึ้นอย่างมากมาย การเติมโลหะโมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความสามารถในการป้องกัน ซึ่ง เป็นผลมาจาก passive surface มีเสถียรภาพเพิ่มขึ้นมากนั่นเอง การใช้สารยับยั้ง (inhibitiors) ซึ่งคือสารเคมีที่เข้าไปขัดขวางไม่ให้องค์ประกอบหลังของ ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีในการกัดกร่อนเกิดขึ้นครบถ้วนทั้ง 3 ประการ เติมลงไปในสิ่งแวดล้อมที่ อาจจะก่อให้เกิด pitting ได้ง่าย ดังนั้น corrosion จึงไม่เกิดขึ้น
  42. 42. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การผุกร่อนเป็นแบบรูลึก (Pitting Corrosion) The shape of Pitting Corrosion
  43. 43. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การผุกร่อนเป็นแบบรูลึก (Pitting Corrosion) Pitting Corrosion
  44. 44. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular and knife-line attack) มักจะ เกิดกับ stainless steel Type 18-8 (คือ โครเมียม 18% นิกเกิล 8%) ที่ได้รับ heat treatment มา ไม่ถูกต้อง ถ้า 18-8 Stainless steel ถูกทาให้ร้อนระหว่าง 510 – 760oC เช่น ในการเชื่อมเป็น เวลานานพอสมควร (เรียกว่า Sensitization) โครเมียมในเหล็กจะทาปฏิกิริยากับ carbon เป็น chromium carbide ตกตะกอนมาอยู่ตามบริเวณขอบ grain ฉะนั้น ปริมาณของโลหะ โครเมียมตามบริเวณใกล้ๆ ขอบ grain จะมีน้อยกว่าปกติ โดยที่เหล็กชนิดนี้อาศัยโครเมียม เป็นตัวป้องกันการผุกร่อน (เพราะเกิดเป็น Chromium oxide film ป้องกันผิว) ถ้าตามขอบ grain มีโครเมียมเมื่อใช้งานในน้าหรือกรด ก็จะเกิดการผุกร่อนโดย eletrochemical corrosion cells ได้โดยรวดเร็วตามบริเวณนั้น บางคราวเนื้อเหล็กถึงกับร่อนหล่นลงมาเป็น เมล็ด ๆ วิธีป้องกันก็คือ ต้องเผาเหล็กชนิดนี้ให้ร้อนถึง 1010 – 1120oC เพื่อให้ chrormium carbide กลับคืนมาเป็นโครเมียมดังเดิม แล้วทาให้เย็นผ่านช่วง sensitization temp (510 – 760oC) โดยเร็ว
  45. 45. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular and knife-line attack) Chromium carbide precipitate Grain boundaries Cr23 C6
  46. 46. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular and knife-line attack)
  47. 47. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular and knife-line attack) การป้องกันการกัดกร่อนแบบเกรนมีหลายวิธีดังนี้  เผาเหล็กชนิดนี้ให้ร้อน 1010 – 1120oC เพื่อให้ chrormium carbide กลับคืนมาเป็น โครเมียมดังเดิม แล้วทาให้เย็นผ่านช่วง sensitization temp (510 – 760oC) โดยเร็ว  ใส่โลหะอื่นที่รวมตัวกับคาร์บอน เป็นคาร์ไบด์ได้ดีกว่าโครเมียม เช่น Nb, Ta, Ti ใน ปริมาณมากพอทาให้ไม่เกิดโครมเรียมคาร์ไบด์  ใช้เหล็กสเตนเลสที่มีปริมาณคาร์บอนน้อยกว่า 0.03% ซึ่งเราเรียกว่าเป็นเหล็กสเตนเล สที่มีโลหะที่ถูก stabilized เพื่อป้ องกันปัญหา intergranular  การป้องกันและหลีกเลี่ยงปัญหา knife-line attack คือ การอบเหล็กสเตนเลสนั้นให้ร้อน ประมาณ 1065 oC ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่โครเมียมคาร์ไบด์ละลายเข้าสู่เนื้อเกรน แต่เกิด ตะกอนไนโอเบียมคาร์ไบด์ (หรือคาร์ไบด์ของ Ta, Ti) ขึ้น ทาให้มีความต้านทานต่อทั้ง knife-line attack และ Intergranular Corrosion แบบทั่ว ๆ ไป
  48. 48. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนบริเวณซอก (Crevice Corrosion) มักจะเกิดกับ stainless steel Type เป็นรูปแบบของ electrochemical corrosion ที่สามารถเกิดขึ้นได้ในรอยแยก รอยร้าว และภายใต้เกราะป้องกันผิวที่ซึ่งมีสารละลาย (นิ่ง) อยู่Crevice corrosion มีความสาคัญ ทางด้านวิศวกรรม เมื่อมันเกิดขึ้นภายใต้ประเก็น rivets และ bolts ซึ่งอยู่ระหว่าง valve disks และ seats ซึ่ง Crevice corrosion เกิดขึ้นในโลหะผสม เช่น stainless steels และ titanium, aluminum และ copper alloys Anode reaction : M  M+ + e- Cathodic reaction : O2 + 2H2O + 4e-  4OH- เมื่อดุลประจุด้วยคลอไรด์อิออน M + Cl- + H2O  MOH + H+Cl-
  49. 49. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนบริเวณซอก (Crevice Corrosion) Mechanism of Crevice Corrosion.
