ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับเหล็กชุบเคลือบสังกะสี
สังกะสีป้องกันสนิมเหล็กได้อย่างไร และทำไมการชุบแบบจุ่มร้อนจึงเหมาะกับงานกลางแจ้ง
เป็นที่ทราบกันดีว่าเหล็ก และเหล็กกล้าเกิดสนิมได้ง่ายหากวางทิ้งไว้ใน บรรยากาศ สนิมเป็นออกไซด์ของเหล็กที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจน กับเนื้อเหล็ก ดังนั้นวิธีหนึ่งที่ใช้ป้องกันเหล็กไม่ให้เกิดสนิม คือ การเคลือบสารปิดทับผิวเหล็กไว้ สารเคลือบที่ใช้มีด้วยกันหลายชนิด สังกะสีก็เป็นโลหะชนิดหนึ่งที่นิยมนำมาเคลือบ เหล็กที่ได้จากการชุบเคลือบสังกะสีเรียกว่า เหล็กกล้าชุบเคลือบสังกะสี (galvanized steel)
การชุบเคลือบสังกะสีมีด้วยกันหลายวิธี เช่น การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน (hot dip galvanizing) การเคลือบสังกะสีด้วยไฟฟ้า (electrogalvanizing) การเคลือบด้วยวิธีทางกล (mechanical coatings) การพ่นเคลือบด้วยเปลวความร้อน (zinc spraying) การทาด้วยสีฝุ่นสังกะสี (zinc-rich paints) การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อนด้วยกระบวนการต่อเนื่อง (continuous hot dip galvanizing) การเคลือบด้วยเทคนิคเชอร์ราไดซ์ซิ่ง (sherardizing) แต่บทความนี้ขอเน้นเฉพาะเรื่องการชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน ซึ่งวิธีนี้ถูกนำออกเผยแพร่ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1742 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส P.J. Malouin
การชุบสังกะสีด้วยวิธีจุ่มร้อน(Hot Dip Galvanizing เรียกโดยย่อว่า HDG) หมายถึง การนำชิ้นงานที่ผ่านการทำความสะอาดผิวหน้ามาดีแล้ว และต้องการชุบผิวด้วยสังกะสีไปจุ่มลงในอ่างชุบ (molten zinc bath) ซึ่งบรรจุน้ำสังกะสีอยู่ ในสภาพของเหลวร้อนจัดมีอุณหภูมิขณะใช้งานอยู่ในช่วง 445 ถึง 465 0c (830 ถึง 870 ๐F) สังกะสีจะทำปฏิกริยากับเหล็ก เกิดเป็นชั้นของโลหะผสมเคลือบผิวชิ้นงาน (zinc – iron alloy layers) และเมื่อนำ ชิ้นงานขึ้นจากอ่างชุบสังกะสี และทำให้เย็นตัวลง นํ้าสังกะสีก็จะแห้งกลายเป็นผิวเคลือบหุ้มชิ้นงานเอาไว้
และด้วยการค้นคว้าวิจัยในหลายๆ แง่มุม ของกระบวนการผลิตที่มีมาอย่างต่อเนื่อง ผสานเข้ากับเทคโนโลยีที่ทันสมัยทำให้การชุบสังกะสีเป็นอุตสาหกรรมที่สามารถพัฒนาและควบคุมได้ในทางเทคนิค
โดยทั่วไปสังกะสีเป็นวัสดุที่นิยมนำมาใช้เป็นผิวเคลือบเหล็กมากที่สุด นอกจากนี้ก็มี อะลูมิเนียม, แคดเมียม, ดีบุก, ตะกั่ว, นิกเกิล, ทองเหลือง และทองแดง เป็นต้น
การชุบสังกะสีด้วยวิธีจุ่มร้อนบนชิ้นงานที่เป็นเหล็กกล้าเป็นกระบวนการที่รู้จักกันดีมานานดังกล่าวมาแล้วในตอนต้น ตัวอย่างงานที่ใกล้ตัวเรามากที่สุดก็คือ สังกะสีมุงหลังคาบ้านนั่นเอง
ผิวของสังกะสีจะช่วยเคลือบป้องกัน ผิวหน้าของเหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ มากกว่าการทาด้วยนํ้ามันหรือทาสีอีกทั้งการทาก็มีขีดจำกัดในบริเวณที่เข้าถึงยาก แต่ถ้าเป็นการชุบสังกะสี
แล้วนํ้าสังกะสีจะไหลไปยังทุกซอกทุกมุมได้ดีกว่า จึงทำให้เหล็กกล้าสามารถทนทานต่อการกัดกร่อน จากสภาวะดินฟ้าอากาศ, ทนทานต่อการถูกฝังไว้ในดินหรือกระทั่งแช่นํ้าทะเล
สังกะสีป้องกันสนิมเหล็กได้อย่างไร?
