คอยล์เหล็กกาลวาลูม: ความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่า

คอยล์เหล็กกาลวาลูมคืออะไร และทำงานอย่างไรในการป้องกันการกัดกร่อน?

องค์ประกอบของกาลวาลูม: อลูมิเนียม 55%, สังกะสี 43.4%, ซิลิคอน 1.6%

คอยล์เหล็กกาลวาลูมรวมเอาความทนทานของอลูมิเนียมเข้ากับการป้องกันแบบพลีชีพของสังกะสีไว้ในโลหะผสมที่ออกแบบมาอย่างแม่นยำ ชั้นเคลือบประกอบด้วย:

โลหะผสมไตรภาคนี้จะสร้างพันธะโลหะกับเหล็กกล้าในระหว่างกระบวนการเคลือบแบบจุ่มร้อน ซิลิคอนมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง—งานวิจัยยืนยันว่า ซิลิคอนช่วยป้องกันการเปราะตัวของอินเตอร์เมทัลลิก ทำให้ชั้นเคลือบสามารถทนต่อการขึ้นรูปทางกลโดยไม่หลุดลอก

การป้องกันแบบกั้นด้วยชั้นผิวที่อุดมด้วยอลูมิเนียม

ประมาณครึ่งหนึ่งของวัสดุคืออลูมิเนียม ซึ่งจะสร้างชั้นออกไซด์หนาๆ บนพื้นผิวเหล็กกล้า ชั้นป้องกันนี้ช่วยกันน้ำ อากาศ และไอออนกัดกร่อนที่รบกวนการกัดกร่อนของโลหะได้อย่างมีประสิทธิภาพ ชั้นเคลือบสังกะสีทั่วไปไม่สามารถทนทานได้ดีเท่า โดยเฉพาะบริเวณใกล้ชายฝั่งที่น้ำเค็มแทรกซึมได้ทุกที่ เราระบุจากการทดสอบในห้องปฏิบัติการว่า หากชั้นออกไซด์ถูกขีดข่วน มันจะซ่อมแซมตัวเองได้ตามกาลเวลา สิ่งที่น่าประทับใจอย่างยิ่งคือ วัสดุชนิดนี้สามารถคงความทนทานได้นานหลายปี แม้จะต้องเผชิญกับแสงแดดและอุณหภูมิสุดขั้วตั้งแต่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งจนถึงสูงกว่าจุดเดือด

การป้องกันเชิงเสียสละที่เกิดจากสังกะสีในโลหะผสม

เนื้อสังกะสีที่มีปริมาณ 43.4% ช่วยให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าการป้องกันแบบแคโทดิก (cathodic protection) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในจุดที่เสี่ยงต่อการถูกตัดหรือเกิดความเสียหายบนผิววัสดุ บางครั้งเหล็กจะถูกเปิดเผยออกมา และเมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น สังกะสีมักจะออกซิไดซ์ก่อนเสมอ ซึ่งหมายความว่าชั้นป้องกันประมาณ 0.05 มม. จะถูกกัดกร่อนไปทุกปี เมื่อเทียบกับการสูญเสียประมาณ 0.2 มม. ต่อปีที่พบได้ในเคลือบเหล็กชุบสังกะสีทั่วไป ที่จริงแล้วมีกลไกป้องกันสองชั้นที่ทำงานร่วมกัน ได้แก่ การป้องกันแบบชั้นกั้นและการป้องกันแบบพลีชีพ ซึ่งช่วยอธิบายได้ว่าทำไมขดลวดเหล็กกาลวาลูมจึงมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเหล็กชุบสังกะสีทั่วไปโดยเฉลี่ยประมาณ 2 ถึง 4 เท่า ในการทดสอบพ่นหมอกเกลือแบบเร่งความเร็วตามมาตรฐาน ASTM B117

กลไกความทนทานระยะยาวของขดลวดเหล็กกาลวาลูม

การต้านทานการกัดกร่อนแบบซินเนอร์จีจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอลูมิเนียมกับสังกะสี

สิ่งที่ทำให้คอยล์เหล็กกาลวาลูมโดดเด่นคืออายุการใช้งานที่ยืนยาวกว่าเหล็กทั่วไปมาก ความลับอยู่ที่ชั้นป้องกันพิเศษ: อลูมิเนียมทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันความชื้น ในขณะที่สังกะสีมีคุณสมบัติพิเศษที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้เมื่อเกิดความเสียหาย ประมาณครึ่งหนึ่งของวัสดุนี้เป็นอลูมิเนียม ซึ่งสร้างชั้นออกไซด์ที่ทนทานและป้องกันไม่ให้น้ำซึมผ่าน เมื่อผิวหน้าถูกขีดข่วนหรือเสียหาย สังกะสีจะเป็นตัวรับความเสียหายก่อนที่เหล็กจะได้รับผลกระทบ ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่า คอยล์ชนิดนี้สามารถใช้งานได้นานกว่าเหล็กชุบสังกะสีทั่วไป 2 ถึง 4 เท่าภายใต้สภาวะที่รุนแรง เช่น การสัมผัสกับน้ำเค็ม สำหรับอาคารที่ตั้งอยู่ใกล้ชายฝั่งหรือพื้นที่อุตสาหกรรม สิ่งนี้หมายถึงการเปลี่ยนใหม่และการบำรุงรักษาที่ลดลงในระยะยาว

บทบาทของธาตุโลหะผสมปริมาณน้อย (Si, Mn, Cr) ในการต้านทานการเกิดออกไซด์

ซิลิคอนประมาณ 1.6% ช่วยสร้างพันธะที่แข็งแรงระหว่างชั้นเคลือบกับเหล็กกล้าดิบด้านล่าง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อวัสดุต้องเผชิญกับการร้อนขึ้นและเย็นลงซ้ำๆ สำหรับแมงกานีสและโครเมียม สารทั้งสองนี้ก็ช่วยเสริมความเสถียรได้ดีมาก การทดสอบภายใต้สภาวะจริงพบว่า ปริมาณเล็กน้อยของสารเหล่านี้สามารถลดปัญหาออกซิเดชันลงได้ประมาณ 38% ในพื้นที่ที่มีความชื้นสูง ซึ่งเป็นสิ่งที่โลหะผสม Al-Zn ทั่วไปไม่สามารถทนทานได้ดีเท่ากัน นอกจากนี้ ผู้ผลิตส่วนใหญ่ระบุว่า ด้วยส่วนผสมพิเศษของสารเคมีนี้ สนิมแดงจะแทบไม่เกิดขึ้นเลยเป็นระยะเวลา 20 ถึง 35 ปี ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศต่างๆ จากการทดสอบภาคสนามที่เราสังเกตเห็นมาโดยตลอด

การก่อตัวของชั้นออกไซด์ป้องกันในสภาวะแวดล้อมที่แตกต่างกัน

ความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนของกาลวาลูม (Galvalume) เปลี่ยนแปลงตามกระบวนการแพสซิเวชันที่เหมาะสมกับแต่ละสภาพแวดล้อม:

• ในเขตภูมิอากาศแบบชายฝั่งทะเล: พัฒนาเป็นชั้นๆ ของอลูมิเนียมออกซีไฮดรอกไซด์ (AlO(OH)) ที่ทนต่อการซึมผ่านของคลอไรด์
• พื้นที่อุตสาหกรรม: สร้างสารประกอบซิงค์ซัลเฟตที่ทำให้สารประกอบกำมะถันเป็นกลาง
• เขตอากาศอบอุ่น: สร้างฟิล์มคาร์บอเนตของสังกะสีที่มีความคงตัวผ่านกระบวนการคาร์บอเนชันตามธรรมชาติ