  50. 50. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนบริเวณซอก (Crevice Corrosion) Mechanism of Crevice Corrosion.
  51. 51. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนบริเวณซอก (Crevice Corrosion) การป้องกันการกัดกร่อนบริเวณซอกมีหลายวิธีดังนี้  ใช้การเชื่อมแทนที่การใช้ riveted หรือ botted ในโครงสร้างทางวิศวกรรม  ออกแบบภาชนะที่มีรูระบาย เพื่อป้องกันการสะสมตัวของสารละลาย  ใช้ประเก็นที่ไม่ดูดซับสารละลาย เช่น Teflon
  52. 52. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนร่วมกับการกัดเซาะ (Erosion Corrosion) มักจะมีให้เห็นได้มาก ในเครื่องจักร หรืออุปกรณ์ที่ต้องใช้กับน้าหรือในของเหลวที่มีความเร็วสูง เช่น ใบพัดของ เครื่องสูบน้า ข้อเลี้ยวของท่อ ฯลฯ การผุกร่อนเป็นไปด้วยเหตุ 2 อย่างร่วมกัน คือ electrochemical corrosion ธรรมดา และจากแรงกระแทกของน้าหรือผงอื่น ๆ ที่มากับน้า โลหะบางชนิดอาจจะทนกับสภาพน้านิ่งได้ดี เพราะมี oxide film เกิดขึ้น แต่เมื่ออยู่ในสภาพ น้าไหลแรงหรือมีแรงกระแทกต่าง ๆ oxide film จะถูกทาลายไป โลหะก็จะผุกร่อนโดยเร็ว วิธีป้องกันก็คือ ต้องเลือกโลหะโดยตรวจสอบความคงทนของมันในสภาพที่มีการ เคลื่อนไหวจริง ๆ
  53. 53. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนร่วมกับการกัดเซาะ (Erosion Corrosion)
  54. 54. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนร่วมกับการกัดเซาะ (Erosion Corrosion) การป้องกันการกัดกร่อนร่วมกับการกัดเซาะมีหลายวิธีดังนี้  เลือกโลหะโดยตรวจสอบความคงทนของมันในสภาพที่มีการ เคลื่อนไหวจริง ๆ  ออกแบบระบบท่อเพื่อหลีกเลี่ยง turbulence, cavitations  เคลือบท่อด้วยวัสดุที่ทนการกัดเซาะ
  55. 55. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การแตกร้าวจากการกัดกร่อนและความเค้น (Stress Corrosion Cracking) เป็นผล ของ corrosion รวมกับ stress ในเนื้อโลหะ Stress มี 2 แบบ คือ Stress ภายนอกที่กระทากับ โลหะเนื่องจากการใช้งาน และ Stress ภายในเนื้อโลหะเนื่องจากการขึ้นรูปโลหะหรือการ เชื่อม Stress Corrosion มักเริ่มจาก corrosion ที่จุดใดจุดหนึ่งบนผิวโลหะแบบ pitting ซึ่งจะ เป็นจุดเริ่มต้นของ Stress Corrosion ที่ก้นของ pit จะมี stress เพิ่มขึ้นมาก จนทาให้โลหะ แยกออกจากกันได้โลหะก็จะขาดต่อไปอีกโดยเร็ว Tensile stress Corrosive environment Susceptible material (Alloy) Environmentally Induced Cracking EIC
  56. 56. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การแตกร้าวจากการกัดกร่อนและความเค้น (Stress Corrosion Cracking)
