การประเมินผลกระทบของการกัดกร่อนของอีลาสโตเมอร์ต่อทองแดง

ทองแดงเป็นที่นิยมอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้า การนำความร้อน ความยืดหยุ่น และความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมเมื่อเทียบกับโลหะหลายชนิด เช่น เหล็ก อย่างไรก็ตาม ทองแดงก็สามารถเกิดการกัดกร่อนได้ ซึ่งเป็นปฏิกิริยาทางเคมีหรือทางไฟฟ้าเคมีกับสิ่งแวดล้อม และส่งผลต่อรูปลักษณ์ ประสิทธิภาพ และบางครั้งก็ส่งผลต่อความแข็งแรงของโครงสร้าง การกัดกร่อนของทองแดงมักจะสร้างชั้นป้องกัน แต่ภายใต้เงื่อนไขบางอย่างก็อาจก่อให้เกิดปัญหาได้

เมื่อสัมผัสกับอากาศและความชื้น ทองแดงจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันในขั้นต้น ทำให้เกิดชั้นออกไซด์ของทองแดงบางๆ สีน้ำตาลแดง เมื่อเวลาผ่านไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในที่กลางแจ้งหรือในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง ชั้นออกไซด์นี้จะเปลี่ยนไปเป็นชั้นที่ซับซ้อนและเสถียรมากขึ้น เรียกว่า แพตินา ผ่านปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์ สารประกอบกำมะถัน ออกซิเจน และองค์ประกอบอื่นๆ ในบรรยากาศ แพตินานี้มีประโยชน์อย่างมาก คือ ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกัน ช่วยชะลอการกัดกร่อนและปกป้องโลหะด้านล่างอย่างมีนัยสำคัญ ภายใต้สภาวะบรรยากาศส่วนใหญ่ อัตราการกัดกร่อนจะต่ำมาก และแพตินาจะช่วยเพิ่มความทนทานของวัสดุมากกว่าที่จะทำให้เสียหาย

แม้ว่าคราบสนิมจะช่วยปกป้องได้ในหลายกรณี แต่การกัดกร่อนก็อาจส่งผลเสียได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ:

การสูญเสียวัสดุและการอ่อนตัวของโครงสร้าง: ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (เช่น น้ำที่เป็นกรด ดินที่มีคลอไรด์สูง หรืออากาศที่ปนเปื้อน) การกัดกร่อนอาจเกิดขึ้นเฉพาะจุดแทนที่จะกระจายไปทั่ว ประเภทต่างๆ ได้แก่:
การกัดกร่อนแบบเป็นหลุม: รูลึกเฉพาะจุดในท่อ ซึ่งอาจนำไปสู่การรั่วซึมเป็นรูเล็กๆ ได้
การกัดกร่อนแบบสึกกร่อน: เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากกระแสน้ำที่ปั่นป่วนและมีความเร็วสูง ทำให้ฟิล์มป้องกันถูกกัดกร่อนและทำให้ผนังท่อบางลง
การกัดกร่อนแบบกัลวานิก: เมื่อทองแดงสัมผัสกับโลหะที่มีความทนทานน้อยกว่า (เช่น ในระบบท่อผสม) ทองแดงจะทำหน้าที่เป็นแคโทดและเร่งการกัดกร่อนของโลหะอื่น แต่ตัวทองแดงเองจะได้รับความเสียหายเพียงเล็กน้อย
การเสื่อมคุณภาพของวัสดุ: การกัดกร่อนที่มากเกินไปจะลดความแข็งแรงเชิงกล ในบางกรณีอาจทำให้วัสดุเปราะมากขึ้น และลดประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าหากมีการก่อตัวของชั้นฉนวนที่หนา ในการใช้งานด้านไฟฟ้าหรือความร้อน แม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยบนพื้นผิวก็อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพได้
การปล่อยทองแดงลงสู่น้ำ (ระบบประปา): น้ำที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (ค่า pH ต่ำ น้ำอ่อน คลอไรด์/ซัลเฟตสูง น้ำนิ่ง) จะละลายทองแดงจากท่อและนำไปสู่:
เกิดการเปลี่ยนสีเป็นสีฟ้าอมเขียวบนอุปกรณ์ต่างๆ
น้ำดื่มมีรสชาติโลหะหรือขม
ระดับทองแดงสูง ซึ่งอาจเกินกว่ามาตรฐานด้านสุขภาพ
การกัดเซาะใต้ผิวดิน/ดิน: ในดินบางประเภท (ที่มีซัลเฟต/คลอไรด์สูง การระบายน้ำไม่ดี และมีความชื้นสูง) ฟิล์มป้องกันจะเสื่อมสภาพ ทำให้เกิดการกัดเซาะอย่างรวดเร็ว
ผลกระทบเฉพาะอื่นๆ: ในเชื้อเพลิงชีวภาพหรือน้ำมัน การกัดกร่อนของทองแดง (วัดโดยการทดสอบแถบทองแดง) บ่งชี้ถึงการเสื่อมสภาพของเชื้อเพลิง ในสถานที่จัดเก็บกากกัมมันตรังสีหรือสภาพแวดล้อมทางทะเล ไอออนคลอไรด์สามารถเพิ่มอัตราการกัดกร่อนได้แม้ในระดับออกซิเจนต่ำ

