ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการกัดกร่อนของกัลวานิกในชุดอุปกรณ์ยึด
ส่วนประกอบทางกลทุกชิ้นที่รวมโลหะสองชนิดเข้าด้วยกันโดยมีความชื้นมีความเสี่ยงที่ซ่อนอยู่ เมื่อตัวยึดที่ทำจากโลหะผสมตัวหนึ่งไปชนกับวัสดุฐานที่ทำจากอีกตัวหนึ่ง ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีก็จะเริ่มขึ้นอย่างเงียบๆ ปฏิกิริยานี้เรียกว่าการกัดกร่อนแบบกัลวานิก เป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของความล้มเหลวของตัวยึดก่อนกำหนดในโครงสร้างกลางแจ้ง อุปกรณ์ทางทะเล และแม้แต่ส่วนประกอบภายในที่สัมผัสกับความชื้น
ความรุนแรงของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับว่าโลหะทั้งสองอยู่บนสเกลกัลวานิกอยู่ห่างกันมากเพียงใด มีความชื้นอยู่มากน้อยเพียงใด และชิ้นส่วนประกอบสัมผัสกับความชื้นนั้นนานเท่าใด ตัวยึดที่มีลักษณะเหมือนกันกับอีกอันบนชั้นวางอาจมีพฤติกรรมแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเมื่อติดตั้ง เพียงเพราะสิ่งที่สัมผัส นี่คือเหตุผลที่เข้าใจความแตกต่างระหว่าง สแตนเลส 18/8 และตัวยึดเหล็กกล้าคาร์บอนมีความสำคัญมากกว่าที่ผู้ติดตั้งส่วนใหญ่ตระหนัก
ตัวยึดไม่จำเป็นต้องจมอยู่ใต้น้ำเพื่อกัดกร่อนกระแสไฟฟ้า ฟิล์มบางๆ ของการควบแน่น ฝน หรือแม้แต่อากาศชื้นก็เพียงพอแล้วที่อิเล็กโทรไลต์จะเริ่มต้นกระบวนการได้
สิ่งที่เกิดขึ้นจริงระหว่างการกัดกร่อนของกัลวานิก
การกัดกร่อนแบบกัลวานิกเกิดขึ้นเมื่อโลหะสองชนิดที่ต่างกันเชื่อมต่อกันด้วยไฟฟ้าและสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ เช่น ความชื้นที่มีเกลือหรือแร่ธาตุละลายอยู่ โลหะชนิดหนึ่งทำหน้าที่เป็นขั้วบวกและค่อยๆ สูญเสียวัสดุ ในขณะที่อีกโลหะทำหน้าที่เป็นแคโทดและได้รับการปกป้อง ยิ่งโลหะทั้งสองอยู่ห่างกันมากในซีรีส์กัลวานิก การแลกเปลี่ยนนี้จะรวดเร็วและรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น
ในแง่ตัวยึด หมายความว่าสกรูเหล็กกล้าคาร์บอนที่ขันเข้ากับแผงอะลูมิเนียม หรือสลักเกลียวที่ไม่ผ่านการบำบัดซึ่งใช้กับทองแดงวาบไฟ จะสึกกร่อนได้เร็วกว่าตัวยึดแบบเดียวกันที่ใช้กับวัสดุที่เข้ากันได้ ตัวยึดสเตนเลสสตีลต่อต้านกระบวนการนี้เนื่องจากมีชั้นโครเมียมออกไซด์แบบพาสซีฟซึ่งก่อตัวตามธรรมชาติบนพื้นผิว ซึ่งจะกล่าวถึงในรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง
อะไรที่ทำให้สแตนเลส 18/8 แตกต่าง
