สนิม การกัดกร่อน ออกซิเดชัน
การกัดกร่อนอาจทำให้เกิดปัญหาสำคัญได้เมื่อกัดกร่อนสะพานเหล็กหรือโครงสร้างอื่นๆ มีการใช้จ่ายเงินหลายพันล้านดอลลาร์ต่อปีในการป้องกันการกัดกร่อนและปัญหาอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการกัดกร่อน-
การกัดกร่อนเป็นปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างสารสองชนิด โดยอย่างน้อยหนึ่งในนั้นคือโลหะซึ่งมีการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน สนิมก็เหมือนกับการกัดกร่อน แต่เมื่อเกิดปฏิกิริยานี้กับเหล็กเท่านั้นจึงจะเรียกว่าสนิม การเปลี่ยนแปลงนี้มักเกี่ยวข้องกับการทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ซึ่งโลหะบริสุทธิ์จะถูกแปลงเป็นโลหะออกไซด์ที่มีความเสถียรทางเคมีมากขึ้น
คำว่า "ออกซิเดชัน" มักใช้และบอกเป็นนัยว่ามันทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเสมอ อย่างไรก็ตาม ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป และคำว่า "ออกซิเดชัน" ก็ได้ถูกนำมาใช้เพื่อหมายถึงปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน
ตัวอย่างเช่น สิ่งนี้มักเกิดขึ้นในแบตเตอรี่หรือตัวเก็บประจุ และเรียกว่าปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบรีดักทีฟ
เหล็กผุกร่อนคืออะไร?
เนื่องจากมนุษย์แปรรูปเหล็ก การกัดกร่อนและการป้องกันการกัดกร่อนที่มีประสิทธิภาพจึงมีบทบาทสำคัญ เหนือสิ่งอื่นใด มีการนำไปใช้ในลักษณะที่ชั้นออกไซด์มีความหนาแน่นมากจนไม่อนุญาตให้ออกซิเจนผ่านไปยังวัสดุที่อยู่ด้านล่างอีกต่อไป ซึ่งจะหยุดกระบวนการออกซิเดชั่น ตัวอย่างที่ดีของสิ่งนี้คือเหล็กต้านทานสนิม ซึ่งโครเมียมทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจนเกิดเป็นโครเมียมออกไซด์ ซึ่งทำให้พื้นผิวมีชั้นออกซิเจน-แน่นหนา ข้อเสียคือการรวมกันของโครเมียมและนิกเกิลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในสแตนเลสทำให้ราคาวัสดุสูง
ในปี 1932 นักประดิษฐ์ Byramji D. Saklatwalla ได้พัฒนารูปแบบเหล็กที่ผลิตพื้นผิวที่กันออกซิเจน- รูปแบบนี้ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมโดย United Steel Corporation และตั้งชื่อว่า COR-TEN steel นี่เป็นคำย่อของ "ทนต่อการกัดกร่อน-" และ "ความต้านทานแรงดึง" เหล็กที่ทนต่อสภาพอากาศ-เป็นเหล็กโลหะผสมต่ำ-ที่ประกอบด้วยเหล็กซึ่งเติมทองแดง ฟอสฟอรัส ซิลิคอน นิกเกิล และโครเมียมในปริมาณเล็กน้อย ความต้านทานแรงดึง (ความแข็งแรงของผลผลิต) ของวัสดุอยู่ที่ประมาณ 355MPA (N/mm²) Corten จึงเป็นชื่อแบรนด์ของ Weathering steel ซึ่งจัดหาโดย US Steel Corporation เท่านั้น