  57. 57. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การกัดกร่อนร่วมกับการกัดเซาะ (Erosion Corrosion) การป้องกันการกัดกร่อนร่วมกับการกัดเซาะมีหลายวิธีดังนี้  การอบโลหะที่อุณหภูมิสูง เพื่อคลายความเครียด และลด stress ใน เนื้อโลหะลง (Stress Relief)  ลดความรุนแรงของสิ่งแวดล้อมโดยรอบโลหะนั้น เช่น ลดอุณหภูมิ ลดความเข้มข้นของสาร และการใช้สารยับยั้ง
  58. 58. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การผุกร่อนแบบเลือก (Selective leaching or Dealloying) จะเกิดกับโลหะผสมที่ ธาตุหนึ่งเสถียรกว่าอีกธาตุหนึ่งเมื่อสัมผัสกับบรรยากาศ เช่น การผุกร่อนแบบ Dezincification ของทองเหลือง (ทองแดงผสมสังกะสี) ที่สังกะสีจะถูก ละลายออกไป เหลือไว้เหลือแต่ทองแดงที่เป็นรูพรุน ซึ่งแม้ว่ารูปทรงจะเหมือนเดิม แต่ความ แข็งแรงจะลดลง Graphitization ของเหล็กหล่อเทา คือ การผุกร่อนที่เกิดขึ้นเนื่องจากเหล็ก (อาโนด) ผุ กร่อนไป เหลือตาข่ายกราไฟต์ลักษณะแผ่น (Graphite flake) ที่เป็นคาโธดไว้ ทาให้ โครงสร้างเหล็กหล่อเทาสูญเสียความแข็ง การแก้ปัญหาทาโดยการใช้เหล็กหล่อกราไฟต์ กลม หรือเหล็กหล่ออบเหนียว (Malleable cast iron) แทน
  59. 59. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การผุกร่อนแบบเลือก (Selective leaching or Dealloying) Graphitic corrosion of a gray cast iron valve Micrographic appearance of a dezincification of brass. Plug Denickelification of 70- 30 Cu-Ni Plug Dezincification of Admiralty Brass
  60. 60. การป้ องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน การผุกร่อนแบบเลือก (Selective leaching or Dealloying) การป้องกันการผุกร่อนแบบมีหลายวิธีดังนี้  สามารถลดลงปัญหาการผุกร่อนแบบ Dezincification เช่น ใน ทองเหลืองโดยการเติมดีบุกประมาณ 1 % ลงไปเพื่อเพิ่มการต้าน ทางการกัดกร่อน เรียกวิธีการนี้ว่าการใช้สารยับยั้ง (inhibitiors)  ลดความรุนแรงของสิ่งแวดล้อมโดยรอบโลหะนั้น เช่น ลดอุณหภูมิ ลดความเข้มข้นของสาร
  61. 61. คุณสมบัติของวัสดุ
  62. 62. เพื่อความง่ายต่อการศึกษาวัสดุทางวิศวกรรม จึงได้มีการแบ่งประเภท ของวัสดุออกเป็น 4 กลุ่มใหญ่ ได้แก่ โลหะ (Metal) เซรามิก (Ceramics) พอลิเมอร์ (Polymer) วัสดุผสม (Composites) คุณสมบัติของวัสดุ
  63. 63. เป็นอนินทรียสารที่มีธาตุที่เป็นโลหะประกอบอยู่อย่างน้อย 1 ธาตุ ตัวอย่างเช่น เหล็ก ทองแดง อลูมิเนียม นิเกิลและไทเทเนียม เป็นต้น บางครั้งอาจมีธาตุที่ไม่ใช่โลหะปะปนหรือเจืออยู่ เช่น C,N2,O2 โครงสร้างของโลหะมีรูปผลึก เนื่องจากมีการจัดเรียงตัวของอะตอม อย่างมีระเบียบ เป็นสื่อนาความร้อนและไฟฟ้าได้ดี โลหะหลายชนิดที่แข็งแรงและอ่อนเหนียว (ductile) ที่อุณหภูมิห้อง และหลายชนิดที่คงความแข็งแรงได้ดีที่อุณหภูมิสูง โลหะ (Metal)