การกำหนด 18/8 หมายถึงองค์ประกอบของสเตนเลสออสเทนนิติกที่ประกอบด้วยโครเมียมประมาณ 18 เปอร์เซ็นต์และนิกเกิล 8 เปอร์เซ็นต์ ส่วนประกอบนี้มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับสิ่งที่มักเรียกกันว่าสเตนเลสประเภท 304 และในแค็ตตาล็อกตัวยึดเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ คำทั้งสองนี้ใช้แทนกันได้ เนื่องจาก 18/8 เป็นวิธีง่ายๆ ในการอธิบายกลุ่มโลหะผสม 304
- ปริมาณโครเมียมก่อตัวเป็นชั้นพาสซีฟออกไซด์บางๆ ที่ซ่อมแซมตัวเองได้บนพื้นผิว
- ปริมาณนิกเกิลช่วยเพิ่มความเหนียวและความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย
- โลหะผสมทนทานต่อสารเคมีในครัวเรือนส่วนใหญ่ ความชื้น และการสัมผัสกลางแจ้งที่ไม่รุนแรง
- ไม่เป็นแม่เหล็กหรือเป็นแม่เหล็กอ่อนเท่านั้น ขึ้นอยู่กับการทำงานด้วยความเย็นระหว่างการผลิต
เนื่องจากชั้นพาสซีฟนี้ สแตนเลส 18 8 กับ 304 การเปรียบเทียบส่วนใหญ่เป็นเรื่องของคำศัพท์มากกว่าความแตกต่างของวัสดุที่เกิดขึ้นจริง โดยทั่วไปทั้งสองคำจะอธิบายถึงตระกูลออสเทนนิติกเดียวกัน และตัวยึดที่มีเครื่องหมายในลักษณะนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับฮาร์ดแวร์เฟอร์นิเจอร์ การประกอบเครื่องใช้ไฟฟ้า และการก่อสร้างทั่วไปที่ต้องการความต้านทานการกัดกร่อนในระดับปานกลาง
เป็นที่น่าสังเกตว่าสแตนเลส 18/8 ไม่สามารถต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนได้ทุกประเภท ในสภาวะที่มีคลอไรด์หนาแน่น เช่น อากาศชายฝั่งหรือการสัมผัสเกลือละลายน้ำแข็ง เกรดที่มีแบริ่งโมลิบดีนัมที่สูงกว่าอาจมีประสิทธิภาพเหนือกว่ามาตรฐาน 18/8 อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานภายในส่วนใหญ่และกลางแจ้งปานกลาง 18/8 ให้ความสมดุลระหว่างความทนทาน รูปลักษณ์ และราคา
ตัวยึดเหล็กกล้าคาร์บอน: จุดแข็งและข้อจำกัด
ตัวยึดเหล็กกล้าคาร์บอนยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีความแข็งแรงเชิงกลสูงด้วยต้นทุนวัสดุที่ต่ำกว่า เหล็กกล้าคาร์บอนไม่มีชั้นเชิงรับ ซึ่งต่างจากเหล็กกล้าไร้สนิม ซึ่งหมายความว่าต้องอาศัยการเคลือบพื้นผิวทั้งหมด เช่น การชุบสังกะสีหรือการบำบัดด้วยฟอสเฟต เพื่อต้านทานการเกิดสนิมและการกัดกร่อน
| คุณสมบัติ | สแตนเลส 18/8 | เหล็กกล้าคาร์บอน (เคลือบ) |
|---|---|---|
| ความต้านทานการกัดกร่อนของฐาน | สูง | ต่ำโดยไม่ต้องเคลือบ |
| ความต้านทานแรงดึงสัมพัทธ์ | ปานกลางถึงสูง | สูง |
| ต้นทุนต่อหน่วย | สูงer | ล่าง |
| สภาพแวดล้อมการใช้งานที่ดีที่สุด | ชื้น กลางแจ้ง มีน้ำชะล้าง | โครงโครงสร้างแบบแห้งในอาคาร |
