เจาะลึกโครงสร้างของเหล็กแผ่นเคลือบ ทำไมถึงทนทานต่อการกัดกร่อน ทนสนิมได้ดี?

เหล็กแผ่นเคลือบสังกะสีเป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมและใช้งานอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม เนื่องจากมีคุณสมบัติที่โดดเด่นในการทนทานต่อการกัดกร่อนและการเกิดสนิมได้ดีเยี่ยม ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของเหล็กแผ่นได้อย่างมาก แต่ทำไมเหล็กแผ่นเคลือบสังกะสีถึงมีคุณสมบัติเหล่านี้? บทความวันนี้จะพาผู้อ่านไปเจาะลึกถึงโครงสร้างทางเคมีของเหล็กแผ่นเคลือบสังกะสี เพื่อทำความเข้าใจว่าทำไมวัสดุนี้จึงสามารถทนทานต่อการกัดกร่อนและการเกิดสนิมได้ดี TCS จะพาไปรู้จักกระบวนการเคลือบสังกะสีและปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น มาเข้าใจในเชิงลึกเกี่ยวกับวัสดุนี้ ไปติดตามกันเลย!

 

มารู้จักโครงสร้างของเหล็กแผ่นเคลือบสังกะสี

     เหล็กแผ่นเคลือบสังกะสีของทางบริษัท Thai Coated Steel เคลือบด้วยด้วยกรรมวิธีทางไฟฟ้า หรือที่รู้จักกันทั่วไปในทางวิศวกรรมในชื่อ “เหล็กอิเล็กทรอนิกส์กัลวาไนซ์” (Electro Galvanized Steel) เป็นเหล็กที่ผ่านกระบวนการเคลือบด้วยชั้นบางของสังกะสี (Zn) เพื่อป้องกันการกัดกร่อน กระบวนการนี้ทำให้เหล็กมีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูงและการกัดกร่อนได้ดี ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเหล็กแผ่นเคลือบสังกะสีจะมีชั้นของวัสดุเป็น 2 ชั้นหลัก ประกอบด้วยดังนี้

1. ชั้นกลางของแผ่นเหล็ก Cold Rolled Coil

     ชั้นกลางของเหล็กแผ่นเคลือบสังกะสี บ.เหล็กแผ่นเคลือบไทย ทำจากเหล็ก Cold Rolled Coil ที่มีความแข็งแรงและทนทานสูง เหล็กกล้าเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม เช่น ความแข็งแรงสูง ความยืดหยุ่น และความสามารถในการรับแรงกระแทก การเลือกใช้เหล็กกล้าเป็นแกนกลางทำให้เหล็กแผ่นเคลือบสังกะสีสามารถรับน้ำหนักและแรงกระแทกได้ดี เหมาะสำหรับการใช้งานในโครงสร้างที่ต้องการความแข็งแรง

2. ชั้นเคลือบสังกะสี

     ชั้นเคลือบสังกะสีเป็นชั้นที่เกิดจากการเคลือบแผ่นเหล็กลงในกับสังกะสี กระบวนการนี้ทำให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างเหล็กและสังกะสี เกิดเป็นชั้นเคลือบหลายชั้นที่ยึดเกาะแน่นกับผิวเหล็ก ชั้นเคลือบนี้มีคุณสมบัติที่มีประโยชน์เช่น

-   ชั้นสังกะสีมีคุณสมบัติในการทนทานต่อการกัดกร่อนจากสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นหรือสารเคมี ชั้นเคลือบสังกะสีจะป้องกันไม่ให้เหล็กสัมผัสกับอากาศและน้ำ ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของการเกิดสนิม

-   ชั้นเคลือบสังกะสีช่วยเพิ่มความแข็งแรงให้กับผิวเหล็ก ทำให้ทนทานต่อการขีดข่วนและการกระแทก