  64. 64. 1. โลหะและโลหะผสม มักแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ 1. โลหะที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบและโลหะผสม (โลหะในกลุ่มเหล็ก) คือ โลหะที่มีเปอร์เซ็นต์องค์ประกอบที่เป็นเหล็ก เช่น เหล็กกล้าและ เหล็กหล่อ 2. โลหะที่ไม่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบและโลหะผสม (โลหะนอกกลุ่ม เหล็ก) คือ โลหะที่ไม่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบหรือมีเหล็กเพียง เล็กน้อย ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียม ทองแดง สังกะสี ไทเทเนียม และนิ เกิล
  65. 65. ทาไมโลหะกลุ่มเหล็ก จึงเป็นวัสดุที่ถูกนา มาใช้มากในระดับ อุตสาหกรรม
  66. 66. สารประกอบที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ มีอยู่เป็นจานวน มากบนเปลือกโลก เหล็กและเหล็กกล้าสามารถผลิตได้ด้วยกรรมวิธีการถลุง (exaction) การทาให้บริสุทธิ์ (refining) การผสมธาตุอื่น (alloying) การขึ้นรูป (fabrication) ซึ่งราคาไม่แพง โลหะกลุ่มเหล็กสามารถนามาใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย เนื่องจากสามารถดัดแปลงให้มีสมบัติทางกลและสมบัติทาง กายภาพได้กว้างขวาง
  67. 67. เหล็กกล้า เหล็กกล้า คือ โลหะผสมระหว่างเหล็กกับคาร์บอน (อาจมี ธาตุอื่นบ้างเล็กน้อย) มีหลายชนิดด้วยกัน โดยขึ้นกับส่วนผสมทางเคมี และ กรรมวิธีทางความร้อน สมบัติทางกลของเหล็กกล้าจะขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน (ปกติ มีปริมาณ < 1.0% โดยน้าหนัก)
  68. 68. สามารถแบ่งกลุ่มของเหล็กกล้าได้ตามปริมาณคาร์บอน ดังนี้ เหล็กกล้าคาร์บอนต่า เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง เหล็กกล้าคาร์บอนสูง แบ่งเป็นกลุ่มย่อยของเหล็กกล้าได้ตามปริมาณของธาตุผสมอื่น ดังนี้ เหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา (plain carbon steel) เหล็กกล้าผสม (alloy steel) การแบ่งกลุ่มของเหล็ก
  69. 69. เหล็กกล้าคาร์บอนต่า เป็นเหล็กกล้าที่มีการผลิตใช้กันมาก มีปริมาณ C < 0.25% โดยน้าหนัก สามารถเพิ่มความแข็งแรงด้วยการรีดเย็น โครงสร้างจุลภาคประกอบด้วย Ferrite และ Pearlite อ่อน ไม่ค่อยแข็งแรง แต่เหนียวและแกร่งดีมาก กลึงได้ ไสได้ เชื่อมได้ ผลิตได้ในราคาค่อนข้างต่าเมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าชนิด อื่นๆ
  70. 70. ตัวถังรถยนต์ เหล็กโครงสร้าง (รูปตัวไอ เหล็กกลวง เหล็กฉาก หรือเหล็กตัวแอล) เหล็กแผ่นบางใช้ทาท่อ ทาตัวตึก สะพาน และกระป๋ องบรรจุ อาหาร มีค่า Yield strength 275 MPa Tensile strength 415-550 MPa ความเหนียว 25% Elongation