การชุบเคลือบสังกะสีปิดผิวเหล็กทำให้ออกซิเจน ไอน้ำ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งคลอไรด์ (chloride) ซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนเหล็กได้ดี ไม่สามารถสัมผัสและทำปฏิกิริยากับเหล็กได้จึงเป็นการป้องกันระดับหนึ่ง นอกจากนี้ในกรณีที่ผิวเคลือบสังกะสีถูกแรงกระทำ จนเกิดรอยลึกถึงเนื้อเหล็ก แล้ว สังกะสีก็ยังคงสามารถป้องกันเหล็กจากการกัดกร่อนได้ เนื่องจากสังกะสีเป็นโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าเหล็ก (ภาพข้างบน) จึงเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ง่ายกว่าเหล็ก ลักษณะการใช้โลหะที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำ ร่วมกับโลหะที่มีค่าศักย์ ไฟฟ้าสูงกว่า เพื่อให้โลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า เกิดปฏิกิริยากัดกร่อนก่อนโลหะที่มี ค่าศักย์ไฟฟ้าสูงเรียกว่า การป้องกันแบบแคโทดิก (cathodic protection)
การนำไปใช้
ผลิตภัณฑ์เหล็กชุบเคลือบสังกะสี สามารถนำไปใช้งานได้ในอุตสาหกรรมหลาย ประเภท ไม่ว่าจะเป็นอุตสาหกรรมยานยนต์ อุตสาหกรรมก่อสร้าง และอุตสาหกรรมอื่น ๆ แต่มีข้อสังเกตอย่างหนึ่ง คือ ชิ้นงานที่เคลือบสังกะสีเป็นชั้นบาง จะไม่เหมาะสำหรับการใช้งานภายนอกอาคาร อย่างเช่น ชิ้นงานที่เคลือบสังกะสีด้วยวิธีเคลือบด้วยไฟฟ้า มีชั้นเคลือบหนาประมาณ 5 - 10 ไมครอน (ไมครอน = 10-6 m) ซึ่งไม่เหมาะกับงานภายนอกอาคาร ขณะที่ชิ้นงานเหล็กที่ชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน จะมีชั้นเคลือบสังกะสี หนาตั้งแต่ 65 - 300 ไมครอน ทำให้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนจากสภาพแวดล้อม มากกว่าจึงเหมาะกับการใช้งาน ภายนอกอาคารมากกว่า
แหล่งข้อมูลอ้างอิง
บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์, ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ
วีระศักดิ์ พิรักษา, วารสารเทคนิค 183, เมษายน 2543
วีระศักดิ์ พิรักษา, วารสารเทคนิค 184, พฤษภาคม 2543
http://www.mooregalvanizing.com/galvanizing_coating.htm
http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=2629
http://en.wikipedia.org/wiki/Galvanize
http://www.mooregalvanizing.com/galvanizing_performance.htm
http://www.zincinfocentre.org/zinc_applications.html#coatings
http://www.mooregalvanizing.com/galvanizing_performance.htm