| การพึ่งพาการเคลือบ | ไม่จำเป็น | จำเป็นสำหรับการมีอายุยืนยาว |
เมื่อสารเคลือบป้องกันบนตัวยึดเหล็กคาร์บอนมีรอยขีดข่วน เจาะทะลุ หรือสึกกร่อน เหล็กที่โผล่ออกมาจะเปราะบางเกือบจะในทันที โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากสัมผัสกับโลหะมีค่ามากกว่า นี่เป็นโหมดความล้มเหลวทั่วไปในโครงการพื้นระเบียง รั้ว และผนังที่หัวสกรูเหล็กกล้าคาร์บอนถูกปล่อยทิ้งไว้ให้สัมผัสกับสภาพอากาศหลังการติดตั้ง
แผนภูมิซีรีส์กัลวานิก: ความเข้ากันได้ของการอ่านโลหะ
อนุกรมกัลวานิกจัดอันดับโลหะจากที่มีความกระฉับกระเฉงที่สุด หรือขั้วบวก จนถึงสูงที่สุด หรือแคโทด โลหะที่อยู่ในตำแหน่งใกล้กันบนกราฟโดยทั่วไปสามารถใช้ร่วมกับความเสี่ยงน้อยที่สุด โลหะที่อยู่ในตำแหน่งห่างกันควรแยกออกจากกันด้วยสิ่งกีดขวางที่ไม่นำไฟฟ้า หรือหลีกเลี่ยงการสัมผัสกันโดยตรงโดยสิ้นเชิง
| ตำแหน่ง | กลุ่มโลหะหรือโลหะผสม | พฤติกรรมสัมพันธ์ |
|---|---|---|
| 1 (ขั้วบวกมากที่สุด) | แมกนีเซียมและโลหะผสมแมกนีเซียม | กัดกร่อนก่อนเสียสละ |
| 2 | สังกะสี, เหล็กกัลวาไนซ์ | สูงly active, common coating metal |
| 3 | อลูมิเนียมอัลลอยด์ | ใช้งานอยู่ทั่วไปในการเข้าข้างและตัดแต่ง |
| 4 | เหล็กกล้าคาร์บอน, เหล็กหล่อ | ใช้งานอยู่ต้องมีการเคลือบเพื่อการป้องกัน |
| 5 | ลีด, ติน | คล่องแคล่วว่องไว |
| 6 | ทองเหลือง, ทองแดง, ทองแดง | ค่อนข้างสูงส่ง |
| 7 | สเตนเลสแบบพาสซีฟ (แบบ 18/8) | โนเบิลป้องกันด้วยชั้นออกไซด์ |
| 8 (แคโทดส่วนใหญ่) | ไทเทเนียม, กราไฟท์ | มีเกียรติมากที่สุด ไม่ค่อยมีการกัดกร่อน |
สิ่งนี้บางครั้งเรียกว่าก แผนภูมิอนุกรมกัลวานิก และเป็นพื้นฐานสำหรับแนวทางการเลือกตัวยึดส่วนใหญ่ในข้อกำหนดเฉพาะด้านการก่อสร้างและการผลิต ตามกฎทั่วไป การรักษาอุปกรณ์ยึดและวัสดุฐานให้อยู่ในตำแหน่งสองหรือสามตำแหน่งจากกันในระดับนี้จะช่วยลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนแบบเร่งได้อย่างมาก
แผนภูมิความเข้ากันได้ทางไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริงสำหรับการจับคู่ตัวยึดทั่วไป
ตารางต่อไปนี้ช่วยลดความซับซ้อนของซีรีส์กัลวานิกให้เป็นข้อมูลอ้างอิงในทางปฏิบัติสำหรับการใช้ตัวยึดและซับสเตรตร่วมกัน ประเภทนี้ ตารางความเข้ากันได้ของกัลวานิก มีประโยชน์สำหรับการประเมินความเสี่ยงอย่างรวดเร็วก่อนที่โครงการจะเริ่มต้น โดยไม่จำเป็นต้องจดจำการจัดอันดับโลหะทั้งหมด
| วัสดุยึด | พื้นผิวอะลูมิเนียม | พื้นผิวเหล็กกล้าคาร์บอน | พื้นผิวทองแดงหรือทองเหลือง |