  71. 71. เหล็กกล้าคาร์บอนต่าอีกกลุ่มหนึ่ง คือ เหล็กกล้าผสม ต่าความแข็งแรงสูง (High – Strength Low Alloy : HSLA) ซึ่งเป็นเหล็ก ที่มีธาตุอื่นผสมอยู่ เช่น ทองแดง วาเนเดียม นิเกิล และโมลิบดีนัม ซึ่งมี ความเข้มข้นรวมกันไม่เกิน 10% โดยน้าหนัก เหล็กกล้ากลุ่มนี้มีความแข็งแรงสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่า ธรรมดา และสามารถเพิ่มความแข็งแรงได้โดยใช้กรรมวิธีทางความร้อน มีความแข็งแรง > 480 MPa มีความเหนียวสูง (ขึ้นรูปและกลึง ไสได้) ทนต่อการกัดกร่อนกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่าธรรมดา นามาใช้ทาสะพาน หอสูง เสาเสริมตึกสูง ภาชนะความดัน
  72. 72. เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง มี C ผสมอยู่ประมาณ 0.25% และ 0.60% โดยน้าหนัก เวลาผลิตต้องผ่านกระบวนการทางความร้อน คือ ทาให้เป็น ออสเตนไนต์ (austenitizing) การทาให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว (quenching) การอบคืนตัว (tempering) เพื่อปรับปรุงสมบัติ ทางกล ต้องอบคืนตัวก่อนนามาใช้งาน มีความสามารถในการชุบแข็งต่า ถ้าผสม Cr Ni Mo จะช่วยเพิ่มความสามารถในการอบชุบ
  73. 73. ถ้าผ่านกรรมวิธีทางความร้อนแล้ว จะทาให้มีความแข็งแรงสูง กว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่า แต่จะทาให้มีความเหนียวและความ แกร่งลดลง นามาใช้ทาล้อและรางรถไฟ เกียร์ เพลาส่งกาลังเครื่องยนต์ และส่วนอื่นของเครื่องจักรกล รวมถึงโครงสร้างที่ต้องการ ความแข็งแรงสูง มีความแกร่งและต้านทานต่อการกัดกร่อนได้ ดี
  74. 74. The American Society for Testing and Materials (ASTM) และ The Society of Automotive Engineers (SAE) ได้กาหนดชนิดของเหล็กและโลหะชนิดอื่นๆ ด้วยเลข 4 หลัก โดยที่ สองหลักแรก : บอกส่วนผสมโลหะ สองหลักหลัง : บอกปริมาณคาร์บอน เลขหลักที่ 3,4 คือปริมาณในหน่วย % (น้าหนักร้อย) เหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา จะมีสองหลักแรก คือ 1 และ 0 เหล็กกล้าผสม จะมีสองหลักแรก คือ 13, 41, 43 ตัวอย่างเช่น 1060 คือ เหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา มีปริมาณคาร์บอน 0.60% โดย น้าหนัก
  75. 75. มีคาร์บอนประมาณ 0.60% และ 1.4% โดยน้าหนัก มีค่าความแข็งสูงสุด แข็งแรงสูงสุด แต่มีความเหนียวต่าสุดในกลุ่ม เหล็กกล้าคาร์บอนด้วยกัน มักใช้งานหลักจากที่ผ่านการชุบแข็งและการอบคืนตัว ใช้งานในสภาวะที่ต้องการความต้านทานการสึกกร่อนและต้องการความ คมเพื่อตัดเฉือน ใช้ทาเครื่องมือตัด (cutting tools) เช่น มีด มีดโกน ใบเลื่อย แม่พิมพ์ (Die) สาหรับขึ้นรูปวัสดุ สปริง ลวดเหล็กความแข็งแรงสูง เหล็กต๊าบ เกลียว เหล็กกล้าคาร์บอนสูง
