การกัดกร่อน คือการทำลายหรือเสื่อมสภาพของวัสดุหรือคุณสมบัติของวัสดุที่เกิดจากสภาพแวดล้อม การกัดกร่อนส่วนใหญ่เกิดขึ้นในบรรยากาศ ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบและปัจจัยกัดกร่อนต่างๆ เช่น ออกซิเจน ความชื้น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และสารมลพิษ
การกัดกร่อนแบบวนรอบ (Cyclic Corrosion) เป็นการกัดกร่อนในบรรยากาศที่พบได้บ่อยและรุนแรงที่สุด การกัดกร่อนแบบวนรอบ (Cyclic Corrosion) บนพื้นผิวของวัสดุโลหะเกิดจากไอออนของคลอไรด์ที่มีอยู่ในชั้นออกซิไดซ์ของโลหะ และชั้นป้องกันการแทรกซึมของโลหะ รวมถึงปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีภายในโลหะ ขณะเดียวกัน ไอออนของคลอรีนมีพลังงานไฮเดรชันอยู่บ้าง ซึ่งถูกดูดซับได้ง่ายในรูพรุนของพื้นผิวโลหะ ทำให้เกิดรอยแตกและแทนที่ออกซิเจนในชั้นออกไซด์ ออกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำจะเปลี่ยนเป็นคลอไรด์ที่ละลายน้ำได้ ทำให้เกิดปฏิกิริยาพาสซีฟ (passivation) ของพื้นผิวโลหะให้กลายเป็นพื้นผิวที่มีฤทธิ์
การทดสอบการกัดกร่อนแบบวนรอบ (Cyclic Corrosion Test) เป็นการทดสอบสภาพแวดล้อมชนิดหนึ่งที่ใช้อุปกรณ์ทดสอบการกัดกร่อนแบบวนรอบเป็นหลัก เพื่อสร้างแบบจำลองสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนแบบวนรอบ เพื่อประเมินความต้านทานการกัดกร่อนของผลิตภัณฑ์หรือวัสดุโลหะ การทดสอบนี้แบ่งออกเป็นสองประเภท คือ การทดสอบการสัมผัสกับสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ และการทดสอบการจำลองสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนแบบวนรอบแบบเร่งความเร็วเทียม
การจำลองเชิงเทียมของการทดสอบสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนแบบวงจรเป็นการใช้ปริมาตรพื้นที่ที่กำหนดของอุปกรณ์ทดสอบ - ห้องทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจร (รูปภาพ) ในปริมาณพื้นที่ด้วยวิธีการเทียม ส่งผลให้เกิดสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนแบบวงจรเพื่อประเมินคุณภาพของความต้านทานการกัดกร่อนแบบวงจรของผลิตภัณฑ์
เมื่อเปรียบเทียบกับสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ความเข้มข้นของเกลือคลอไรด์ในสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนแบบวงจรอาจสูงกว่าสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติทั่วไปหลายเท่าหรือหลายสิบเท่า ทำให้อัตราการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นอย่างมาก การทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจรบนผลิตภัณฑ์จึงช่วยลดระยะเวลาในการได้ผลการทดสอบลงอย่างมาก เช่น การทดสอบตัวอย่างผลิตภัณฑ์ในสภาพแวดล้อมที่สัมผัสกับธรรมชาติ อาจใช้เวลา 1 ปีในการทดสอบการกัดกร่อน ในขณะที่การจำลองสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนแบบวงจรเทียม ใช้เวลาเพียง 24 ชั่วโมงก็สามารถให้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกัน
การกัดกร่อนแบบวงจรจำลองในห้องปฏิบัติการสามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ประเภท
(1)การทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจรเป็นกลาง (การทดสอบ NSS)เป็นวิธีการทดสอบการกัดกร่อนแบบเร่งปฏิกิริยาที่ปรากฏขึ้นในยุคแรกสุดและเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน โดยใช้สารละลายโซเดียมคลอไรด์ 5% ปรับค่า pH ให้เป็นกลาง (6.5 ~ 7.2) เป็นสารละลายสำหรับฉีดพ่น อุณหภูมิในการทดสอบคือ 35 องศาเซลเซียส อัตราการตกตะกอนของการกัดกร่อนแบบวงจร (Cyclic Corrosion Rate) อยู่ที่ 1 ~ 2 มล./80 ซม./ชม.
