การชุบสั งกะสี แบบจุ่มร้ อน
เพือ่
การป้ องกันการกัดกร่ อนของเหล็กกล้ า
1
เหล็กกล้ าเป็ นหนึ่งในวัสดุ
ทีส่ าคัญในการก่ อสร้ างใน
ยุคปัจจุบันและก็จะเป็ น
อย่ างนีต้ ่ อไป
2
เหล็กกล้ า: วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างสมัยใหม่ซ่ ึงมีประโยชน์ในการ
ใช้งานที่ยอดเยีย่ ม





สมบัติต่างๆทางวิศวกรรม เป็ นที่รู้จกั เป็ นอย่างดี
ง่ายต่อการผลิตให้มีรูปร่ างแตกต่างกันได้หลากหลาย
หาได้ง่าย
เป็ นมิตรต่อสิ่ งแวดล้อม
สามารถนากลับมาใช้ใหม่ได้ท้ งั หมด 100%
3
แต่ ทว่ า…การกัดกร่ อนสามารถทาให้ ประโยชน์ และสมบัตเิ ด่ น
ของเหล็กกล้ าถูกทาลายลงได้
4
ผลของการกัดกร่ อน
เกิดสนิมที่ไม่น่ามอง
5
เกิดสนิมที่ไม่น่ามอง
6
ผลของการกัดกร่ อน
การสู ญเสี ยความมัน่ คงทางโครงสร้าง
7
ตัวอย่ าง ความเสี ยหายที่เกิดจากการกัดกร่ อน
8
ตัวอย่ าง ความเสี ยหายที่เกิดจากการกัดกร่ อน
9
ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซม
หรื อเปลี่ยนใหม่
ต้องจ่ายเงินเพื่อ
ชดเชยเมื่อเกิดความ
เสี ยหาย
ค่ าใช้ จ่ายที่
เพิม่ ขึน้ เมือ่ เกิด
การกัดกร่ อน
ความเสี่ ยง
ในด้าน
ความ
ปลอดภัย
ทาให้การใช้งานตามปกติตอ้ งหยุดชะงักลง
10
วิธีการโดยทัว่ ไปที่ใช้ในการป้ องกันหรื อควบคุมการกัดกร่ อน
ก็คือ การเคลือบผิวทีท่ าหน้ าทีป่ ้ องกันการกัดกร่ อน
ชนิดของผิวเคลือบ
 ชั้นเคลือบโลหะ (ชั้นเคลือบจากการชุบสังกะสี เป็ นที่นิยมอย่างกว้างขวาง)
 ชั้นเคลือบทีไ่ ม่ เป็ นโลหะ (ตัวอย่างเช่น สี )
11
“Galvanizing” เป็ นการนาการเคลือบผิวด้วยสังกะสี ไป
ใช้เพื่อป้ องกันการกัดกร่ อน
ประเภทของ Galvanizing :
 Hot Dip Galvanizing (การชุบสังกะสี แบบจุ่มร้อน)
 Zinc electroplating (electro-galvanizing)
 Zinc-rich painting (“cold galvanizing”)
 Zinc thermal spraying (zinc metallizing)
12
Hot Dip Galvanizing (HDG)
เป็ นกระบวนการทาให้เกิดพันธะทางโลหะวิทยาของชั้น
เคลื อบโดยการจุ่ มเหล็กกล้าลงในสังกะสี หลอมเหลว.
