การป้องกันการเกิดสนิมเหล็ก

 

 

การป้องกันการเกิดสนิมเหล็ก

    เหล็กเป็นโลหะที่มนุษย์นำมาใช้ประโยชน์มากที่สุด เนื่องจากความแข็งแกร่งและมีราคาถูก อย่างไรก็ตาม ข้อบกพร่องที่สำคัญที่สุดของก็คือ การเกิดสนิม (rusting) นั้นเอง ประมาณกันว่าปีหนึ่งๆ จะเกิดการสูญเสียเนื้อเหล็กไปในรูปของสนิมเหล็กถึงเกือบ 1 ใน 7 ของปริมาณเหล็กที่ผลิตได้ ซึ่งนอกจากจะสร้างความสูญเสีย ในเชิงเศรษฐกิจอย่างมหาศาลแล้ว บางครั้งการเกิดสนิมยังอาจก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อชีวิตและทรัพย์สินอย่างประมาณค่ามิได้ ดังนั้น การป้องกันการเกิดสนิมของเหล็กเอาไว้ล่วงหน้า จึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อลดปัญหาที่เกิดขึ้น 

    สนิมเหล็กแท้จริงแล้วคือสารประกอบระหว่างเหล็กกับออกซิเจนนั่นเอง มีชื่อทางเคมีคือ ไฮเดรตเฟอริกออกไซด์ (Fe2O3.XH2O3) ลักษณะเป็นคราบสีแดง ซึ่งไม่สามารถเกาะอยู่บนผิวของเหล็กได้อย่างเหนียวแน่น สามารถหลุดออกไปได้ง่าย ทำให้เนื้อเหล็กที่อยู่ชั้นในสามารถเกิดสนิมต่อไปจนกระทั่งหมดทั้งชิ้น กระบวนการเกิดสนิมเหล็กค่อนข้างซับซ้อน โดยมีปัจจัยหลักก็คือ น้ำและออกซิเจน ซึ่งมีอยู่ทั่วไปในบรรยากาศโลก เหล็กจะเกิดสนิมได้เร็วขึ้นในบางสภาวะ เช่น สภาพที่เป็นกรด ตามชายทะเลที่มีไอเกลือเข้มข้น เป็นต้น 

    วิธีการป้องกันเหล็กไม่ให้เกิดสนิมมีอยู่หลายวิธี เช่น การเคลือบผิวเหล็ก เพื่อป้องกันมิให้เนื้อเหล็กสัมผัสกับน้ำและอากาศโดยตรง อาจทำได้หลายวิธี เช่น การทาสี การชุบด้วยโลหะ อาทิ ดีบุก สังกะสี วิธีนี้มักใช้กับชิ้นงานขนาดเล็กหรือกลาง อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของวิธีนี้คือ ผิวเคลือบชนิดนี้ สามารถหลุดออกได้ง่าย ทั้งทางกายภาพและเคมีซึ่งจะทำให้เนื้อเหล็กมีโอกาสสัมผัสกับบรรยากาศและเกิดสนิมขึ้น ยิ่งกว่านั้นผิวเคลือบบางชนิด เช่น ดีบุก ยังสามารถเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการเกิดสนิมให้เร็วขึ้นอีกด้วย 

    วิธีต่อมาคือการทำเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม (stainless steel) โดยการเติมธาตุอื่นๆ ที่สามารถทำให้เกิดชั้นฟิล์มบางๆ ขึ้นบนผิวเหล็ก เช่น โครเมียม นิกเกิล ธาตุเหล่านี้จะสร้างฟิล์มบางๆ ที่ติดแน่นบนผิวเหล็ก ช่วยป้องกันไม่ให้เนื้อเหล็กสัมผัสกับบรรยากาศโดยตรง ผิวเคลือบชนิดนี้มีความคงทนทั้งทางกายภาพและเคมี เหล็กกล้าไร้สนิมมีหลายเกรด แต่ละเกรดก็จะมีส่วนผสมที่ต่างกันออกไป ขึ้นอยู่กับความต้องการในการใช้งานแต่ละประเภท 

    ส่วนวิธีสุดท้ายคือ การใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อให้เหล็กมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าบริเวณใกล้เคียง ซึ่งจะทำให้เหล็กไม่เกิดการสูญเสียอิเลกตรอนและกลายเป็นสนิม วิธีนี้สามารถป้องกันการเกิดสนิมได้ในทุกสภาพแวดล้อม แต่มีค่าใช้จ่ายสูง และต้องอาศัยแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าซึ่งไม่สะดวกกับการโยกย้ายไปมา จึงเหมาะสมสำหรับโครงสร้างใหญ่ๆ ที่ต้องใช้งานในสภาพแวดล้อมที่เสี่ยงต่อการเกิดสนิมอย่างรุนแรง เช่น ท่อที่ฝังอยู่ใต้ดิน ท่อส่งน้ำมันใต้ทะเล เป็นต้น

บทความโดย สุรศักดิ์ ไวทยวงศ์สกุล จาก http://www.material.chula.ac.th/

อกสารอ้างอิง
  • สำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ, เคมีวิทยา เล่ม 2 : หลักทฤษฎีและสมบัติของสสาร 
  • วิริยะ สิริสิงห และคณะ, 110 ธาตุ คุณสมบัติและการค้นพบ, สนพ.อักษรวัฒนา, พิมพ์ครั้งที่ 3 
  • วิกรม วัชรคุปต์ และ บุญชัย โสวรรณวณิชกุล, โครงการการพัฒนาระบบควบคุมการป้องกันการผุกร่อนชนิดคาโธดิคของท่อแบบอัตโนมัติ, กุมภาพันธ์ 2542.