-   เมื่อเกิดรอยขีดข่วนหรือความเสียหายที่ผิวเหล็ก สังกะสีจะทำหน้าที่ด้วยการหา Sacrificial Anode มาปรับความต่างศักย์ให้เหล็กเหล่านั้นกลายเป็นแคโทดป้องกันการกัดกร่อน

-   ความหนาของชั้นเคลือบสังกะสีสามารถปรับเปลี่ยนได้ตามความต้องการของการใช้งาน โดยทั่วไป ความหนาของชั้นเคลือบจะอยู่ในช่วง 20-100 ไมครอน ขึ้นอยู่กับกระบวนการเคลือบและการใช้งานที่ต้องการ

กระบวนการเคลือบสังกะสีที่ใช้กันในปัจจุบัน  

     การเคลือบสังกะสีเป็นกระบวนการที่สำคัญในการป้องกันการกัดกร่อนของเหล็กและโลหะอื่น ๆ โดยการเคลือบสังกะสีจะสร้างชั้นป้องกันที่ช่วยยืดอายุการใช้งานของวัสดุ กระบวนการเคลือบสังกะสีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันมี 2 วิธีหลัก ได้แก่ การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน (Hot-dip Galvanizing) และการเคลือบสังกะสีด้วยกรรมวิธีทางไฟฟ้า (Electrogalvanizing) แต่ละวิธีมีขั้นตอนและคุณสมบัติที่แตกต่างกันเนื้อหาหัวข้อนี้จะพาได้รู้จักทั้ง 2 แบบ ทั้งการชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อนและการเคลือบสังกะสีด้วยกรรมวิธีไฟฟ้ามีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกัน การเลือกใช้วิธีใดขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งานและสภาพแวดล้อมที่วัสดุจะต้องเผชิญเมื่อเอาไปใช้งาน 

การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน (Hot-dip Galvanizing)

     ก่อนที่จะทำการจุ่มเหล็กลงในอ่างสังกะสีหลอมเหลว พื้นผิวเหล็กจะต้องผ่านกระบวนการทำความสะอาด เพื่อขจัดคราบน้ำมัน, จารบี, และสนิมออก ซึ่งมักจะประกอบด้วยการล้างด้วยสารเคมีและการล้างด้วยน้ำเหล็กจะถูกจุ่มลงในอ่างสังกะสีที่มีอุณหภูมิประมาณ 435-455 องศาเซลเซียส สังกะสีหลอมเหลวจะทำปฏิกิริยากับเหล็กและเกิดการเคลือบสังกะสีบนพื้นผิวเหล็ก เมื่อเหล็กถูกยกขึ้นจากอ่าง สังกะสีจะเคลือบติดบนพื้นผิวของเหล็กและเกิดเป็นชั้นป้องกันที่แข็งแรง ชั้นสังกะสีนี้จะเย็นลงและแข็งตัวในอากาศ การเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อนจะมีคุณสมบัติยังต่อไปนี้

-   ชั้นสังกะสีที่ได้จากกระบวนการนี้มีความหนาและแข็งแรง ทำให้เหล็กมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง

-   สังกะสีทำหน้าที่เป็น Sacrificial anode เพื่อป้องกันเหล็กจากการกัดกร่อน

-   เหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง เช่น โครงสร้างเหล็กภายนอก, สะพาน, และท่อส่งน้ำ

การเคลือบสังกะสีด้วยกรรมวิธีทางไฟฟ้า (Electrogalvanizing)

     โดยบริษัท Thai Coated Steel เป็นผู้ผลิตและจัดจำหน่ายเหล็กเคลือบสังกะสีด้วยไฟฟ้าเจ้าแรกในไทย มีการเตรียมพื้นผิวเหล็กเป็นขั้นตอนสำคัญเพื่อให้ชั้นสังกะสีติดแน่น เหล็กจะถูกเคลือบในสารละลายซิงค์แอมโมเนียมคลอไรด์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ กระแสไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำให้ผ่านสารละลาย ทำให้สังกะสีเคลือบติดบนผิวเหล็ก ชั้นสังกะสีที่ได้จะมีความเรียบเนียนและเงางาม ซึ่งการเคลือบด้วยไฟฟ้าจะมีคุณสมบัติเด่นคือ

