การกัดกร่อน

          เมื่อโลหะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันหรือถูกออกซิไดซ์ จะมีการกร่อนของโลหะนั้น ๆ เกิดขึ้น ดังนั้นหลักของการป้องกันการกร่อนก็คือ การป้องกันไม่ให้โลหะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันนั่นเอง โลหะที่มีค่า E๐ ครึ่งเซลล์รีดักชันสูงที่สุดได้แก่ ทองคำจะสามารถทนต่อการกร่อนได้มากที่สุด แต่ทองคำเป็นโลหะที่มีมูลค่าสูง แพลทตินั่ม เงิน และทองแดงจะมีค่า E๐ ครึ่งเซลล์รีดักชันเป็นบวก จะมีความสามารถทนต่อการกร่อนได้ดีรองลงมา ส่วนโลหะอื่นๆก็จะเป็นโลหะที่ถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย นั่นคือมีโอกาสกร่อนได้ง่ายกว่า ตัวอย่างการกร่อนที่พบได้บ่อยและชัดเจนคือการเกิดสนิมเหล็กหรือการเกิดออกไซด์ของเหล็ก เหล็กเป็นสนิมได้ก็ต่อเมื่อมีออกซิเจนและน้ำอยู่ด้วย ปฏิกิริยาการเกิดสนิมเหล็กค่อนข้างซับซ้อนและมีลักษณะเฉพาะตัว แต่เชื่อว่ามีขั้นตอนที่สำคัญคือ

ปฏิกิริยาออกซิเดชันเกิดขึ้นเมื่อพื้นผิวส่วนหนึ่งของเหล็กทำหน้าที่เป็นแอโนด ดังสมการ

ออกซิเจนถูกรีดิวซ์ที่ผิวอีกส่วนหนึ่งของเหล็กซึ่งทำหน้าที่เป็นแคโทด เมื่อมีน้ำอยู่ด้วย ดังสมการ

และมีปฏิกิริยาต่อเนื่องต่อไปคือ

การกัดกร่อนของโลหะ

          ปัจจุบันเรามีการใช้เหล็กเป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับงานต่างๆ มากมาย ซึ่งข้อพิจารณาในการเลือกใช้ผลิตภัณฑ์เหล็ก นอกจากจะดูที่ความแข็งแรง ความเหนียว ความสามารถในการขึ้นรูปและความสามารถในการเชื่อมประกอบแล้ว เรายังต้องพิจารณาถึงความต้านทานต่อการกัดกร่อนด้วย เพื่อให้ใช้งานเหล็กได้อย่าง คุ้มค่า ลดความจำเป็นในการซ่อมบำรุง และมั่นใจในความปลอดภัยในการใช้งานในอุตสาหกรรม การขนส่ง เชื้อเพลิง เป็นต้น ลักษณะของการกัดกร่อนของโลหะสามารถแบ่งออกได้ทั้งหมด 8 ประเภทดังนี้

1.การกัดกร่อนแบบสม่ำเสมอ (Uniform Corrosion)
          การกัดกร่อนแบบสม่ำเสมอนี้เกิดขึ้นเนื่องจากโลหะสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมรอบข้าง โดยอัตราการกัดกร่อนที่สร้างความสูญเสียของเนื้อโลหะที่บริเวณต่างๆ จะค่าที่ใกล้เคียงกัน ทำให้สามารถวัดอัตราการกัดกร่อนและออกแบบการซ่อมบำรุงรักษาตามช่วงระยะเวลาได้

2.การกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์ (Galvanic Corrosion)
การกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์เกิดจากโลหะ 2 ชนิดที่ต่างชนิดกันนำมาเชื่อมต่อถึงกันจะเกิดความต่างศักย์ขึ้น ก่อให้เกิดการไหลของอิเล็กตรอนระหว่างโลหะทั้งสอง โดยโลหะที่มีค่าความต้านทานการกัดกร่อนได้น้อยกว่าจะเป็นอาโนด (Anode) ขณะเดียวกันโลหะที่มีค่าความต้านทานการกัดกร่อนได้มากกว่าทำหน้าที่เป็นคาโธด (Cathod) โดยระดับของการกัดกร่อนประเภทนี้จะขึ้นอยู่กับสภาพสิ่งแวดล้อมที่โลหะทั้งสองสัมผัส ระยะห่างจากรอยต่อ (การกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์นั้นจะมีความรุนแรงที่สุดบริเวณใกล้รอยต่อระหว่างโลหะทั้งสองและอัตราของการกัดกร่อนจะลดลงเมื่อระยะห่างจากรอยต่อนั้นเพิ่มขึ้น) สัดส่วนพื้นที่ของคาโธดต่อพื้นที่ของอาโนด (ยิ่งสัดส่วนดังกล่าวมากความรุนแรงของการกัดกร่อนที่อาโนด ก็จะยิ่งสูงขึ้น)