(2)การทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจรกรดอะซิติก (ASS test)พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของการทดสอบการกัดกร่อนแบบวัฏจักรที่เป็นกลาง โดยการเติมกรดอะซิติกบริสุทธิ์ลงในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ 5% เพื่อลดค่า pH ของสารละลายให้เหลือประมาณ 3 สารละลายจะกลายเป็นกรด และการเกิดการกัดกร่อนแบบวัฏจักรขั้นสุดท้ายก็เปลี่ยนจากการกัดกร่อนแบบวัฏจักรที่เป็นกลางเป็นการกัดกร่อนแบบกรด อัตราการกัดกร่อนของการทดสอบนี้เร็วกว่าการทดสอบ NSS ประมาณ 3 เท่า
(3)กรดอะซิติกเร่งด้วยเกลือทองแดง การทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจร (การทดสอบ CASS)เป็นการทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจรที่รวดเร็วและพัฒนาขึ้นใหม่จากต่างประเทศ อุณหภูมิการทดสอบ 50 องศาเซลเซียส สารละลายเกลือที่มีคอปเปอร์คลอไรด์ผสมอยู่เล็กน้อย ทำให้เกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรง อัตราการกัดกร่อนสูงกว่าการทดสอบ NSS ประมาณ 8 เท่า
(4)การทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจรสลับเป็นการทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจรที่ครอบคลุม ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นการทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจรที่เป็นกลาง บวกกับการทดสอบความชื้นและความร้อนอย่างต่อเนื่อง วิธีนี้ส่วนใหญ่ใช้กับผลิตภัณฑ์แบบโพรง โดยการแทรกซึมเข้าไปในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น ทำให้การกัดกร่อนแบบวงจรไม่เพียงแต่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์เท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นภายในผลิตภัณฑ์ด้วย การทดสอบนี้เป็นการทดสอบผลิตภัณฑ์ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนแบบวงจรและความร้อนชื้นสลับกัน และสุดท้ายคือการประเมินคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลของผลิตภัณฑ์ทั้งชิ้นโดยอาจมีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ก็ได้
ผลการทดสอบการกัดกร่อนแบบไซคลิกโดยทั่วไปจะแสดงในรูปแบบเชิงคุณภาพมากกว่าเชิงปริมาณ มีวิธีการประเมินเฉพาะอยู่สี่วิธี
①วิธีการตัดสินการให้คะแนนคือพื้นที่การกัดกร่อนและพื้นที่รวมของอัตราส่วนเปอร์เซ็นต์ตามวิธีการแบ่งบางวิธีเป็นหลายระดับ เมื่อถึงระดับหนึ่งเป็นพื้นฐานการตัดสินที่มีคุณสมบัติเหมาะสม จะเหมาะกับตัวอย่างแบบแบนสำหรับการประเมิน
②วิธีการตัดสินด้วยการชั่งน้ำหนักคือการใช้การชั่งน้ำหนักตัวอย่างก่อนและหลังการทดสอบการกัดกร่อนเพื่อคำนวณน้ำหนักของการสูญเสียการกัดกร่อนเพื่อตัดสินคุณภาพของความต้านทานการกัดกร่อนของตัวอย่าง ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประเมินคุณภาพความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะ
③วิธีการตรวจสอบลักษณะการกัดกร่อนเป็นวิธีการพิจารณาเชิงคุณภาพ ซึ่งก็คือการทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจร เพื่อดูว่าผลิตภัณฑ์ก่อให้เกิดปรากฏการณ์การกัดกร่อนหรือไม่ เพื่อกำหนดตัวอย่าง โดยส่วนใหญ่มาตรฐานผลิตภัณฑ์ทั่วไปจะใช้ในวิธีนี้
④วิธีการวิเคราะห์ทางสถิติข้อมูลการกัดกร่อนให้บริการออกแบบการทดสอบการกัดกร่อน วิเคราะห์ข้อมูลการกัดกร่อน ข้อมูลการกัดกร่อนเพื่อกำหนดระดับความเชื่อมั่นของวิธีการ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการวิเคราะห์การกัดกร่อนเชิงสถิติ มากกว่าจะเจาะจงตัดสินคุณภาพผลิตภัณฑ์เฉพาะอย่าง
การทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจรของสแตนเลส
การทดสอบการกัดกร่อนแบบวนรอบ (Cyclic Corrosion Test) ถูกคิดค้นขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ถือเป็นการทดสอบที่ใช้กันมายาวนานที่สุด วัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อนสูงเป็นที่นิยมในหมู่ผู้ใช้ และได้กลายเป็นการทดสอบที่ "ครอบคลุม" ด้วยเหตุผลหลักดังนี้ ① ประหยัดเวลา ② ต้นทุนต่ำ ③ สามารถทดสอบวัสดุได้หลากหลายชนิด ④ ผลลัพธ์มีความเรียบง่ายและชัดเจน เอื้อต่อการยุติข้อพิพาททางการค้า