โดยทั่วไป การกัดกร่อนของทองแดงมักจำกัดตัวเองและเป็นการป้องกัน ทำให้ทองแดงเป็นโลหะที่ทนทานที่สุดชนิดหนึ่งสำหรับการใช้งานในด้านหลังคา ท่อประปา และระบบไฟฟ้า ปัญหาส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นในสภาวะที่รุนแรงหรือสภาวะน้ำนิ่ง และในกรณีเหล่านี้ จำเป็นต้องมีมาตรการป้องกัน (เช่น การบำบัดน้ำ การเคลือบผิว หรือการเลือกโลหะผสม)

มีการใช้วิธีการต่างๆ เพื่อประเมินผลกระทบจากการกัดกร่อนของอีลาสโตเมอร์ ซึ่งเป็นพอลิเมอร์คล้ายยางที่นิยมใช้ในปะเก็น ซีล หรือสารเคลือบ ต่อทองแดง

วัสดุอีลาสโตเมอร์อาจเกิดการกัดกร่อนได้จากการชะล้างของสารประกอบต่างๆ เช่น กำมะถัน กรด เอมีน หรือฮาโลเจน สารประกอบเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับทองแดงก่อให้เกิดออกไซด์ ซัลไฟด์ หรือสารประกอบกัดกร่อนอื่นๆ เรื่องนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในงานที่อีลาสโตเมอร์สัมผัสกับชิ้นส่วนทองแดง เช่น ระบบยานยนต์ ระบบไฟฟ้า หรือระบบประปา การประเมินโดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับการทดสอบการสัมผัสภายใต้สภาวะควบคุม ตามด้วยการประเมินเชิงปริมาณหรือเชิงคุณภาพ

แนวทางพื้นฐานมีดังต่อไปนี้:

การทดสอบการสัมผัสโดยตรงในสภาพแวดล้อมที่ควบคุม: การทดสอบเหล่านี้เร่งการกัดกร่อนและให้ผลลัพธ์ที่รวดเร็วยิ่งขึ้นโดยจำลองสภาวะในโลกแห่งความเป็นจริงที่วัสดุอีลาสโตเมอร์สัมผัสโดยตรงกับทองแดง สำหรับการทดสอบแบบเร่งความเร็ว จะใช้สภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน เช่น ห้องพ่นละอองเกลือ (มาตรฐาน ASTM B117) หรือสารละลายโซเดียมคลอไรด์ 3-5% เพื่อจำลองสภาพแวดล้อมทางทะเลหรืออุตสาหกรรม

การประเมินทำได้ดังนี้:

