การประเมินผลพฤติกรรมการกัดกร่อนของโลหะจากเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve)
>>โดย รุจีภรณ์ นาคขุนทด <<<
ศูนย์พัฒนาและวิเคราะห์สมบัติของวัสดุ
การกัดกร่อน (corrosion) ของโลหะสามารถเกิดขึ้นได้ตลอดเพราะเป็นพฤติกรรมธรรมชาติของโลหะ เมื่อเกิดขึ้นแล้วย่อมทำให้เกิดความเสียหายได้ทั้งในด้านทรัพย์สิน เศรษฐกิจ ถ้าเราสามารถประเมินความเสียหายจากการกัดกร่อนของโลหะได้ก่อนก็จะช่วยยับยั้งความเสียหายที่จะเกิดขึ้นในอนาคต การประเมินอัตราการกัดกร่อนของโลหะ สามารถทำได้หลายวิธี เช่น การทดสอบการกัดกร่อนโดยการผึ่งในบรรยากาศ การทดสอบความทนละอองน้ำเกลือ การใช้คูปองการกัดกร่อน การทดสอบด้วยเทคนิคเคมีไฟฟ้าโดยประเมินผลการกัดกร่อนจากเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) ที่ช่วยลดปัญหาที่จะเกิดขึ้นได้
การทดสอบการกัดกร่อนของโลหะโดยเทคนิคเคมีไฟฟ้า (electrochemical technique) เป็นวิธีหนึ่งที่ช่วยประเมินอัตราการกัดกร่อนได้ดีและเร็ว และเป็นการจำลองการเกิดกระบวนการการกัดกร่อนของโลหะ โดยปกติแล้วการเกิดการกัดกร่อนเป็นปฏิกิริยาทางกายภาพของโลหะกับสภาพแวดล้อมรอบๆ โลหะ ซึ่งเกิดจากการถ่ายเทประจุไฟฟ้าหรือแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนในสารละลายของน้ำ เรียกว่า ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า (electrochemical reaction) การเกิดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของการกัดกร่อนเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดักชัน เมื่อน้ำหรือสารละลายที่สัมผัสกับโลหะ หลักการของการทดสอบการกัดกร่อนโลหะโดยใช้เทคนิคทางเคมีไฟฟ้า คือการป้อนศักย์ไฟฟ้าเร่งการกัดกร่อน โดยใช้เครื่อง potentiostat/galvanostat ในสภาวะที่มีสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ทำหน้าที่เป็นทางเดินของอิออน และเป็นการเชื่อมต่อเซลล์เคมีไฟฟ้า (electrochemical cell) ดังรูปที่ 1 ทำให้เราสามารถคำนวณหาอัตราการกัดกร่อนได้
เซลล์เคมีไฟฟ้าที่ใช้ในการทดสอบการกัดกร่อนของโลหะประกอบไปด้วย
- ขั้วทำงาน (working electrode หรือ specimen electrode) เป็นขั้วอาโนด ก็คือชิ้นตัวอย่างทดสอบ เป็นขั้วที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและให้อิเล็กตรอน
- ขั้วมาตรฐานอ้างอิง (standard reference electrode) เป็นขั้วแคโทด (cathode) ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชันและรับอิเล็กตรอน เช่น SCE (saturated calomel electrode) หรือ Ag/AgCl ที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าคงที่
- ขั้วอิเล็กโทรดกระแส (counter electrode) มักจะใช้โลหะที่เสถียร เช่น แพลตินัม หรือ กราไฟต์ หรือ เหล็กกล้าไร้สนิม
- สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (electrolyte) ซึ่งเป็นทางเดินของอิออน
รูปที่ 1 เซลล์เคมีไฟฟ้าที่ใช้ในการทดสอบการกัดกร่อน
ค่าที่วัดได้จากการทดสอบ ได้เป็นเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) ซึ่งแสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าศักย์ไฟฟ้าและค่ากระแสไฟฟ้า เมื่อป้อนศักย์ไฟฟ้าจนกระทั่งโลหะเริ่มเกิดการกัดกร่อนเราเรียกว่าค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion potential, Ecorr) ที่จุดนี้ก็จะได้ค่าความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion current density, Icorr) ด้วย ซึ่งนำไปคำนวณหาอัตราการกัดกร่อน แสดงดังรูปที่ 2 ในขณะเดียวกันถ้าโลหะที่มีฟิล์มพาสซีพ (passive film) ที่ทนต่อการกัดกร่อน เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม ถ้าป้อนศักย์ไฟฟ้าต่อไปอีกโลหะนั้นสร้างฟิล์มพาสซีพ (passive film) เพื่อป้องการการกัดกร่อนทำให้ค่ากระแสไฟฟ้าคงที่หรือลดลง ในขณะเมื่อที่ป้อนศักย์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นจนถึงระดับหนึ่งที่ทำให้ค่ากระแสไฟฟ้าเริ่มเพิ่มขึ้นอีกครั้ง แสดงว่าเกิดการแตกของฟิล์มพาสซีพ (passive film) เป็นรูเข็ม (pitting) นั่นคือค่าศักย์ไฟฟ้าที่เกิดการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (pitting potential, Ep) และค่ากระแสไฟฟ้าพาสซีพ (passive current density, Ip) แสดงดังรูปที่ 3