  76. 76. มีโครเมียม วาเนเดียม ทังสเตน และโมลิบดีนัม ผสมอยู่ ซึ่ง เมื่อนามาผสมกับ Carbon จะกลายเป็นสารประกอบคาร์ไบด์ (Carbide) ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งสูงมาก ทนต่อการสึก กร่อนสูง เช่น โครเมียมคาร์ไบด์ (Cr23C6) วาเนเดียมคาร์ไบด์ (V4C3) ทังสเตนคาร์ไบด์ (WC)
  77. 77. เหล็กกล้าไร้สนิม ทนทานต่อการกัดกร่อนหรือเกิดสนิม ในสภาวะแวดล้อมต่างๆ สูง โดยเฉพาะในสภาพบรรยากาศ ธาตุผสมหลักคือ โครเมียม ซึ่งจะช่วยให้เหล็กทนต่อการกัดกร่อน โดยมี Cr ผสมอยู่อย่างน้อย 11% โดยน้าหนัก มีธาตุอื่นๆ ผสม เช่น Ni, Mo ที่ช่วยให้ทนต่อการกัดกร่อน มีสมบัติทางกลหลากหลาย และทนการกัดกร่อนดีเยี่ยม ใช้งานที่อุณหภูมิสูงได้ (Tmax ~ 1000 °C) เครื่องก๊าซ turbine เครื่องต้มไอน้าอุณหภูมิสูง ตลับลูกปืน เตาเผาอบชุบ ยานบิน จรวด อุปกรณ์ไฟฟ้ านิวเคลียร์
  78. 78. เหล็กหล่อ มี C ประกอบอยู่ > 2.14% โดยน้าหนัก ทางปฏิบัติมักจะมี C อยู่ประมาณ 3.0-4.5 % โดยน้าหนัก ส่วนผสมช่วงนี้ เหล็กหล่อจะอยู่ในสภาพของเหลวที่อุณหภูมิ ประมาณ 1150 และ 1300 °C ซึ่งมีอุณหภูมิหลอมเหลวต่า กว่าเหล็กกล้า ดังนั้นเหล็กหล่อจึงหลอมเหลวได้ง่าย หล่อเป็นรูปร่างชิ้นงานได้ แต่บางชนิดจะค่อนข้างเปราะ มี C ผสมอยู่ในรูปของกราไฟต์ (graphite) สามารถแบ่งได้เป็น เหล็กหล่อเทา เหล็กหล่อกราไฟต์กลม เหล็กหล่อ ขาว เหล็กหล่ออบเหนียว
  79. 79. เหล็กหล่อเทา มี C ประกอบอยู่ประมาณ 2.5-4.0% โดยน้าหนัก มี Si อยู่ประมาณ 1.0-3.0% โดยน้าหนัก มีกราไฟต์ผสมอยู่ทาให้ผิวที่แตกหักมีสีเทา จึงเรียกว่าเหล็กหล่อเทา ไม่แข็งแรง เปราะเมื่อรับแรงดึง แต่รับพลังงานการสั่นสะเทือนได้ดี ทน ต่อการสึกกร่อนและเสียดสีได้มาก ไหลได้ดี ง่ายต่อการหล่อเป็นชิ้นส่วนที่ มีรูปร่างซับซ้อน หดตัวจากการหล่อน้อย ราคาถูก (ที่สุด) ใช้ทาโครงสร้างพื้นรองรับเครื่องจักรหรืออุปกรณ์หนักที่ต้องการรับการ สั่นสะเทือน
  80. 80. เหล็กหล่อเหนียวหรือกราไฟต์กลม ผสม Mg หรือ Ce สมบัติทางกลใกล้เคียงกับเหล็กกล้า ใช้ทาวาล์ว เสื้อปั๊ม เพลาส่งกาลัง เกียร์ ชิ้นส่วนรถยนต์ เครื่องจักร
  81. 81. เหล็กหล่อขาวและเหล็กอบเหนียว พบในเหล็กที่มีปริมาณ Si ต่า (< 1.0% โดยน้าหนัก) และผ่าน กรรมวิธีการผลิตที่ให้อัตราการเย็นตัวต่า รอยแตกมีสีขาว จึงเรียกว่า เหล็กหล่อขาว แข็งมาก เปราะ ไม่สามารถกลึงไสได้ ใช้เป็นลูกรีดในกระบวนการรีดเหล็ก ใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเหล็กอบเหนียว