|---|---|---|---|
| สแตนเลส 18/8 | ยุติธรรม ใช้แผงกั้นหากเปียกเป็นเวลานาน | ดี | ดี |
| เหล็กกล้าคาร์บอน (เคลือบ) | ไม่ดี หลีกเลี่ยงการสัมผัสเปียกโดยตรง | ดี | แย่ |
| เหล็กชุบสังกะสี | ยุติธรรม | ดี | แย่ |
| ตัวยึดอลูมิเนียม | ดี | แย่ | แย่ |
ในกรณีที่พิกัดแสดงความเข้ากันได้ไม่ดี วิธีการที่แนะนำคือเปลี่ยนไปใช้วัสดุตัวยึดที่เข้ากันได้มากกว่า หรือแนะนำชั้นแยกที่ไม่นำไฟฟ้า เช่น แหวนรองโพลีเมอร์หรือสารกันรั่ว ระหว่างโลหะทั้งสอง
คำแนะนำเฉพาะด้านการใช้งาน: สกรูเครื่องจักรและสกรูชิปบอร์ด
สกรูเครื่อง โดยทั่วไปจะใช้ในรูที่เจาะรูไว้ล่วงหน้าหรือใช้กับน็อต ทำให้พบได้ทั่วไปในตู้ แผง อุปกรณ์ไฟฟ้า และเรือนเครื่องจักร เนื่องจากการใช้งานเหล่านี้มักจะเกี่ยวข้องกับแผงโลหะที่แตกต่างกัน เช่น กล่องอะลูมิเนียมหรือแผงขั้วต่อทองเหลือง การเลือกวัสดุสกรูเครื่องจักรที่ทนต่อการกัดกร่อนจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อการประกอบจะเห็นความชื้นหรือการชะล้าง
สกรูชิปบอร์ด ในทางตรงกันข้าม เป็นตัวยึดแบบกรีดเองที่ออกแบบมาสำหรับแผ่นไม้เป็นหลัก เช่น พาร์ติเคิลบอร์ด MDF และไม้อัด สิ่งเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการประกอบเฟอร์นิเจอร์ ตู้เก็บของ และการก่อสร้างแบบเบา แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วตัวไม้จะไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยากัลวานิก แต่สกรูแผ่นไม้อัด Chipboard มักจะสัมผัสทางอ้อมกับฉากยึดโลหะ บานพับ หรือตัวเชื่อมต่อ ซึ่งทำให้เกิดข้อกังวลด้านความเข้ากันได้แบบเดียวกันที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้อีกครั้ง
สกรูชิปบอร์ดแบบเกลียวในตัวเอง ออกแบบมาสำหรับพาร์ติเคิลบอร์ดและการประกอบ MDF
สำหรับเฟอร์นิเจอร์กลางแจ้ง อุปกรณ์ปูพื้น หรือส่วนประกอบที่ใช้แผ่นไม้อัด Chipboard ที่ต้องเผชิญกับสภาพอากาศ โดยทั่วไปตัวเลือกสเตนเลส 18/8 จะเป็นตัวเลือกที่ปลอดภัยกว่าในระยะยาว เนื่องจากจะหลีกเลี่ยงปัญหาการพึ่งพาการเคลือบที่ตัวยึดเหล็กกล้าคาร์บอนพกพาไปเมื่อติดตั้งและสัมผัสแล้ว
การเลือกตัวยึดที่ไม่กัดกร่อนสำหรับการก่อสร้างกลางแจ้ง
โครงการก่อสร้างกลางแจ้ง รวมถึงพื้นระเบียง รั้ว ซุ้มไม้เลื้อย และการตกแต่งภายนอก นำเสนอเงื่อนไขที่ต้องการมากที่สุดสำหรับประสิทธิภาพของตัวยึด ปริมาณน้ำฝน การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และในบางภูมิภาคที่มีอากาศเค็ม ล้วนเร่งให้เกิดการกัดกร่อน โดยเฉพาะที่หัวยึดที่ปล่อยให้สัมผัสกับองค์ประกอบต่างๆ
