ผลของโครเมียมและนิกเกิลต่อโครงสร้างจุลภาคและความต้านทานการเกิดออกซิเดชันในP/M316L

จาก ChulaPedia

    เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316L เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติคที่นิยมใช้ในงานอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวางเนื่องด้วยสมบัติด้านความแข็งแรง ความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิปานกลางจนถึงอุณหภูมิสูงโดยยังคงความแข็งแรงไว้ได้ อย่างไรก็ตามภายใต้การใช้งานที่มีสภาวะรุนแรง ต้องการความสามารถการต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่สูงขึ้นเพื่อให้วัสดุมีอายุการใช้งานที่นานขึ้น 
        
         การขึ้นรูปโดยกรรมวิธีโลหะผง (Powder Metallurgy(P/M))ได้รับการพัฒนาและเป็นที่นิยมมากในอุตสาหกรรมการผลิต เนื่องจากเป็นวิธีการผลิตที่ทำได้ง่าย ควบคุมส่วนผสมได้ง่าย สามารถขึ้นรูปชิ้นงานได้ใกล้เคียงกับชิ้นงานจริง (Near-net-shaped product)และที่สำคัญมีต้นทุนการผลิตที่ต่ำ

        โครเมียม ในเหล็กกล้าไร้สนิมจะมีธาตุโครเมียมอย่างน้อย 11% เพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนโดยโครเมียมจะเกิดเป็นฟิล์มโครเมียมออกไซด์ป้องกันผิว (Protective film) จากสภาพแวดล้อม เป็นธาตุที่ช่วยให้เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นเฟสเฟร์ไรต์ ช่วยให้เฟสเฟร์ไรต์เสถียร (Ferrite stabilizer)
    นิกเกิล เป็นธาตุที่ช่วยให้เฟสออสเทไนต์เสถียร (Austenite stabilizer) และนอกจากนั้นยังช่วยให้ฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นที่ผิวของเหล็กกล้าไร้สนิมยึดเกาะกับเนื้อพื้น (Matrix)ได้ดี
         
         ในโลหะผง316L ที่ผ่านการเติมธาตุโครเมียมนิกเกิล และโครเมียมและนิกเกิลร่วมกัน ที่ 1% – 5% โดยน้ำหนัก อัดขึ้นรูปด้วยแรงอัด 15 ตันค้างไว้เป็นเวลา 30 วินาที แล้วชิ้นงานจะถูกเผาผนึกที่ 1300 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 45 นาที ภายใต้บรรยากาศไฮโดรเจน แล้วทดสอบออกซิเดชันที่ 900 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 100 ชั่วโมง ภายใต้บรรยากาศปกติ 

         ผลของโครเมียมและนิกเกิลต่อโครงสร้างจุลภาค 
     ภายหลังเผาผนึกพบว่าเมื่อปริมาณโครเมียมและนิกเกิลเพิ่มขึ้น รูพรุนมีมากขึ้น โดยรูพรุนที่เกิดขึ้นในชิ้นงานที่เติมโครเมียมจะมีขนาดรูพรุนที่เล็กกว่าและขนาดจะสม่ำเสมอกว่าชิ้นงานที่เติมนิกเกิล อีกทั้งรูพรุนยังมีกระจายตัวสม่ำเสมอกว่าชิ้นงานที่เติมนิกเกิลอีกด้วย เมื่อชิ้นงานผ่านการเผาทดสอบออกซิเดชันจะพบว่ามีออกไซด์เกิดขึ้นในรูพรุนภายในชิ้นงานและที่ผิวชิ้นงาน ซึ่งขนาดของออกไซด์ที่เกิดขึ้นภายในชิ้นงานจะขึ้นอยู่กับลักษณะของรูพรุนที่มีมาตั้งแต่ช่วงเผาผนึก

         ผลของโครเมียมและนิกเกิลต่อความต้านทานการเกิดออกซิเดชัน 
         โครเมียมจะให้ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันภายหลังการทดสอบออกซิเดชันดีกว่านิกเกิล โดยความต้านทานการเกิดออกซิเดชันจะดีขึ้นเมื่อปริมาณการเติมโครเมียมและนิกเกิลเพิ่มขึ้น อีกนัยหนึ่งว่าชิ้นงานที่ปริมาณโครเมียมหรือนิกเกิลสูงกว่าจะพบว่ามีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันลดลง เนื่องจากพบว่ามีค่าคงที่อัตราการเกิดออกซิเดชันลดลง
         
         สำหรับออกไซด์ที่เกิดขึ้น จะเหมือนกันทั้งที่ผิวชิ้นงานและภายในชิ้นงานโดยพบว่าเป็น Cr2O3, Fe2O3, (Fe0.6Cr0.4)2O3, NiFe2O4 และ NiCr2O4

นส.ญดา พลเสน ภาควิชาวิศวกรรมโลหการ คณะวิศวกรรมศาตร์