ในทางปฏิบัติ การทดสอบการกัดกร่อนแบบวนรอบของสเตนเลสเป็นที่รู้จักกันอย่างกว้างขวางที่สุด – วัสดุนี้สามารถทดสอบการกัดกร่อนแบบวนรอบได้กี่ชั่วโมง? ผู้ปฏิบัติงานคงคุ้นเคยกับคำถามนี้เป็นอย่างดี
ผู้ขายวัสดุมักจะใช้การทำให้เป็นพาสซีฟการรักษาหรือปรับปรุงเกรดการขัดผิวฯลฯ เพื่อปรับปรุงเวลาการทดสอบการกัดกร่อนแบบไซคลิกของสเตนเลสสตีล อย่างไรก็ตาม ปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการกำหนดคือองค์ประกอบของสเตนเลสสตีลเอง เช่น ปริมาณโครเมียม โมลิบดีนัม และนิกเกิล
ยิ่งปริมาณโครเมียมและโมลิบดีนัมของธาตุทั้งสองนี้สูงเท่าใด ประสิทธิภาพการกัดกร่อนที่จำเป็นต่อการต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุมและรอยแยกที่เริ่มปรากฏก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น ความต้านทานการกัดกร่อนนี้แสดงออกมาในรูปของสิ่งที่เรียกว่าความต้านทานหลุมเทียบเท่าค่า (PRE): PRE = %Cr + 3.3 x %Mo
แม้ว่านิกเกิลจะไม่เพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุมและรอยแยกของเหล็ก แต่สามารถชะลออัตราการกัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพหลังจากกระบวนการกัดกร่อนเริ่มต้นขึ้น ดังนั้น สเตนเลสออสเทนนิติกที่มีนิกเกิลจึงมีแนวโน้มที่จะมีประสิทธิภาพดีกว่ามากในการทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจร และกัดกร่อนน้อยกว่าสเตนเลสเฟอร์ริติกที่มีนิกเกิลต่ำซึ่งมีความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุมเทียบเท่าใกล้เคียงกัน
ข้อมูลทั่วไป: สำหรับ 304 มาตรฐาน การกัดกร่อนแบบวงจรเป็นกลางโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 48 ถึง 72 ชั่วโมง สำหรับ 316 มาตรฐาน การกัดกร่อนแบบวงจรเป็นกลางโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 72 ถึง 120 ชั่วโมง
ควรสังเกตว่าการการกัดกร่อนแบบวงจรการทดสอบมีข้อเสียสำคัญเมื่อทำการทดสอบคุณสมบัติของสแตนเลสปริมาณคลอไรด์ของการกัดกร่อนแบบวงจรในการทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจรนั้นสูงมาก ซึ่งสูงกว่าสภาพแวดล้อมจริงมาก ดังนั้น สเตนเลสสตีลที่สามารถต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมการใช้งานจริงที่มีปริมาณคลอไรด์ต่ำมากก็จะเกิดการกัดกร่อนในการทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจรเช่นกัน
การทดสอบการกัดกร่อนแบบวนรอบ (cyclic Corrosion) เปลี่ยนแปลงพฤติกรรมการกัดกร่อนของสเตนเลสสตีล จึงไม่ถือเป็นการทดสอบแบบเร่งหรือการทดลองจำลอง ผลการทดสอบเป็นเพียงด้านเดียวและไม่มีความสัมพันธ์เทียบเท่ากับประสิทธิภาพการใช้งานจริงของสเตนเลสสตีลเมื่อนำไปใช้งานจริง
ดังนั้นเราจึงสามารถใช้การทดสอบการกัดกร่อนแบบวนรอบเพื่อเปรียบเทียบความต้านทานการกัดกร่อนของสเตนเลสสตีลประเภทต่างๆ ได้ แต่การทดสอบนี้ประเมินได้เฉพาะวัสดุเท่านั้น เมื่อเลือกวัสดุสเตนเลสสตีลโดยเฉพาะ การทดสอบการกัดกร่อนแบบวนรอบเพียงอย่างเดียวมักไม่ให้ข้อมูลที่เพียงพอ เนื่องจากเรายังไม่มีความเข้าใจอย่างเพียงพอเกี่ยวกับความเชื่อมโยงระหว่างสภาวะการทดสอบและสภาพแวดล้อมการใช้งานจริง
ด้วยเหตุผลเดียวกัน จึงไม่สามารถประมาณอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์โดยอาศัยการทดสอบการกัดกร่อนแบบวงจรของตัวอย่างสแตนเลสเพียงอย่างเดียวได้
นอกจากนี้ ไม่สามารถทำการเปรียบเทียบระหว่างเหล็กประเภทต่าง ๆ ได้ เช่น เราไม่สามารถเปรียบเทียบสแตนเลสกับเหล็กกล้าคาร์บอนเคลือบได้ เนื่องจากกลไกการกัดกร่อนของวัสดุสองชนิดที่ใช้ในการทดสอบนั้นแตกต่างกันมาก และความสัมพันธ์ระหว่างผลการทดสอบกับสภาพแวดล้อมจริงที่ผลิตภัณฑ์จะนำไปใช้ก็ไม่เหมือนกัน
เวลาโพสต์: 6 พ.ย. 2566