-   ชั้นสังกะสีที่ได้จากกระบวนการนี้มีความเรียบเนียนและเงางามกว่าแบบ Hot-dip Galvanizing

-   ชั้นสังกะสีที่ได้จะบางกว่าแบบจุ่มร้อน ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความละเอียด เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์, เครื่องใช้ไฟฟ้า และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

-   เหมาะสำหรับการใช้งานภายในอาคารหรือในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนต่ำเป็นหลัก

กลไกป้องกันสนิมของสังกะสี  

     ด้วยโครงสร้างหลายชั้นของสังกะสีที่เคลือบผิวเหล็กอย่างสนิทแน่น ประกอบกับคุณสมบัติป้องกันสนิมของสังกะสีทั้งแบบ Barrier Protection และ Galvanic Protection รวมถึงการเกิดชั้นสังกะสีออกไซด์ จึงทำให้เหล็กแผ่นเคลือบสังกะสีมีความทนทานสูงต่อการกัดกร่อนและการเป็นสนิม ซึ่งผลิตภัณฑ์ของ TCS เหมาะสำหรับนำไปใช้งานอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านและอาคารเป็นหลัก

Barrier Protection

     เมื่อเหล็กถูกเคลือบด้วยสังกะสี ชั้นสังกะสีจะทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันระหว่างผิวเหล็กกับสภาพแวดล้อมภายนอก เช่น ความชื้น, อากาศ, และสารกัดกร่อนต่าง ๆ ชั้นเคลือบสังกะสีจะป้องกันไม่ให้เหล็กชั้นในสัมผัสกับสารที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีโดยตรงที่นำไปสู่การเกิดสนิม เช่น น้ำและออกซิเจน ชั้นเคลือบสังกะสีมีความทนทานต่อการขีดข่วนและการเสียดสี ทำให้สามารถป้องกันการกัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถคงอยู่ได้นานหลายปีขึ้นอยู่กับความหนาของชั้นเคลือบและสภาพแวดล้อมการใช้งาน

Galvanic Protection

     ชั้นสังกะสีเป็นโลหะที่มีความไวต่อการเกิดปฏิกิริยามากกว่าเหล็ก เมื่อมีรอยขีดข่วนหรือรอยแตกที่ชั้นเคลือบ สังกะสีจะทำหน้าที่ป้องกันเหล็กจากการกัดกร่อน เมื่อสังกะสีสัมผัสกับน้ำหรือความชื้น จะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่ทำให้สังกะสีปล่อยอิเล็กตรอนออกมา อิเล็กตรอนเหล่านี้จะเคลื่อนไปยังเหล็กและป้องกันไม่ให้เหล็กเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่นำไปสู่การเกิดสนิม สังกะสีจะค่อย ๆ กร่อนไปอย่างช้า ๆ แทนที่เหล็กจะเกิดสนิม ทำให้เหล็กแผ่นมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น

การเกิดสังกะสีออกไซด์

     เมื่อสังกะสีสัมผัสกับอากาศ จะเกิดปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ ทำให้เกิดสังกะสีออกไซด์ (ZnO) สังกะสีออกไซด์จะเคลือบเป็นชั้นบาง ๆ บนผิวสังกะสี ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนให้กับผิวสังกะสี เมื่อชั้นสังกะสีออกไซด์เกิดความเสียหาย สังกะสีที่อยู่ด้านล่างจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและสร้างชั้นสังกะสีออกไซด์ใหม่ขึ้นมาแทนที่