เหล็ ก กล้า ที่ น ามาชุ บ สั ง กะสี น้ ัน ผ่ า นการขึ้ น รู ป จนมี
รู ปร่ างสุ ดท้ายตามที่ตอ้ งการแล้ว. ในบางครั้งวิธีการนี้จึง
ถูกเรี ยกว่า “การทา galvanizing หลังจากการขึ้นรู ป”
บ่ อสั งกะสี หลอมเหลว
13
13
Zinc electroplating
(-)
(+ )
ชั้นเคลือบ
สั งกะสี
เหล็กกล้า
Zn ++
++
Zn
++
Zn
++
Zn
สั งกะสี
(Zn)
Zn ++
14
‘Zinc-rich’ painting
การพ่นผงที่มีปริ มาณสังกะสี ใน
ปริ มาณสูงซึ่ งจะเกิดการสร้างเป็ นชั้น
เคลือบสังกะสี แบบกึ่งต่อเนื่องขึ้น
เมื่อผงที่พน่ ไปนั้นแห้ง
ภาพภาคตัดขวางจาก SEM ของชั้นที่เกิดจาก
การพ่น แสดงการกระจายตัวของอนุภาคสั งกะสี
15
15
Zinc thermal spraying
สั งกะสี หลอมเหลวที่
ถูกพ่นด้ วยความเร็วสู ง
หัวพ่นสังกะสี
หลอมเหลว
16
สั ดส่ วนการใช้ งานชั้นเคลือบสั งกะสี โดยรวม
สาหรับโครงสร้ างเหล็กกล้ า
100 %
สั ดส่ วน
การใช้ งาน
0%
Hot dip galvanizing
( > 90% )
ชั้นเคลือบ
สั งกะสี แบบอืน่ ๆ
< 10%
17
Hot Dip Galvanizing (HDG)
สาหรับโครงสร้างเหล็กกล้า
 บทนา
 กระบวนการ HDG
 คุณลักษณะของชิ้นงานทีผ่ ่ านกระบวนการ HDG
 การนา HDG ไปใช้ งาน
18
บทนาเกีย่ วกับ HDG
 มีการใช้งานเป็ นครั้งแรกมานานมากกว่า 150 ปี มาแล้ว (เริ่ มต้น ในยุโรป)
 ทัว่ โลกตอนนี้มีการใช้งานเพื่อปกป้ องโครงสร้างเหล็กกล้าประมาณ 25
ล้านตันต่ อปี
 มีการใช้งานหลากหลายทั้งในด้านวิศวกรรมและสถาปั ตยกรรม
19
กระบวนการ HDG
คือ กระบวนการสร้างชั้นเคลือบสังกะสี ข้ ึนบนเหล็กกล้า โดยการจุ่มลงเหล็กกล้า
ลงในสังกะสี หลอมเหลวที่อุณหภูมิ 450 C
20
ขั้นตอนของกระบวนการ HDG
21
ตัวอย่ างของโรงงานทีม่ ีกระบวนการ galvanizing
22
ชุดภาพต่ อไปนีแ้ สดงให้ เห็นว่ าเหล็กกล้ า
ผ่ านกระบวนการ hot dip galvanized อย่ างไรบ้ าง.
นับตั้งแต่ นาไปลุ่มสั งกะสี หลอมเหลวจนกระทัง่ เสร็จสิ้น
จะกินเวลาทั้งหมดประมาณ 6 นาที
23
ชิ้นงานเหล็กกล้าทีจ่ ะนาไปผ่ านกระบวนการ
24
ชิ้นงานเหล็กกล้าทีจ่ ะถูก galvanize ขณะกาลังจะเข้ าสู่ บ่อสั งกะสี
25
บริเวณบ่ อสั งกะสี
26
Steel articles above the galvanizing bath
ชิ้นงานเหล็กกล้าขณะอยู่เหนือบ่ อสั งกะสี
27
ชิ้นงานเหล็กกล้าถูกจุ่มลงในบ่ อสั งกะสี จนทัว่ ทั้งชิ้น
28
ชิ้นงานสั งกะสี กาลังถูกดึงขึน้ จากบ่ อสั งกะสี หลังจากทาการจุ่ม
29
ชิ้นงานถูกดึงขึน้ มาจากบ่ อ
30
การลดอุณหภูมิของชิ้นงานทีผ่ ่ านกระบวนการ galvanizing แล้ว
31
32
ชั้นเคลือบสั งกะสี เกิดขึน้ ได้ อย่ างไร?
สังกะสี จะเกิดการแพร่ เข้าไปในชั้นผิวของเหล็กกล้าและเกิดการรวมตัวกับองค์ประกอบ
ที่เป็ นเหล็ก. ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้น คือ เกิดการสร้างชั้นโลหะผสมระหว่างเหล็กกับสังกะสี
สั งกะสี เกิดการแพร่ เข้ าสู่
กะสีหลอมเหลวผิวของเหล็กกล้ า
สัสังงกะสี
หลอมเหลว
ชั้นโลหะผสมระหว่างสั งกะสี และเหล็ก
เหล็กกล้า
เหล็กกล้า
33
ชั้นเคลือบสั งกะสี เกิดขึน้ ได้ อย่างไร?