3. การกัดกร่อนแบบช่องแคบ (Crevice Corrosion)
การกัดกร่อนแบบช่องแคบเป็นการกัดกร่อนเฉพาะบริเวณ (Localized Corrosion) แบบหนึ่ง มักเกิดขึ้นบริเวณ ช่องแคบหรือ รอยแยกของโลหะที่สัมผัสกับสารละลายที่สามารถแตกตัวเป็นประจุไฟฟ้า (Electrolyte) ได้ การกัดกร่อนแบบนี้สามารถเกิดขึ้นได้แม้โลหะสัมผัสกับอโลหะ เช่น Rubber Gasket อัตราการกัดกร่อนในช่องแคบจะสูงกว่าของเนื้อโลหะโดยรวม (Bulk) นอกเหนือจากนี้การกัดกร่อนแบบช่องแคบมักเกิดกับโลหะที่โลหะผสมที่ผิวเป็น Passive เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม

4.การกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (Pitting)
การกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (Pitting) เป็นการกัดกร่อนเฉพาะที่ (Localized Attack) อีกแบบหนึ่ง การกัดกร่อนแบบนี้ทำให้เกิดความเสียหายได้แม้สูญเสียน้ำหนักของโลหะเพียงเล็กน้อย แต่จะเป็นอันตรายเพราะเป็นการเสียหายแบบฉับพลัน โดยจะทะลุเป็นรูและยากที่จะตรวจหา เพราะมีขนาดเล็ก และอาจถูกปกคลุมด้วยผลิตภัณฑ์ที่ป้องกันจากการกัดกร่อน (Corrosion Product) โดยทั่วไปการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมนี้มักจะพบบ่อยในสารละลายที่มีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบ เช่น น้ำทะเล

5. การกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular Corrosion)
โดยปกติการกัดกร่อนบริเวณขอบเกรน (Grain Boundary) จะพบบ่อยในเหล็กกล้าไร้สนิมคือบริเวณรอยเชื่อมของ เหล็กกล้าไร้สนิมที่เกิดการสูญเสีย โครเมี่ยมในรูปของคาร์ไบด์ (Cr23C6) ทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบนี้ในบริเวณใกล้แนวเชื่อม เนื่องจากขาดโครเมี่ยมสำหรับการสร้างฟิล์มโครเมี่ยมออกไซด์ที่แน่นและป้องกันเนื้อเหล็ก

6. การผุกร่อนแบบเลือก (Selective Leaching or Dealloying)
          การผุกร่อนแบบเลือกจะเกิดขึ้นกับโลหะผสมที่ธาตุหนึ่งเสถียรกว่าอีกธาตุหนึ่งเมื่อสัมผัสกับบรรยากาศ เช่น

          - การผุกร่อนแบบ Dezincification ของทองเหลือง (ทองแดงผสมสังกะสี) ที่สังกะสีจะถูก ละลายออกไป เหลือไว้เหลือแต่ทองแดงที่เป็นรูพรุน ซึ่งแม้ว่ารูปทรงจะเหมือนเดิม แต่ความ แข็งแรงจะลดลง ปัญหาดังกล่าวสามารถลดลงได้โดยการเติมดีบุกประมาณ1% ลงในทองเหลือง

          - Graphitization ของเหล็กหล่อเทา คือ การผุกร่อนที่เกิดขึ้นเนื่องจากเหล็ก (อาโนด) ผุกร่อนไป เหลือตาข่ายกราไฟต์ลักษณะแผ่น (Graphite Flake) ที่เป็นคาโธดไว้ ทำให้โครงสร้างเหล็กหล่อเทาสูญเสียความแข็ง การแก้ปัญหาทำโดยการใช้เหล็กหล่อกราไฟต์กลมหรือ เหล็กหล่ออบเหนียว (Malleable Cast Iron) แทน

7. การกัดเซาะ (Erosion Corrosion)
          การกัดกร่อนแบบกัดเซาะเกิดจากทั้งทางเคมีและทางกล เช่น ในท่อส่งสารละลายที่กัดกร่อน อาจมีสารแขวนลอยของแข็งผสม โดยการกัดกร่อนแบบนี้จะถูกเร่งด้วยการชนของอนุภาค ส่งผลทำให้ เนื้อโลหะหลุดออกหรือแค่ทำให้ออกไซด์ที่ปกป้องผิวหลุดออก ส่งผลทำให้เนื้อโลหะถูกกัดกร่อนได้ง่ายขึ้น

8. การกัดกร่อนเนื่องจากความเค้น (Stress corrosion)
          การกัดกร่อนประเภทนี้เกิดจากความเค้นโดยสภาพความเค้นของ โลหะอาจเกิดจากความเค้นภายในเหลือค้าง (Residual internal stress) เช่น จากการขึ้นรูปเย็น (Cold forming) ซึ่งสามารถทำการแก้ไขได้โดยทำการอบอ่อน (Annealing) หลังจากการขึ้นรูป การเย็นตัวลงอย่างไม่สม่ำเสมอจากอุณหภูมิสูง เป็นต้น หรืออาจเกิดจากความเค้นจากภายนอก เช่น การสั่นสะเทือน การรับการดัดโค้ง ผลของความร้อน (ขยายตัวหรือหดตัว) เป็นต้น