ประโยชน์ของเหล็กแผ่นที่มีชั้นเคลือบสังกะสี  

     เหล็กแผ่นที่มีชั้นเคลือบสังกะสีมีประโยชน์มากมาย ทั้งในด้านการป้องกันการกัดกร่อนและสนิม, ความทนทานและอายุการใช้งานยาวนาน, ความสวยงามและการบำรุงรักษาต่ำ, ความคุ้มค่าและประหยัดต้นทุน, ความหลากหลายในการใช้งาน, และความปลอดภัยและการป้องกัน การใช้เหล็กแผ่นเคลือบสังกะสีจึงเป็นทางเลือกที่ดีในการเพิ่มประสิทธิภาพและความคุ้มค่าในหลายอุตสาหกรรมและการใช้งานต่าง ๆ 

1. การป้องกันการกัดกร่อนและสนิม

     ชั้นเคลือบสังกะสีช่วยป้องกันเหล็กจากการสัมผัสกับความชื้น, อากาศ, และสารเคมีที่ทำให้เกิดการกัดกร่อน ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของเหล็ก

2. ความทนทานและอายุการใช้งานยาวนาน

     เหล็กแผ่นที่มีชั้นเคลือบสังกะสีมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าเหล็กที่ไม่มีการเคลือบ เนื่องจากความสามารถในการป้องกันการกัดกร่อนอย่างมีประสิทธิภาพ สามารถทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง 

3. ความคุ้มค่า

      ด้วยการเคลือบสังกะสีเป็นวิธีที่ประหยัดที่สุดในการปกป้องแผ่นเหล็ก เมื่อพิจารณาถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานและการบำรุงรักษาที่ต่ำ การใช้เหล็กแผ่นเคลือบสังกะสีจะคุ้มค่ามากขึ้นในระยะยาว ไม่ต้องการการบำรุงรักษา ขัดสนิมบ่อยครั้ง ผู้ใช้งานสามารถลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและซ่อมแซมได้

4. ความหลากหลายในการใช้งาน

     เหล็กแผ่นเคลือบสังกะสีถูกใช้ในโครงสร้างอาคาร, สะพาน, และโครงสร้างพื้นฐานอื่น ๆ เนื่องจากความทนทานและความสามารถในการป้องกันการกัดกร่อน อีกทั้งเหล็กแผ่นเคลือบสังกะสีของ Thai Coated นั้นถูกใช้ในการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ เช่น ตัวถังรถยนต์  และยังถูกใช้ในการผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น ตู้เย็น, เครื่องซักผ้า, และเครื่องปรับอากาศ เนื่องจากความสามารถในการป้องกันสนิม มีความทนทาน ผิวมีความสวยงาม และป้องการกัดกร่อนได้ดี

5. ความปลอดภัยต่อไฟฟ้าสถิตและประกายไฟ

     ชั้นเคลือบสังกะสีสามารถช่วยป้องกันไฟฟ้าสถิต ซึ่งเป็นประโยชน์ สำหรับการใช้งานที่ต้องการความปลอดภัยสูง อีกทั้งยังมีความสามารถในการป้องกันการเกิดประกายไฟ ซึ่งเป็นประโยชน์ในอุตสาหกรรมที่มีความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ได้เป็นอย่างดี

เหล็กแผ่นที่มีชั้นเคลือบสังกะสีมีข้อจำกัดอะไรบ้าง  

     ถึงแม้ว่าเหล็กแผ่นที่มีชั้นเคลือบสังกะสีจะมีประโยชน์มากมายในการป้องกันการกัดกร่อนและสนิม แต่ก็ยังมีข้อจำกัดบางประการที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกใช้งาน ข้อจำกัดเหล่านี้รวมถึงการใช้งานในสภาพแวดล้อมเฉพาะ, ความทนทานต่อการขีดข่วน, และข้อจำกัดทางด้านการผลิตและการออกแบบ ซึ่งจะลงรายละเอียดดังต่อไปนี้

 

