27 คุณสมบัติทางเคมี และคุณสมบัติทางไฟฟ้า

4.3 คุณสมบัติทางเคมี

      ความทนทาน หรือความต้านทานต่อการกัดกร่อน (Corrosion resistance) เป็นคุณสมบัติทางเคมีที่สำคัญที่สุดของโลหะ โลหะที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดี ทำให้ตัววัสดุสามารถป้องกันตัวเองจากสารเคมีที่มีอยู่รอบ ๆ ตัว

      นอกจากความทนทานต่อการกัดกร่อนของวัสดุแล้ว วัสดุยังสามารถทนทานต่อความชื้น โดยไม่มีการเสื่อมโทรมของวัสดุ เมื่อแก้ปัญหาด้านเคมีเรียบร้อยแล้วจะทำให้วัสดุมีความทนทานต่อแสงอาทิตย์, น้ำ, ความร้อน และสภาพแวดล้อมอื่น ๆ

รูปโซ่ทอดสมอจากเรือเดินสมุทรที่ถูกกัดกร่อนจากเกลือในทะเล

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

รูปการกัดกร่อนในอุปกรณ์ควบแน่น

รูปการกัดร่อนของท่อภายนอก

      ความต้านทานการกัดกร่อนอาจจะเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดในการคิดที่จะเลือกใช้วัสดุในที่ที่มีสภาพแวดล้อมที่อาจส่งผลให้เกิดการกัดกร่อน

การกัดกร่อนในวัสดุมีหลายประเภท ดังนี้

วิดีโอสภาพการกัดกร่อน

4.3.1 การออกซิเดชัน (Oxidation)

      ปฏิกิริยาที่เกิดจากการรวมตัวของออกซิเจนกับวัสดุที่เป็นประเภทเหล็ก คือ เหล็กเหนียว และเหล็กกล้าจนเหล็กเกิดเป็น สนิม (Rust) ออกซิเดชันในเหล็กเกิดจากเหล็กรวมกับออกซิเจน กลายเป็นเหล็กออกไซด์

รูปสนิมที่ชุดเฟืองจากการที่ออกซิเจนรวมตัวกับเหล็กที่ทำเฟือง

4.3.2 การกัดกร่อนทางไฟฟ้า (Galvanic corrosion)

      การกัดกร่อนประเภทนี้จะกล่าวถึงการกัดกร่อนทาง ไฟฟ้าเคมี (Electrochemical) ในการกัดกร่อนทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นกับวัสดุ โดยวัสดุที่เป็นโลหะจะสัมผัสกับสารที่เรียกว่า สารอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) (คือ สารประกอบที่แตกตัวเป็นอะตอมในสารละลายที่เป็นตัวนำไฟฟ้า) ยกตัวอย่างเช่น น้ำกรดในแบตเตอรี่รถยนต์, น้ำมันที่อยู่ในตัวเก็บประจุ, น้ำที่ไม่บริสุทธิ์ ฯลฯ

รูปการกัดกร่อนทางไฟฟ้าเป็นพันธของไออนิก

รูปการกัดกร่อนทางไฟฟ้า

รูปการกัดกร่อนท่อทางไฟฟ้า

การกัดกร่อนประเภทนี้เป็นพันธของของเหลวที่มีสภาพเป็นไอออนิก (Ionic: อะตอมที่มีประจุบวกหรือลบ) กับไออนของวัสดุโลหะอื่น ๆ

      โดยที่โลหะหนึ่งจะเป็นตัวถูกกระทำซึ่งกำหนดให้เป็น อาโนด (Anode) โลหะตัวนี้จะสูญเสียไอออนบวกให้กับโลหะอื่นอีกตัวที่กำหนดให้เป็นตัวกระทำ หรือ คาโทด (Cathode) จนเกิดเป็นหลุมในโลหะอาโนด จนมันสูญเสียไอออนไปให้กับส่วนโลหะที่เป็นคาโทด โดยโลหะที่เป็นคาโทดจะไม่เกิดการกัดกร่อน

ประโยชน์จากปรากฏการณ์การกัดกร่อนนี้ถูกนำไปใช้งานในพื้นที่มีสภาพเอื้อประโยชน์ต่อการกัดกร่อนทางไฟฟ้า เช่น ถังความดัน, ใต้ท้องเรือเดินทะเล โดยจะให้ตัววัสดุเป็นคาโทดเป็นถัง หรือท้องเรือ แล้วจะนำวัสดุที่เป็นสภาพอาโนดมาแปะติดไว้เพื่อให้เกิดการกัดกร่อนที่วัสดุอาโนดแทน แต่ถัง หรือท้องเรือปลอดภัย