ข้อมูลจากสนามจริงของการติดตั้งในอเมริกาเหนือแสดงให้เห็นว่าหลังจาก 17 ปี ในพื้นที่ชายฝั่งยังคงรักษาระดับความสมบูรณ์ของพื้นผิวได้ 97% ซึ่งดีกว่าเหล็กชุบสังกะสีที่เฉลี่ยเพียง 63% ส่งผลให้การป้องกันแบบปรับตัวนี้อธิบายได้ว่าทำไมผู้กำหนดสเปควัสดุทางสถาปัตยกรรม 78% จึงเริ่มให้ความชอบเหล็กคอยล์กาลวาลูม (Galvalume) สำหรับโครงการโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ ตามผลสำรวจวัสดุการก่อสร้างในปี 2023

ประสิทธิภาพจริงในงานประยุกต์ใช้งานบริเวณชายฝั่งและพื้นที่อุตสาหกรรม

อายุการใช้งานของเหล็กคอยล์กาลวาลูมในสภาพภูมิอากาศทางทะเลและพื้นที่ที่มีความเค็มสูง

ขดลวดเหล็กกล้าเคลือบแกลวาลูม (Galvalume) ทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงตามแนวชายฝั่ง ซึ่งอากาศเค็มและความชื้นอย่างต่อเนื่องกัดกร่อนวัสดุได้อย่างรุนแรง สิ่งที่ทำให้วัสดุนี้ทำงานได้ดีคือส่วนผสมพิเศษของอลูมิเนียมและสังกะสี ที่สร้างชั้นป้องกันอันแข็งแกร่งต่อไอออนคลอไรด์ที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน การทดสอบในห้องปฏิบัติการที่เร่งกระบวนการเสื่อมสภาพแสดงให้เห็นว่า Galvalume มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเหล็กชุบสังกะสีทั่วไปประมาณสามถึงห้าเท่า เมื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อมทางทะเลจำลอง จากการศึกษาโครงสร้างจริงที่สร้างใกล้ทะเล วิศวกรพบอัตราการสึกหรอของชั้นเคลือบต่ำกว่า 0.5 มิลลิเมตรต่อปี แม้หลังจากใช้งานมาแล้ว 15 ปีในพื้นที่ที่มีน้ำเค็มโจมตีพื้นผิวโลหะอย่างต่อเนื่อง

ความต้านทานต่อซัลเฟอร์และมลพิษในเขตอุตสาหกรรม

กาลวาลูมได้พิสูจน์ตัวเองในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น โรงงานอุตสาหกรรมการแปรรูปสารเคมี และพื้นที่อุตสาหกรรมที่มีความหนาแน่นสูง ด้วยชั้นเคลือบที่มีซิลิคอนเข้มข้นซึ่งสามารถต่อต้านมลพิษทางกรดได้อย่างมีประสิทธิภาพ การศึกษาวิจัยที่ดำเนินการรอบๆ สถานที่ปล่อยสารประกอบกำมะถันเผยให้เห็นข้อเท็จจริงที่น่าประทับใจอย่างมาก — อัตราการกัดกร่อนเกิดขึ้นเพียง 14% เมื่อเทียบกับเหล็กชุบสังกะสีทั่วไป เหตุผลคือวัสดุชนิดนี้สร้างชั้นป้องกันออกไซด์ของอลูมิเนียม ซึ่งทนต่อความเสียหายจากซัลไฟเดชันได้ดีกว่าในระยะยาว สำหรับผู้ที่ทำงานในโครงการก่อสร้างใกล้โรงงานอุตสาหกรรมหรือพื้นที่ที่มีการจราจรหนาแน่น ซึ่งคุณภาพอากาศมักลดลงต่ำกว่า 50 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตรของฝุ่นละออง กาลวาลูมจึงกลายเป็นทางเลือกที่ชัดเจนสำหรับงานติดตั้งหลังคาและระบบระบายอากาศ วัสดุนี้มีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าภายใต้สภาวะที่ยากลำบากเช่นนี้

ข้อมูลภาคสนาม: อัตราการเกิดสนิมเมื่อเทียบกับเหล็กที่ไม่มีชั้นเคลือบและเหล็กชุบสังกะสี