  82. 82. โลหะผสมนอกกลุ่มเหล็ก เหล็กกล้าและโลหะผสมของเหล็ก ถูกนามาใช้ในปริมาณมาก เพราะสมบัติทางกลที่หลากหลาย ขึ้นรูปง่าย และผลิตได้ในราคา ถูก แต่ก็ยังข้อจากัด คือ : ความหนาแน่นค่อนข้างสูง ค่าความนาไฟฟ้ าค่อนข้างต่า ถูกกัดกร่อนได้ง่าย ในสภาวะแวดล้อมบางสภาวะ
  83. 83. ทองแดงและโลหะผสมของทองแดง ทองแดงที่ไม่มีธาตุอื่นผสม จะอ่อน เหนียว ทาให้กลึงไสยาก แต่ขึ้นรูปแบบเย็นได้ ทนทานต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อม ต่างๆ เมื่อผสมสังกะสีลงไปจะรู้จักในนามของ “ทองเหลือง” โลหะเครื่องประดับ ปลอกกระสุน แผงระบายความร้อนใน รถยนต์ เครื่องดนตรี วัสดุหีบห่อ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เหรียญ ตรา บรอนซ์ = โลหะผสมของทองแดงกับธาตุอื่น เช่น ดีบุก อลูมิเนียม ซิลิกอน นิกเกิล
  84. 84. บรอนซ์จะแข็งแรงกว่าทองเหลือง ทนทานการกัดกร่อนได้ดี แข็งแรงสูง โลหะผสมทองแดง ที่นามาอบชุบแล้วจะมีราคาแพง ใช้ทา ลูกปืน ตัวรองรับเกียร์ของเครื่องบินเล็ก สปริง เครื่องมือผ่าตัด เครื่องมือทันตแพทย์ โลหะผสมทองแดง-เบริลเลียม (1.0-2.5% โดยน้าหนัก) เป็น วัสดุที่แข็งแรงสูง (1400 MPa) ทนทานต่อการกัดกร่อน นาไฟฟ้ า ได้สูงมาก
  85. 85. อะลูมิเนียมและโลหะผสมของอะลูมิเนียม มีความหนาแน่นต่า (2.7 g/cm3) นาไฟฟ้ าและความร้อนได้ดี ทนการกัดกร่อนได้ดี ในสภาวะแวดล้อมบางสภาวะ ขึ้นรูปง่าย มีความเหนียวสูง ตย.เช่น อะลูมิเนียมฟอยล์ : ได้จากการรีด Al บริสุทธิ์ ธาตุที่ใช้ผสมหลัก : Cu Mg Si Mn Zn ถูกนามาใช้กับการขนส่งเพื่อลดการใช้เชื้อเพลิง Al-Li ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องบิน ยานอวกาศ เนื่องจากมีคาม หนาแน่นต่า (2.5-2.6 g/cm3) ทนต่อความล้าดีมาก ความแกร่งสูง
  86. 86. แมกนีเซียมและโลหะผสมของแมกนีเซียม มีความหนาแน่นต่า (1.7 g/cm3) ขึ้นรูปที่อุณหภูมิห้องยาก โดยมากขึ้นรูปร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 200-350 °C และอ ุณ ห ภ ูม ิห ล อ ม เห ล วต ่า (650 °C) ไม่เสถียร ไม่ทนต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้าทะเล แต่ทนการ ออกซิเดชันในบรรยากาศได้ดี ธาตุผสม : Al Zn Mn ผงโลหะละเอียดจะติดไฟได้ง่าย ใช้ทาเครื่องบิน จรวด และกระเป๋ า ใช้แทนพลาสติก เนื่องจากความหนาแน่นใกล้เคียงกัน แต่ Mg แข็งแรงกว่า recycle ได้มากกว่า ราคาไม่แพง เลื่อยโซ่ ตัวหนีบ พวงมาลัย เสาพวงมาลัย โครงที่นั่ง คอมพิวเตอร์ มือถือ
  87. 87. ไทเทเนียมและโลหะผสมของไทเทเนียม Ti บริสุทธิ์ มีความหนาแน่นต่า (4.5 g/cm3) อุณหภูมิหลอมเหลวสูง (1668 °C) แข็งแรง เหนียว ง่ายต่อการทุบขึ้นรูป กลึงไสได้ ขีดจากัด:อาจเกิดปฏิกิริยาเคมีกับวัสดุอื่นได้ง่ายที่อุณหภูมิสูงและมีราคา แพง ไม่เกิดปฏิกิริยากับอากาศ น้าทะเล บรรยากาศอุตสาหกรรม ต้านทานต่อ การกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงมาก ใช้ในโครงสร้างเครื่องบิน ยานอวกาศ เครื่องมือผ่าตัด อุตสาหกรรม ปิโตรเลียมและเคมี