รูปที่ 2 เส้นโค้งโพลาไรเซชันสำหรับการกัดกร่อน แบบทั่วผิวหน้าของโลหะ (ASTM G 3)
รูปที่ 3 เส้นโค้งโพลาไรเซชันสำหรับการกัดกร่อนที่เกิดฟิล์มพาสซีพ (passive film) คลุมทั่วผิวหน้าโลหะ (ASTM G 3)
ลักษณะของเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) แสดงพฤติกรรมการกัดกร่อนของโลหะมีรายละเอียดดังนี้
- ค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion potential, Ecorr) เป็นค่าศักย์ไฟฟ้าที่โลหะเริ่มเกิดการกัดกร่อน ซึ่งถ้าโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อนต่ำจะไวต่อการกัดกร่อนมากกว่าโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อนสูง
- ค่าความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion current density, Icorr) เป็นค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่จุดเกิด Ecorr โดยค่า Icorr แสดงถึงการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้า (uniform corrosion) และสามารถนำมาคำนวณหาค่าอัตราการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้าต่อปีของตัวอย่างทดสอบได้ จากสูตรดังนี้
อัตราการกัดกร่อน (corrosion rate) =(k x Icorr x EW)/(A x D)
– k คือ ค่าคงที่ของการคำนวณเปลี่ยนหน่วยต่างๆ เช่น มีค่า 13 ถ้าอัตราการกัดกร่อนมีหน่วย มิลต่อปี (mil per year, mpy) หรือมีค่า 0.00327 ถ้าหน่วย มิลลิเมตรต่อปี (millimeter per year, mm/y)
– Icorr คือ ค่าความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion current density) หน่วยเป็นไมโครแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร (µA/cm2)
– EW คือ ค่ามวลสมมูล (equivalent Weight) ของโลหะตัวอย่างที่ผ่านการทดสอบ ถ้าโลหะผสมต้องคำนวณตามสัดส่วน
– A คือ พื้นที่ผิวของโลหะตัวอย่าง หน่วยเป็นตารางเซนติเมตร (cm2)
– D คือ ความหนาแน่นของโลหะตัวอย่าง หน่วยเป็น กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (g/cm3)
- ค่าศักย์ไฟฟ้าขณะที่เกิดฟิล์มที่ผิว (primary passivation potential, Epp) เป็นค่าศักย์ไฟฟ้าที่โลหะเกิดฟิล์มพาสซีพ (passive film) คลุมทั่วผิวหน้าโลหะ ซึ่งมีผลให้เกิดการกัดกร่อนน้อยลง
- ค่าศักย์ไฟฟ้าที่เกิดการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (pitting potential, Ep) เป็นค่าศักย์ไฟฟ้าที่โลหะเกิดการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (pitting) ซึ่งพบในโลหะที่สามารถสร้างฟิล์มพาสซีพ (passive film) ที่ทนต่อการกัดกร่อน เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม
ตัวอย่าง เส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) และประเมินผลของการทดสอบแผ่นอะลูมิเนียมในสารละลายกรดซัลฟิวริก (Sulfuric acid, 1N H2SO4) รายละเอียดแสดงดังรูปที่ 4
จากเส้นโค้งโพลาไรเซซัน (polarization curve) ประเมินผลได้ดังนี้
– ค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion potential, Ecorr) = – 0.142 V
– ค่าความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าการกัดกร่อน (corrosion current density, Icorr) = 81 µA/ cm2
ข้อมูลของโลหะตัวอย่าง
– ค่ามวลสมมูล (equivalent weight) ของอะลูมิเนียม = 99 g.