เมื่อระบุ ตัวยึดที่ไม่กัดกร่อน และทั่วไป สกรูก่อสร้างกลางแจ้ง สำหรับโครงการเหล่านี้ ปัจจัยต่อไปนี้มักมีความสำคัญมากกว่าค่าใช้จ่ายล่วงหน้า:
- ไม่ว่าหัวตัวยึดจะยังคงเปิดอยู่หลังการติดตั้ง หรือจะจมและปิดผนึกไว้ก็ตาม
- ไม่ว่าจะเป็นพื้นผิวที่ได้รับการบำบัดไม้ซึ่งอาจมีสารกันบูดสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
- สภาพภูมิอากาศในท้องถิ่น รวมถึงความชื้น การสัมผัสกับเกลือ และวงจรการแช่แข็งและละลาย
- ไม่ว่าตัวยึดจะสัมผัสกับไฟกะพริบ ขายึด หรือขั้วต่อที่เป็นโลหะที่ไม่เหมือนกันก็ตาม
ไม้แปรรูปที่ได้รับการบำบัดสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากสารกันบูดไม้สมัยใหม่หลายชนิดมีสารประกอบที่ทำจากทองแดง ทองแดงอยู่ในซีรีส์กัลวานิคค่อนข้างสูง ซึ่งหมายความว่าตัวยึดที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนที่ไม่ผ่านการบำบัดที่ขับเข้าไปในไม้แปรรูปสามารถสึกกร่อนได้เร็วกว่าไม้ที่ไม่ผ่านการบำบัดอย่างมาก นี่เป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดและไม่ได้รับการยอมรับจากความล้มเหลวของตัวยึดก่อนกำหนดบนพื้นกลางแจ้ง
กระบวนการตัดสินใจง่ายๆ สำหรับการเลือกวัสดุตัวยึด
แทนที่จะจดจำซีรีส์กัลวานิคทั้งหมด โครงการส่วนใหญ่สามารถดำเนินการผ่านกระบวนการตัดสินใจสั้นๆ เพื่อให้ได้ตัวเลือกตัวยึดที่เหมาะสม
ขั้นตอนการทำงานนี้มีเจตนาทำให้เรียบง่ายขึ้น แต่สะท้อนให้เห็นว่าตัวระบุตัวยึดส่วนใหญ่จะเลือกวัสดุในทางปฏิบัติอย่างไร โดยเริ่มจากสภาวะการสัมผัส จากนั้นจึงจำกัดให้แคบลงตามสิ่งที่ตัวยึดจะสัมผัสทางกายภาพเมื่อติดตั้งแล้ว
การเปรียบเทียบมูลค่าระยะยาว ไม่ใช่แค่ราคาต่อหน่วย
ข้อผิดพลาดทั่วไปในการเลือกตัวยึดคือการเปรียบเทียบราคาต่อหน่วยของตัวเลือกเหล็กสเตนเลสกับเหล็กกล้าคาร์บอน ในสภาพแวดล้อมที่เสี่ยงต่อการกัดกร่อน การเปรียบเทียบต้นทุนทั้งหมดควรรวมค่าแรงและวัสดุในการเปลี่ยนตัวยึดที่ชำรุด ความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับวัสดุโดยรอบจากคราบสนิม และความเสี่ยงของการคลายตัวของโครงสร้างหากตัวยึดอ่อนตัวลงเมื่อเวลาผ่านไป
| การพิจารณา | สแตนเลส 18/8 | เหล็กกล้าคาร์บอน |
|---|---|---|
| ต้นทุนเริ่มต้น | สูงer | ล่าง |
| อายุการใช้งานที่คาดหวังในสภาพเปียก | ยาว | สั้นถึงปานกลาง |
| ข้อกำหนดการบำรุงรักษา | น้อยที่สุด | จำเป็นต้องมีการตรวจสอบเป็นระยะ |