  88. 88. โลหะทนอุณหภูมิสูง (Refractory) อุณหภูมิหลอมเหลวสูงมาก (2468 °C/Nb – 3410°C/W ) ตัวอย่างเช่น Nb Mo W Ta โลหะผสม Mo : แม่พิมพ์แบบกดอัด โครงสร้างยานอวกาศ โลหะผสม W : ไส้หลอดไฟฟ้ า หลอด X-ray ขั้วเชื่อม โลหะผสม Ta : เฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อมที่ อุณหภูมิต่ากว่า 150 °C มักใช้ในงานที่ต้องการวัสดุทนทานการกัด กร่อน
  89. 89. โลหะผสมพิเศษ (Superalloys) ใช้ทาใบพัดเครื่องบิน ซึ่งทนต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง เป็นเวลานานๆ ใช้ทาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และใน อุตสาหกรรมปิโตรเคมี ธาตุหลัก : Co Ni Fe ธาตุผสม : Nb Mo W Ta
  90. 90. โลหะเสถียร (Noble Metals) กลุ่มธาตุโลหะ 8 ชนิดที่มีสมบัติกายภาพคล้ายกัน มีราคา แพง อ่อน เหนียว ทนการเกิดออกซิเดชัน เงิน ทอง แพลตตินัม แพลเลเดียม โรเดียม รูทีเนียม อิริเดียม ออสเมียม เงินและทอง สามารถทาให้แข็งแรงขึ้นได้ถ้าผสมทองแดงลง ไป เช่น เงินสเตอร์ลิง (เงิน+ทองแดง : 92.5,7.5% โดย น้าหนัก) , ทาขั้วไฟฟ้ า ,วัสดุอุดฟัน
  91. 91. โลหะนอกกลุ่มเหล็กอื่นๆ 1. นิกเกิลและโลหะผสมนิกเกิล มีความต้านทานการกัดกร่อนสูง โดยเฉพาะในสภาพด่าง (alkaline) จึงใช้เคลือบผิวโลหะที่ถูกกัดกร่อนได้ง่าย “โมเนล” คือ โลหะผสมระหว่าง Ni (65 wt%) Cu (28 wt%) ที่เหลือ คือ Fe : มีความแข็งแรงสูงมาก ใช้ทาปั๊ม วาล์ว
  92. 92. 2. ตะกั่ว ดีบุก โลหะผสมตะกั่ว-ดีบุก ไม่แข็งแรง นิ่ม และมี Tm ต่า Exลวดบัดกรี : โลหะผสมตะกั่ว-ดีบุก ตะกั่ว : เป็นตัวกั้น X-ray เสื้อแบตเตอรี ดีบุก : ใช้เคลือบเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดานามาใช้ทา กระป๋ องบรรจุอาหาร เพื่อป้ องกัน ???
  93. 93. 3. สังกะสี เป็นโลหะค่อนข้างอ่อน มี Tm ต่า และทาปฏิกิริยาเคมีกับ สิ่งแวดล้อมต่างๆ ง่าย ถูกกัดก่อนง่าย เมื่อเคลือบสังกะสีบน เหล็ก สังกะสีจะถูกกัดกร่อนแทนเหล็ก เรียกว่า “เหล็กกัลวา ไนซ์” ใช้ทาเหล็กแผ่นสังกะสี รั้ว หลังคา ผนัง สกรู ที่จับประตู รถยนต์ อุปกรณ์สานักงาน
  94. 94. 4. เซอร์โคเนียม เหนียว ทนทานต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมถูกกัด กร่อนรุนแรง Zr ยอมให้อนุภาคนิวตรอนทะลุผ่านได้ จึงใช้เคลือบผิว เชื้อเพลิงยูเรเนียมในเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู แล้วหล่อเย็น ด้วยน้า นอกจากนี้ยังใช้ทาตัวซีลสาหรับท่อสุญญากาศ

×