ขณะที่เหล็กกล้าถูกจุ่มลงในสังกะสี หลอมเหลวนั้น สังกะสี จะกลายเป็ นของแข็งและ
กลายเป็ นชั้นของสังกะสี บริ สุทธิ์บนผิวของชั้นโลหะผสมระหว่างสังกะสี และเหล็ก
ชั้นสั งกะสี
ชั้นโลหะผสม
การเคลือบผิว
แบบ HDG
เหล็กกล้า
34
ภาคตัดขวางทีก่ าลังขยายสู งของชิ้นงานเหล็กกล้ าทีผ่ ่ าน
กระบวนการ galvanizing
ชั้นสั งกะสี
ชั้นโลหะผสม
ระหว่ างสั งกะสี
กับเหล็ก
ชั้นเนือ้ พืน้ ที่
เป็ นเหล็กกล้า
35
การตรวจสอบเพือ่ ควบคุมคุณภาพการชุบสั งกะสี
36
มาตรฐานคุณภาพของกระบวนการเคลือบผิวแบบ HDG
ตัวอย่างมาตรฐานของกระบวนการ
HDG ที่มีใช้โดยทัว่ ไป:
 BS (EN) ISO 1461
 ASTM A123
37
สิ่ งทีร่ ะบุไว้ ในมาตรฐานของกระบวนการ HDG :
1. ความหนาตา่ สุ ดของชั้นเคลือบ
2. พืน้ ทีท่ ชี่ ุบสั งกะสี ไม่ ตดิ ทีก่ ว้ างทีส่ ุ ดทีอ่ นุญาตให้ มไี ด้ บน
ผิวของเหล็กกล้ า. และรวมถึงการซ่ อมแซมผิวที่
เหมาะสมทีช่ ุบไม่ ตดิ นั้นก็ได้ ถูกระบุไว้ ด้วย
38
ความหนาชั้นเคลือบสั งกะสี ทรี่ ะบุไว้ ใน
ISO 1461 สาหรับเหล็กกล้ าโครงสร้ างทีผ่ ่ านกกระบวนการ HDG
ความหนาของชิ้นงาน
เหล็กกล้ าโครงสร้ าง (mm)
< 1.5
 1.5 จนถึง < 3
ความหนาของชั้นเคลือบสั งกะสี
(microns)
45
 3 จนถึง < 6
55
70
6
85
39
ข้ อสังเกตทีส่ ำคัญเกีย่ วกับ
ความหนาของชั้นเคลือบที่ระบุไว้ใน
มาตรฐานการชุบสังกะสี ASTM123 หรื อ BS EN ISO 1461
 ข้อกาหนดสาหรับความหนาขั้นต่าที่ระบุไว้ในมาตรฐานการชุบสังกะสี ไม่ ได้ ตั้งขึ้นมา
จากการพิจารณาจากอายุการใช้งานที่ตอ้ งการ
 แต่ต้ งั อยูบ่ นการพิจารณาถึง ควำมสำมำรถที่แท้ จริง ของกระบวนการชุบสังกะสี
ยกตัวอย่างเช่น, ความหนาของชั้นเคลือบที่ระบุไว้ในมาตรฐาน ASTM 123 นั้น กาหนด
ขึ้นมาจากการทดสอบชุบสังกะสี บนเหล็กกล้าที่มีความหนาต่างๆกันเป็ นพันๆชิ้น ผลลัพธ์
ของความหนาชั้นเคลือบสังกะสี จากชิ้นงานทดสอบเหล่านี้ จึงจะกลายมาเป็ นมาตรฐาน
ความหนาต่าสุ ดโดยเฉลี่ยสาหรับชิ้นงานเหล็กกล้า
40
ความต้องการที่มากกว่าแค่เพียงความหนาที่ระบุไว้ใน
มาตรฐานการชุบสังกะสี ASTM123 หรื อ BS EN ISO 1461
ดังที่ได้กล่าวผ่านมากแล้ว, ความหนาที่ระบุไว้ในมาตรฐานการชุบสังกะสี น้ นั คือ
“ธรรมชาติ” ของความหนา เนื่องมาจากธรรมชาติของกระบวนการชุบสังกะสี
ความหนาที่มากขึ้น (เช่น 120-150 ไมครอน) ซึ่ งอาจจะต้องการเพื่อให้มีความต้านทาน
การกัดกร่ อนที่ดียงิ่ ขึ้น อาจไม่สามารถทาได้โดยกระบวนการชุบสังกะสี แบบดั้งเดิม
ความหนาของชั้นเคลือบที่มากขึ้นนั้นอาจทาได้โดยการทาการพ่นทรายบนผิวของ
เหล็กกล้าก่อนการชุบสังกะสี ซึ่ งโดยทั่วไปแล้ วการทาเช่ นนีจ้ ะเป็ นการเพิ่มต้ นทุน และ
อาจเป็ นการเพิ่มความเสี่ ยงที่ชั้นเคลือบที่หนาเพิ่มขึน้ นั้นจะไม่ ยึดเกาะกับเหล็กกล้ าได้
เหมือนดังชั้นเคลือบที่มีความหนาตามปกติ
41