– พื้นที่ผิวของโลหะตัวอย่าง = 1 cm2
– ความหนาแน่นของอะลูมิเนียม = 7 g/cm3
คำนวณหาอัตราการกัดกร่อน (corrosion rate) =(k x Icorr x EW)/(A x D)
– อัตราการกัดกร่อนของอะลูมิเนียม = 0.15 mm/y
รูปที่ 4 เส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) ของการกัดกร่อนของแผ่นอะลูมิเนียมในสารละลายกรดซัลฟิวริก (Sulfuric acid, 1N H2SO4) และอัตราการกัดกร่อนของอะลูมิเนียม
ตัวอย่างเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) ที่เกิดฟิล์มพาสซีพ (passive film) และประเมินผลค่าศักย์ไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการกัดแบบรูเข็ม จากการทดสอบแผ่นสแตนเลส ทดสอบในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ (5%NaCl) แสดงดังรูปที่ 5
จากเส้นโค้งโพลาไรเซซัน (polarization curve) ที่เกิดฟิล์มพาสซีพ (passive film) ประเมินผลได้ดังนี้
ค่าศักย์ไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (pitting potential, Ep) = 0.12 V
รูปที่ 5 เส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) ของการกัดกร่อนของแผ่นสแตนเลส ในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ (5% NaCl) ที่เกิดฟิล์มพาสซีพ (passive film)
ผลการประเมินการกัดกร่อนของโลหะจากเส้นโค้งโพลาไรเซชัน (polarization curve) ถ้าโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อน (Ecorr ) ต่ำ จะไวต่อการกัดกร่อนมากกว่าโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าการกัดกร่อน (Ecorr ) สูง และคำนวณหาอัตราการกัดกร่อนของโลหะต่อปีได้จากค่าความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าการกัดกร่อน (Icorr) ดังนั้นการทดสอบการกัดกร่อนโลหะโดยเทคนิคเคมีไฟฟ้า (electrochemical test) เป็นวิธีหนึ่งที่สามารถศึกษาพฤติกรรมการกัดกร่อนของโลหะได้ ใช้เวลาน้อย เพื่อช่วยให้การเลือกวัสดุให้เหมาะสมกับงานหรือสามารถหาวิธีป้องกันการกัดกร่อนได้ดี
เอกสารอ้างอิง
การกัดกร่อนและการเลือกใช้วัสดุ โดย รศ. ศิริลักษณ์ นิวิฐจรรยงค์ ภาควิชาเคมีอุตสาหการ คณะวิทยาศาสตร์ประยุกต์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือพิมพ์ครั้งที่ 1 พ.ศ. 2545
Standard Practice for Convention Applicable to Electrochemical Measurements in Corrosion Testing1, ASTM G 3 – 89 (reapproved 2004)
Standard Practice for Calculation of Corrosion Rate and Related information from Electrochemical Measurements1, ASTM G 102 – 89 (reapproved 2004)E1
คู่มือการใช้เครื่อง Potentiostat/Galvanostat
ผลกระทบต่อมนุษย์ 
สารเคมีที่ตกค้างและปนเปื้อนอยู่ในดินนั้น สามารถก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศและน้ำได้ การเกิดมลพิษทางอากาศจากสารเคมีที่ตกค้างในดินเกิดจากการระเหยตัวของสารประกอบต่างๆ เช่น ก๊าซไนโตรเจน ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งสารสองชนิดนี้เป็นสาเหตุสำคัญที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศของโลก นอกจากนี้การระเหยของสารประกอบซัลเฟอร์ยังก่อให้เกิดภาวะฝนกรด ซึ่งเมื่อตกลงสู่พื้นดินจะทำให้พื้นดินที่อุดมสมบูรณ์ได้รับผลกระทบทางด้านเคมี มีสภาพที่ไม่เหมาะสมต่อการเพาะปลูก ส่งผลให้ผลผลิตทางการเกษตรด้อยคุณภาพลง การเกิดมลพิษทางน้ำจากสารเคมีจำพวกไนโตรเจนและฟอสฟอรัสที่ตกค้างในดิน หากสารสองชนิดนี้มีในปริมาณมากเกินและถูกชะล้างลงสู่แหล่งน้ำ ซึ่งทำให้สาหร่ายเจริญเติบโตได้มากกว่าปกติ ส่งผลให้พืชน้ำขาดออกซิเจนและตายในที่สุด เกิดผลเสียต่อระบบนิเวศในน้ำ สารปนเปื้อนในดินยังส่งผลให้สภาพความเป็นกรด-ด่างของดินเปลี่ยนแปลงไป จนเป็นสาเหตุทำให้ต้นไม้ยืนต้นตาย