ไม่เหมาะสมใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำเกลือสูง

     แม้ว่าสังกะสีจะมีความทนทานต่อการกัดกร่อน แต่ในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำเกลือสูง เช่น สัมผัสกับน้ำทะเล เกลือสามารถทำลายชั้นสังกะสีได้อย่างรวดเร็ว ทำให้เหล็กที่อยู่ด้านล่างเสี่ยงต่อการเกิดสนิม การสัมผัสกับน้ำเกลืออย่างต่อเนื่องจะทำให้ชั้นสังกะสีเสื่อมสภาพเร็วขึ้น ซึ่งลดประสิทธิภาพในการป้องกันการกัดกร่อน

ความทนทานต่อการขีดข่วนและการเสียดสีแบบรุนแรง

     ชั้นเคลือบสังกะสีสามารถถูกขีดข่วนหรือเสียดสีได้ ซึ่งจะทำให้ชั้นป้องกันบางส่วนถูกทำลาย และทำให้เหล็กที่อยู่ด้านล่างเสี่ยงต่อการเกิดสนิม เมื่อชั้นเคลือบสังกะสีถูกขีดข่วนหรือเสียดสีแบบรุนแรง การซ่อมแซมอาจจะยุ่งยากและต้องใช้เทคนิคพิเศษในการฟื้นฟูชั้นเคลือบ

ข้อจำกัดทางด้านการผลิตและการออกแบบ

     กระบวนการเคลือบสังกะสีมีข้อจำกัดในการเคลือบชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่หรือรูปทรงซับซ้อน ทำให้บางครั้งไม่สามารถเคลือบชิ้นงานได้อย่างทั่วถึง การเคลือบสังกะสีบางครั้งมีความหนาที่ไม่สม่ำเสมอหากชิ้นงานมีการออกแบบที่มีความซับซ้อนสูง ซึ่งอาจส่งผลต่อคุณภาพและประสิทธิภาพในการป้องกันการกัดกร่อน

ข้อจำกัดทางด้านอุณหภูมิ

      ชั้นเคลือบสังกะสีอาจไม่ทนทานต่ออุณหภูมิสูงมาก ๆ ซึ่งอาจทำให้ชั้นเคลือบเสื่อมสภาพและลดประสิทธิภาพในการป้องกันการกัดกร่อน เมื่อใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ชั้นสังกะสีอาจเกิดการออกไซด์อย่างรวดเร็ว ทำให้ประสิทธิภาพในการป้องกันการกัดกร่อนลดลง

ข้อจำกัดทางด้านเคมี

     ตัวชั้นเคลือบสังกะสีอาจไม่ทนทานต่อสารเคมีบางประเภท เช่น กรดหรือเบสที่มีความเข้มข้นสูง ซึ่งสามารถทำลายชั้นเคลือบและทำให้เหล็กเกิดสนิมได้ การสัมผัสกับสารเคมีบางชนิดอาจทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ทำลายชั้นสังกะสีและลดประสิทธิภาพในการป้องกันการกัดกร่อน

บทสรุป

     ผู้ใช้งานในอุตสาหกรรมเข้าใจถึงคุณสมบัติที่โดดเด่นของเหล็กแผ่นเคลือบสังกะสีได้มากขึ้น และสามารถนำไปใช้งานได้อย่างถูกต้องตามวัตถุประสงค์มากยิ่งขึ้น ด้วยแผ่นเหล็กเคลือบสังกะสีจาก บริษัท เหล็กแผ่นเคลือบไทย จำกัด เพื่อรับข้อมูลที่น่าสนใจและเป็นประโยชน์เพิ่มเติม หากท่านใดมีข้อสงสัยหรือต้องการคำปรึกษาเกี่ยวกับการใช้งานเหล็กแผ่นเคลือบ ทีมงานมืออาชีพของเราพร้อมให้คำแนะนำในทุกแง่มุมของการใช้งาน