การวัดความหนาชั้นเคลือบโดยการใช้ เครื่องวัดแบบ
มือถือเป็ นการง่ าย, รวดเร็ว และแม่ นยา
42
มาตรฐานของกระบวนการ HDG ระบุถึงพืน้ ทีท่ เี่ คลือบไม่ ตดิ ซึ่ง
มองเห็นได้ และมากทีส่ ุ ดทีย่ อมให้ มไี ด้
บริ เวณที่ช้ นั เคลือบๆไม่ติดและไม่ใหญ่จนเกินไป สามารถซ่อมแซมได้
ณ บริ เวณหน้างาน แทนที่จะนาไปผ่านกระบวน galvanizing ซ้ าอีกครั้ง
43
คุณลักษณะของชั้นเคลือบจากกระบวนการ HDG
ชั้นเคลือบ HDG มีคุณลักษณะที่เป็ นเอกลักษณ์ ซึ่งผสมผสานระหว่ าง
ข้ อดีซึ่งหาไม่ ได้ จากผิวเคลือบแบบอื่นๆ
 ต้านทานการเกิดความเสี ยหาย
 มีความสามารถในการป้ องกันการเกิดการกัดกร่ อนได้อย่างดีเยีย่ ม
 ทาให้ชิ้นงานมีอายุการใช้งานที่ยนื ยาวมากขึ้น
 ทาให้ชิ้นงานมีความน่าเชื่อถือ และสามารถคาดเดาอายุการใช้งานได้
 ชั้นเคลือบทาให้ชิ้นงานมีความมัน่ คง
 ประหยัดค่าใช้จากการซ่อมแซมเนื่องจากการกัดกร่ อน
 เข้ากันได้กบั สิ่ งแวดล้อม
 สามารถนาไปผ่านกระบวนการ galvanizing ได้เกือบทุกรู ปร่ างและขนาด
44
คุณลักษณะของชั้นเคลือบจากกระบวนการ HDG
ควำมสำมำรถในกำรต้ ำนทำนกำรเกิดควำมเสียหำย
เป็ นผลมาจากการยึดเกาะที่ยอดเยีย่ ม,
ความแข็งสูง และความเหนียวสูง.
สั งกะสี
โลหะผสมสั งกะสี และเหล็ก
เหล็กกล้ า
แข็งกว่ าเหล็กกล้า
ความแข็งแรง
ของพันธะใน
การยึดเกาะ
45
คุณลักษณะของชั้นเคลือบจากกระบวนการ HDG
มีความสามารถในการป้ องกันการเกิดการกัดกร่ อนได้ อย่ างดีเยี่ยม
เป็ นผลมาจากทั้ง ‘Barrier protection’ และ ‘Cathodic protection’
Barrier protection
สังกะสี มีอตั ราการกัดกร่ อนโดยธรรมชาติ
ที่ต่ากว่าเหล็กกล้าประมาณ 20 – 80 เท่า
สั งกะสี
เหล็กกล้า
Cathodic protection
Zn ++
สั งกะสี
_
e
protection
Zn ++
สั งกะสี
_
e
เหล็กกล้า
46
เมื่อเปรียบเทียบกับการทาสี ในแบบเดิมๆ
จะไม่มีการป้ องกันแบบ Cathodic protection ซึ่งหมายความว่าการกัดกร่ อนจะเกิด
และกระจายอยูด่ า้ นใต้ช้ นั สี ที่ทาไว้.
47
เมือ่ นากระบวนการ HDG และทีท่ าสี มาเปรียบเทียบคู่กนั
48
คุณลักษณะของชั้นเคลือบจากกระบวนการ HDG
ทำให้ ชิ้นงำนมีอำยกุ ำรใช้ งำนทีย่ นื ยำวมำกขึน้
อายุการใช้ งานโดยทัว่ ไป :
 บริ เวณชนบท : 100 ปี ขึ้นไป
 บริ เวณเขตเมืองและแถบชายฝั่ง : 30 - 40 ปี
 บริ เวณเขตอุตสาหกรรม: 20 - 30 ปี
49
คุณลักษณะของชั้นเคลือบจากกระบวนการ HDG
ทำให้ ชิ้นงำนมีควำมน่ ำเชื่อถือ :
เป็ นความจริ งที่วา่ การเคลือบผิวด้วยกระบวนการ HDG ได้ถูกนามาใช้งานมากกว่า 150 ปี ซึ่ งน่าจะ
ยาวนานเพียงพอต่อความน่าเชื่อถือ
50
คุณลักษณะของชั้นเคลือบจากกระบวนการ HDG
คาดเดาอายุการใช้ งานได้
Coating thickness (microns)
อัตราการสู ญเสี ยของชั้นเคลือบเกือบจะเป็ นเส้นตรง. การคาดการณ์ถึงอายุการใช้งานสามารถ
ทาได้โดยการใช้การประมาณนอกช่วง.