หง่ายหรือขาด Emotional-Intelligence Quotient (EQ) ซึ่งหมายความง่ายๆ ก็คือ ความสามารถในการควบคุมอารมณ์ในสภาวการณ์ต่างๆ ผู้บริหารระดับสูงหลายคนรับความกดดันจากภายนอกมา และไม่สามารถทนต่อสภาวะกดดันต่างๆ เหล่านั้นได้ ส่งผลต่อจิตใจของตนเอง ทำให้เกิดความเครียด ความขุ่นมัว หรือความระแวงต่อความล้มเหลวมากเกินไป จนทำให้ความสามารถในการควบคุมอารมณ์ของตนเองลดต่ำลง ทำให้ผู้ใต้บังคับบัญชาต้องทนกับอารมณ์ที่ขึ้นๆ ลงๆ ไม่คงที่ของผู้บริหาร จนส่งผลเกิดความเบื่อหน่ายต่อผู้บริหาร และอาจส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพการทำงานได้ เช่น การขาดความคิดสร้างสรรค์ในการทำงาน เนื่องจากเกิดความเบื่อหน่ายในการจะนำเสนอความคิดใหม่ เพราะต้องการหลีกเลี่ยงที่จะสนทนากับผู้บริหาร ดังนั้นจะเห็นได้ว่า การควบคุมอารมณ์ของผู้บริหารนั้น เป็นสิ่งที่จำเป็นต่อการบริหารงานอย่างยิ่ง เพราะการมีความรอบรู้ในการบริหารงานแต่เพียงอย่างเดียว ไม่สามารถจะนำพาองค์กรไปสู่จุดสูงสุดได้หากขาด EQ
ผู้บริหารระดับสูงที่ประสบความสำเร็จ ต้องไม่ละเลยที่จะรับรู้หรือเข้าใจความรู้สึกผู้อื่น การที่มีความเข้าใจ และใส่ใจเพื่อนร่วมงาน หรือผู้ใต้บังคับบัญชานั้น ก็เพื่อที่จะทำให้อารมณ์ต่างๆ เหล่านั้นของเพื่อนร่วมงานหรือผู้ใต้บังคับบัญชาไม่เป็นอุปสรรคต่อการปฏิบัติงาน การทำความเข้าใจอารมณ์ของเพื่อนร่วมงานหรือผู้ใต้บังคับบัญชา อาจสามารถทำได้โดยการพูดคุย การแสดงความเห็นอกเห็นใจ การรับฟัง การปลอบโยน ให้กำลังใจ ถึงแม้บางครั้งผู้บริหารอาจจะไม่สามารถช่วยแก้ปัญหาได้ แต่การแสดงความเห็นอกเห็นใจนั้น ก็สามารถทำให้เพื่อนร่วมงานหรือผู้ใต้บังคับบัญชารู้สึกไม่โดดเดี่ยว และมีความเข้มแข็งในการก้าวข้ามปัญหาที่เขาเหล่านั้นกำลังเผชิญไปได้ ทำให้พวกเขาเหล่านั้นสามารถกลับมาปฏิบัติงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพโดยเร็ว
ผู้บริหารที่มีประสิทธิภาพต้องมีการเฝ้าระมัดระวังอารมณ์ของตนเองหรือมีการควบคุมอารมณ์ของตนอยู่เสมอ โดยต้องตระหนักถึงอารมณ์ของตนเองที่จะไปกระทบกับผู้อื่น ต้องระมัดระวังคำพูด ในขณะที่อารมณ์ของตนเองขุ่นมัว ต้องเข้าใจถึงบทบาทและหน้าที่ของตนเองในสถานการณ์ต่างๆ ที่ต้องเผชิญ การฝึกฝนการเฝ้าระวังอารมณ์อาจสามารถทำได้โดยการหยุดเพื่อจดบันทึกอารมณ์ ความคิดต่างๆ ในสถานการณ์ที่พบเจอ เพื่อที่จะช่วยให้ตนเองไม่ด่วนตัดสินใจกระทำพฤติกรรมในใดๆ ไปอย่างหุนหันพลันแล่น และเพื่อตรวจสอบดูว่า อารมณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นเหล่านั้น ส่งผลต่อพฤติกรรมและการตัดสินใจของตนเองอย่างไร
อย่างไรก็ตาม ภายหลังจากที่รัฐบาลเปิดให้เอกชนเข้ามาลงทุนแล้ว ยังมีประชาชนส่วนหนึ่งยังไม่เชื่อว่าเอทานอลสามารถนำมาทดแทนน้ำมันได้จริง ดร.ธีรภัทร ได้ประสานความร่วมมือกับ ดร.อนุสรณ์ แสงนิ่มนวล ผู้อำนวยการอาวุโสของบริษัท บางจากปิโตรเลียม จำกัด (มหาชน) ในขณะนั้น ได้อนุมัติงบประมาณให้ วว. มา 7 แสนบาท สำหรับซ่อมแซมโรงงานต้นแบบผลิตเอทานอลของ วว. ที่บางเขน เพื่อให้ผลิตเอทานอลส่งให้บางจากนำไปทดลองตลาดระหว่างปีพ.ศ. 2544 – 2546 และเพื่อเป็นการสร้างความมั่นใจ จึงได้ขอความร่วมมือทดลองใช้แก๊สโซฮอล์กับรถยนต์ของทางราชการก่อน