การตรวจสอบด้วยสายตา: ใช้มาตราส่วน 5 ระดับ (0 ไม่มีการกัดกร่อน, 1 เล็กน้อยมาก เช่น การเปลี่ยนสีเล็กน้อย), 2 มีการกัดกร่อนเล็กน้อย, 3 ปานกลาง มีคราบหรือสิ่งตกค้างที่มองเห็นได้, 4 รุนแรง มีการกัดกร่อนลึก, 5 รุนแรงมาก ความเสียหายต่อโครงสร้าง)
การวัดแบบกราวิเมตริก (การสูญเสียน้ำหนัก): ตัวอย่างทองแดงจะถูกชั่งน้ำหนักก่อนและหลังการสัมผัสกับสารเคมี ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนจะถูกทำความสะอาดด้วยกรดอ่อนๆ ทำให้แห้ง และคำนวณการสูญเสียมวล การสูญเสียมวลสูงบ่งชี้ถึงความรุนแรงของการกัดกร่อนสูง
การเปลี่ยนแปลงขนาด: วัดความหนาของอีลาสโตเมอร์ก่อนและหลังเพื่อตรวจสอบการบวมหรือการเสียรูป ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการแทรกซึมของสารประกอบที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
วิธีการทางเคมีไฟฟ้า: วิธีนี้ให้ข้อมูลเชิงปริมาณเกี่ยวกับจลนศาสตร์การกัดกร่อน และเหมาะสมสำหรับการประเมินผลในห้องปฏิบัติการอย่างแม่นยำ
สเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์ทางไฟฟ้าเคมี: ชุดประกอบทองแดง-อีลาสโตเมอร์ถูกแช่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ใช้การจัดวางแบบสามขั้วไฟฟ้า ได้แก่ ทองแดงเป็นขั้วไฟฟ้าทำงาน แพลทินัมเป็นขั้วไฟฟ้าเคาน์เตอร์ และเงิน/ซิลเวอร์คลอไรด์เป็นขั้วไฟฟ้าอ้างอิง มีการจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขนาดเล็กในช่วงความถี่ก่อนและหลังการสัมผัส ความต้านทานการโพลาไรเซชันที่ต่ำกว่าแสดงถึงอัตราการกัดกร่อนที่สูงกว่าเนื่องจากผลของอีลาสโตเมอร์
การโพลาไรเซชันแบบศักย์ไดนามิก: นี่คือการตั้งค่าที่คล้ายกับการวิเคราะห์สเปกตรัมอิมพีแดนซ์ทางไฟฟ้าเคมี การทดสอบจะดำเนินการโดยมีและไม่มีการสัมผัสกับอีลาสโตเมอร์ ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นหมายความว่าอีลาสโตเมอร์จะสึกกร่อนเร็วขึ้น สำหรับโลหะผสมทองแดง จะปฏิบัติตามมาตรฐาน ASTM G61
การตรวจสอบด้วยหัววัดเคลวินแบบสแกน: โดยใช้เครื่องมือวิเคราะห์ทางเคมีไฟฟ้าแบบไมโครฟิลด์ ทำการสแกนพื้นผิวทองแดงก่อนและหลังการสัมผัสกับอีลาสโตเมอร์ วัดค่าความต่างศักย์โวลตาเพื่อสร้างแผนที่แสดงบริเวณการกัดกร่อน
การทดสอบมาตรฐานเฉพาะสำหรับอีลาสโตเมอร์บนทองแดงมีดังต่อไปนี้:
VW PV 3976 ความทนทานต่อการสึกหรอของพื้นผิวมันเงาในห้องโดยสารรถยนต์
ASTM E478 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับการวิเคราะห์ทางเคมีของโลหะผสมทองแดง
มาตรฐาน ASTM G38 สำหรับการเตรียมและการใช้ชิ้นงานทดสอบการกัดกร่อนจากความเค้นแบบวงแหวนรูปตัว C

เป็นเวลานานหลายปีที่องค์กรของเรา ด้วยทีมงานที่มีความสามารถและประสบการณ์ ได้เข้าใจถึงความต้องการของลูกค้า ให้บริการทดสอบขั้นสูงที่พวกเขาต้องการ และให้ความช่วยเหลือในการจัดตั้ง การนำไปใช้ และการปรับปรุงระบบการจัดการ ภายใต้กรอบนี้ เรายังให้บริการแก่ธุรกิจต่างๆ ในการประเมินผลกระทบจากการกัดกร่อนของอีลาสโตเมอร์ต่อทองแดงอีกด้วย