4.3.3 การเป็นหลุม (Pitting corrosion)

      เป็นการกัดกร่อนชนิดหนึ่ง โดยการเกิดเป็นหลุมเล็ก ๆ ที่พื้นผิวของวัสดุโลหะ อันเนื่องมาจากการเป็นหลุมที่ผิววัสดุเกิดจากความไม่ลงรอยกันภายในระหว่างโมเลกุล และองค์ประกอบของอะตอม อย่างมีความสัมพันธ์และสอดคล้องกัน

      ส่วนสาเหตุมีมากมายหลายประการ อันได้แก่ ความเค้นที่ยังเหลือค้างอยู่ในวัสดุ, การแตกร้าว (Crack) และขั้นตอนกระบวนการการผลิตในวัสดุบางอย่าง เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม นอกจากนี้สาเหตุของการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมอาจเกิดจากสภาพแวดล้อมเฉพาะเช่น อยู่ในบริเวณที่เป็นไอเกลือ และ บริเวณที่มี คลอรีนฟอกขาว (Chlorine bleach)

รูปการกัดกร่อนแบบหลุมของท่อเหล็ก

4.3.4 การกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular corrosion)

      การกัดกร่อนชนิดนี้จะเกิดขึ้นเมื่อองค์ประกอบของโมเลกุลวัสดุโลหะ เกิดความแตกต่างกันเล็กน้อยที่บริเวณขอบเกรน (Grain) สภาพการณ์นี้สาเหตุอาจเกิดขึ้นได้จากโลหะผ่าน การปรับสภาพทางความร้อน (Heat treatment) ที่ไม่เหมาะสม หรือการผสมส่วนประกอบทางเคมีในเนื้อวัสดุที่ไม่เหมาะสม

รูปการกัดกร่อนตามขอบเกรน 1

รูปการกัดกร่อนตามขอบเกรน 2

รูปการกัดกร่อนตามขอบเกรน 3

4.3.5 การกัดกร่อนจากรอยแตกของความเค้น (Stress Corrosion Cracking: SCC)

      การกัดกร่อนประเภทนี้เกิดขึ้นในวัสดุโลหะเป็นจำนวนมาก โดยเกิดความเค้นค้างอยู่ในเนื้อวัสดุ สาเหตุเนื่องมาจากกระบวนการผลิตวัสดุที่ไม่เหมาะสม โดยผลที่เกิดขึ้นก็คือการเกิดรอยแตกร้าวที่เนื้อวัสดุ ดูรูป

รูปกัดกร่อนจากรอยแตกความเค้นดูด้วยกล้องจุลทรรศน์

รูปการกัดกร่อนจากรอยแตกความเค้น

วิดีโอการกัดกร่อนท่อวัสดุจากน้ำเกลือจนเกิดเป็นสนิม

4.4 คุณสมบัติทางไฟฟ้า (Electrical Properties)

      คุณสมบัตินี้ในงานวัสดุจะกล่าวถึงสภาวะการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านตัววัสดุโลหะ ถ้ากระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านตัวโลหะได้อย่างอิสระ เรียกว่า วัสดุตัวนำไฟฟ้า (Electrical conductivity)

      แต่ถ้าโลหะไม่ยอมให้ไฟฟ้าไหลผ่านเราเรียกว่า วัสดุต้านทานไฟฟ้า (Electrical resistance) อาทิเช่น เหล็กกล้ามีการนำไฟฟ้าที่ดี และความต้านทานต่อการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ต่ำ ตาราง 4.3 ที่ด้านล่างจะแสดงให้เห็นถึงวัสดุที่เป็นโลหะมีค่าความต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ต่างกันไป

ตารางที่ 4.3 ค่าความต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้าของวัสดุต่าง ๆ

      ความเป็นฉนวน (Dielectric) เป็นคุณสมบัติทางไฟฟ้าทั่วไป วัสดุที่เป็นฉนวนที่ดี นั่นคือวัสดุสามารถทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าที่มีมากเกินไปได้ โดยไม่มีการไหลผ่านของกระแสไฟฟ้าที่ตัววัสดุ

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“ความเสี่ยงที่สุด นั่นก็คือการไม่กล้าที่จะเสี่ยง”