Initial coating
thickness
Measured
coating
thickness
after 10 years
Projected
service life
0
10
20
30
40
Service Life (years)
51
คุณลักษณะของชั้นเคลือบจากกระบวนการ HDG
ช่ วยรั บประกันความมัน่ คงของชิ น้ งาน
บ่ อยครั้ งมีกำรกล่ ำวว่ ำ “กระบวนกำร HDG เป็ นกระบวนกำรที่
เที่ยงตรง เนื่องจำก ไม่ มีทำงลัดใดที่จะทำให้ ชั้นเคลือบสำมำรถ
ป้ องกันได้ อย่ ำงประสบควำมสำเร็ จ”
52
คุณลักษณะของชั้นเคลือบจากกระบวนการ HDG
การป้ องกันการกัดกร่ อนในเชิงเศรษฐศาสตร์
ดังนั้นแล้ว บ่อยครั้งที่
กระบวนการ HDG
จะมีค่าใช้จ่ายที่ต่ากว่า
การป้ องกันการกัดกร่ อน
แบบอื่นๆ
เช่น การทาสี โยทัว่ ไป
ค่ าใช้ จ่ายในการเคลือบผิว
การที่กระบวนการ HDG ทาให้อายุการใช้งานยาวนานมากขึ้น ส่ งผลให้เราต้องการการซ่อม
บารุ งน้อยครั้งหรื อไม่ตอ้ งการเลย
การซ่ อมบารุ งครั้งที่ 3
ค่ าใช้ จ่ายที่
ประหยัดได้ การซ่ อมบารุ งครั้งที่ 2
การซ่ อมบารุ งครั้งที่ 1
HDG
การทาสี ในตอนเริ่มต้ น
53
คุณลักษณะของชั้นเคลือบจากกระบวนการ HDG
ความเข้ ากันได้ กบั สิ่ งแวดล้ อม
1.
ชั้นเคลือบสั งกะสี ไม่ เป็ นพิษ
2.
กระบวนการ Galvanizing เป็ นไปตามความต้ องการตึกและการก่ อสร้ างซึ่ง
อนุรักษ์ สิ่งแวดล้ อม ซึ่งได้ แสดงรายละเอียดไว้ หัวข้ อ “การประเมินวัตรจักร
ชีวติ ” (Life Cycle Assessment).
54
กรณีศึกษา การประเมินวัตรจักรชีวติ ของอาคารจอดรถหลาย
ชั้นซึ่งมีโครงสร้ างเป็ นเหล็กกล้ า
การเปรียบเทียบระหว่ าง Hot Dip Galvanizing
กับ
3-coat epoxy paint system
 การศึกษานี้ ศึกษาโดย Institute of Environmental Protection
Technology (University of Berlin, 2006)
 ทาการประเมินที่อายุการใช้งาน 60 ปี , การทาสี ตอ้ งการการซ่อมบารุ ง
เมื่อครบ 20 ปี และ 40 ปี
55
56
ผลจากกรณีศึกษา
0%
- การลดลงของชั้นโอโซน
- บรรยากาศที่เป็ นกรด
การทาสี
ผลกระด้ านมลพิษ
- ก๊าชเรือนกระจก
HDG
HDG
50%
การใช้ งาน
ทรัพยากรและ
พลังงาน
การทาสี
100%
58
คุณลักษณะของชั้นเคลือบจากกระบวนการ HDG
ชิ้นงานเหล็กกล้าหลากหลาย
ขนาดและรู ปร่ างสามารถนามา
ผ่านกระบวนการ galvanizing
ความหลากหลาย
59
คุณลักษณะของชั้นเคลือบจากกระบวนการ HDG
ความหลากหลาย
ชิ้นงานเหล็กกล้าหลากหลาย
ขนาดและรู ปร่ างสามารถนามา
ผ่านกระบวนการ galvanizing
60
สรุปประโยชน์ ของกระบวนการ
Hot-Dip Galvanizing
 ทาให้ชิ้นงานมีความมัน่ คงและเป็ นป้ องกันการกัดกร่ อนในระยะยาว
 ประหยัดค่าใช้จ่ายเนื่องมาจากการกัดกร่ อน
 เข้ากันได้กบั สิ่ งแวดล้อม
 สามารถนาไปใช้กบั ชิ้นงานที่มีรูปร่ างหลากหลายแบบและขนาด
61