เหล็กผุกร่อนจะขึ้นสนิมเหมือนเหล็กโครงสร้างธรรมดา อย่างไรก็ตาม มันจะก่อตัวเป็นชั้นออกไซด์ที่มีความหนาแน่นสูงซึ่งป้องกันไม่ให้ออกซิเจนทะลุผ่านได้
การใช้เหล็กผุกร่อน
เหล็กผุกร่อนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างสรรค์งานศิลปะ จึงมีชื่อเล่นว่า "เหล็กของศิลปิน" นอกจากนี้ยังใช้ในโครงสร้างทางสถาปัตยกรรม เช่น ตู้คอนเทนเนอร์ สะพาน และปล่องไฟ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การประยุกต์ใช้เป็นวัสดุมุงหลังคาหรือวัสดุหุ้มในอุตสาหกรรมการก่อสร้างได้เพิ่มขึ้น เหล็กที่ผุกร่อนมักถูกมองว่าเป็นสิ่งกั้นเสียงตามทางหลวง นอกจากนี้ วัสดุนี้ยังพบได้ทั่วไปในผลิตภัณฑ์ทำสวนหลายชนิด เช่น แปลงดอกไม้ ไม้ปลูก รั้ว พื้นไม้ระแนง หรือประตูสวน หลุมไฟและเตาผิงในสวนมักทำจากเหล็กที่ผุกร่อน อุณหภูมิสูงทำให้เหล็กที่ผุกร่อนออกซิไดซ์เร็วขึ้นและก่อให้เกิดชั้นสนิมเร็วขึ้น เนื่องจากทนทานต่อการเกิดสนิม สินค้าเหล่านี้จึงมีอายุการใช้งานยาวนาน
ประเด็นที่ต้องพิจารณาในการออกแบบและการก่อสร้าง
แม้ว่าเหล็กที่ผุกร่อนนั้นออกซิเจน-ไม่สามารถซึมผ่านได้ แต่ก็ยังทนต่อการสึกหรอได้ ฝนกรด ลูกเห็บ หรือการเสียดสีทรายสามารถทำให้เกิดสิ่งนี้ได้ การสึกหรอจะทำให้วัสดุที่อยู่ด้านล่างหลุดออกไป และเริ่มต้นกระบวนการออกซิเดชั่นอีกครั้ง ดังนั้นเหล็กที่ผุกร่อนจึงอาจเกิดสนิมได้หลังจากใช้งานไประยะหนึ่ง สภาพแวดล้อมที่มีเกลือสูง- (เช่น พื้นที่ชายฝั่งทะเลหรือสถานที่ที่ใช้เกลือในฤดูหนาว) ยังสามารถลดระดับชั้นออกไซด์ของพื้นผิวได้อีกด้วย
เหล็กที่ผุกร่อนต้องมีสภาวะเปียกและแห้งสลับกันเพื่อสร้างสารเคลือบป้องกันที่ดี หากเก็บเหล็กไว้ในที่ชื้นเป็นเวลานาน เหล็กจะเกิดสนิมในที่สุด ดังนั้นในระหว่างการออกแบบและการก่อสร้าง จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องแน่ใจว่าไม่มีช่องว่างให้น้ำสะสม ใบไม้ที่ชื้นบนวัสดุอาจทำให้เกิดปัญหาได้เช่นกัน
การเชื่อมเหล็กผุกร่อนจำเป็นต้องใช้สารเติมแต่งที่มีองค์ประกอบเดียวกันกับตัวเหล็กเอง ซึ่งหมายความว่าความแข็งแรงของโลหะตัวเติมจะไม่เกินความแข็งแรงของวัสดุฐาน สิ่งนี้แตกต่างอย่างมากจากสารเติมแต่งที่ใช้ในการเชื่อมเหล็กโครงสร้าง นอกจากนี้การเชื่อมจะต้องเรียบเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำซึมเข้าไปในโพรงหรือช่องว่าง
อุปกรณ์ยึด เช่น สกรูหรือสลักเกลียว ควรทำจากเหล็กที่ทนทานต่อสภาพดินฟ้าอากาศ แต่มักหาวัสดุนี้ได้ยาก อีกทางเลือกหนึ่งคือการใช้ตัวยึดที่ทำจากเหล็กกันสนิม- แต่จะทำให้ต้นทุนการประมวลผลเพิ่มขึ้น
ในระหว่างกระบวนการเกิดสนิม น้ำฝนที่ไหลออกมาสามารถทิ้งรอยสนิมไว้บนวัสดุที่อยู่ด้านล่างได้ กระบวนการเกิดสนิมนี้อาจใช้เวลาหลายเดือน