| ความเสี่ยงต่อการเปื้อนวัสดุโดยรอบ | ต่ำ | สูงer, especially with rust bleed |
สำหรับโครงการที่เข้าถึงตัวยึดได้ยากหลังการติดตั้ง เช่น โครงโครงสร้างด้านหลังผนัง ต้นทุนสแตนเลสล่วงหน้าที่สูงขึ้นมักถูกชดเชยด้วยการหลีกเลี่ยงค่าแรงทดแทนตลอดอายุการใช้งานของโครงสร้าง
คำถามที่พบบ่อย
คำถามที่ 1: การเปรียบเทียบระหว่างสแตนเลส 18 8 กับ 304 มีความหมายไหม หรือเป็นวัสดุเดียวกัน
ในทางปฏิบัติ เหล็กกล้าไร้สนิม 18/8 และ 304 หมายถึงอัลลอยด์ตระกูลออสเทนนิติกชนิดเดียวกัน ป้าย 18/8 อธิบายปริมาณโครเมียมและนิกเกิลโดยประมาณ ในขณะที่ 304 คือการกำหนดเกรดอย่างเป็นทางการ ตัวยึดส่วนใหญ่ที่ขายภายใต้ชื่อใดชื่อหนึ่งจะมีประสิทธิภาพคล้ายกันในการใช้งานทั่วไป
คำถามที่ 2: ตัวยึดเหล็กคาร์บอนและสแตนเลสสามารถใช้ร่วมกันได้อย่างปลอดภัยหรือไม่?
สามารถทำได้ในสภาพแวดล้อมในร่มที่แห้งซึ่งความชื้นไม่ใช่ปัจจัย เนื่องจากการกัดกร่อนของกัลวานิกต้องใช้อิเล็กโทรไลต์ ในการใช้งานใดๆ ที่ต้องเผชิญกับฝน ความชื้น หรือการทำความสะอาดแบบชะล้าง ควรหลีกเลี่ยงหรือแยกการสัมผัสโดยตรงระหว่างทั้งสองสิ่งด้วยสิ่งกีดขวางที่ไม่นำไฟฟ้า
คำถามที่ 3: เหตุใดตัวเลือกสกรู SS บางตัวจึงมีราคาสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนเคลือบที่เทียบเท่ากันอย่างมาก
โลหะผสมสแตนเลสมีเปอร์เซ็นต์โครเมียมและนิกเกิลสูงกว่า ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นวัตถุดิบที่มีราคาแพงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นสะท้อนถึงทั้งองค์ประกอบของวัสดุและความต้านทานการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นโดยไม่ต้องพึ่งการเคลือบภายนอก
คำถามที่ 4: สกรูชิปบอร์ดต้องเป็นสแตนเลสในการประกอบเฟอร์นิเจอร์ในร่มหรือไม่
โดยทั่วไปไม่มี การประกอบเฟอร์นิเจอร์ในร่มในสภาวะแห้งโดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องใช้สเตนเลส และสกรูแผ่นไม้อัดเคลือบมาตรฐานก็ทำงานได้อย่างเหมาะสม สแตนเลสมีความสำคัญมากขึ้นสำหรับเฟอร์นิเจอร์กลางแจ้ง ตู้เก็บของในห้องน้ำ หรือการใช้งานใดๆ ที่สัมผัสกับความชื้นสม่ำเสมอ
คำถามที่ 5: ฉันจะทราบได้อย่างไรว่าความล้มเหลวของตัวยึดเกิดจากการกัดกร่อนของกัลวานิกโดยเฉพาะ
การกัดกร่อนแบบกัลวานิกมักแสดงการเกิดรูพรุนที่มีความเข้มข้นหรือการสูญเสียวัสดุ ณ จุดที่โลหะสองชนิดสัมผัสกัน แทนที่จะเป็นสนิมบนพื้นผิวที่สม่ำเสมอทั่วทั้งตัวยึดทั้งหมด หากการกัดกร่อนรุนแรงที่สุดตรงจุดที่โลหะสองชนิดสัมผัสกัน ปฏิกิริยากัลวานิกก็น่าจะมีส่วนช่วย