การทดสอบอิสระจาก 42 แห่ง เปิดเผยว่ากาลวาลูมมีข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพ:

ส่วนประกอบสังกะสีให้การป้องกันแบบพลีชีพเมื่อเกิดความเสียหายต่อชั้นเคลือบ ในขณะที่อลูมิเนียมยังคงให้การป้องกันแบบชั้นกั้นในบริเวณที่ยังสมบูรณ์

เปรียบเทียบประสิทธิภาพของ Galvalume กับเหล็กชุบสังกะสีและเหล็กเคลือบอลูมิเนียม

ความต้านทานการกัดกร่อน: ม้วนเหล็ก Galvalume เทียบกับเหล็กชุบสังกะสี

การทดสอบได้แสดงให้เห็นว่า ม้วนเหล็กกาลวาลูม (Galvalume) มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเหล็กชุบสังกะสีทั่วไปประมาณ 2 ถึง 4 เท่า เมื่อนำไปผ่านการทดสอบพ่นหมอกเกลือในห้องปฏิบัติการ (ตามมาตรฐาน ASTM B117 ปี ค.ศ. 2023) เหล็กชุบสังกะสีทั่วไปทำงานโดยใช้สังกะสีปกป้องโลหะด้านล่าง โดยสังกะสีจะกัดกร่อนก่อนเพื่อปกป้องเหล็ก ในขณะที่ Galvalume มีส่วนผสมพิเศษของอลูมิเนียมและสังกะสี ซึ่งสร้างชั้นป้องกันที่ทนทานต่อการซึมผ่านของน้ำได้ดีกว่ามาก เมื่อพิจารณาจากสภาพแวดล้อมจริงบริเวณชายฝั่ง ความแตกต่างนี้ยิ่งชัดเจนขึ้น Galvalume โดยทั่วไปสามารถคงสภาพได้นานประมาณ 25 ถึง 40 ปี ก่อนเริ่มแสดงอาการเสื่อมอย่างรุนแรง ในขณะที่เหล็กชุบสังกะสีธรรมดาเริ่มเสื่อมสภาพหลังจากเพียง 12 ถึง 18 ปีภายใต้สภาวะคล้ายกันตามแนวชายฝั่ง

การสะท้อนความร้อนและการเสื่อมสภาพจากสภาพอากาศ: Galvalume เทียบกับเหล็กเคลือบอลูมิเนียม

กาลวาลูมสามารถสะท้อนรังสีจากดวงอาทิตย์ได้ประมาณ 80% ซึ่งดีกว่าเหล็กเคลือบอลูมิเนียมที่สะท้อนได้เพียง 65% ความแตกต่างนี้ส่งผลอย่างชัดเจนต่ออุณหภูมิผิว โดยลดลงได้ราว 14 องศาฟาเรนไฮต์ (หรือประมาณ 8 องศาเซลเซียส) ในช่วงวันฤดูร้อนที่แสงแดดจัดจ้า ตามผลการทดสอบทางความร้อนหลายครั้งที่เราพบ อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึงระดับรุนแรงเกิน 750 องศาฟาเรนไฮต์ เหล็กเคลือบด้วยอลูมิเนียมมักจะทนทานกว่า ในอุณหภูมิสุดขีดนี้ ส่วนผสมของสังกะสีในกาลวาลูมจะเริ่มเสื่อมสภาพจากการเกิดออกซิเดชัน แต่เมื่อพิจารณาความทนทานในระยะยาว ทั้งสองวัสดุต่างก็มีความแข็งแกร่งค่อนข้างดีตลอดเวลา หลังจากถูกทิ้งไว้กลางอากาศตามธรรมชาติเป็นเวลานาน 15 ปี ในส่วนใหญ่ของประเทศ วัสดุทั้งสองชนิดไม่แสดงอาการสึกหรออย่างมีนัยสำคัญ และยังคงอยู่ภายใต้เกณฑ์การเสื่อมสภาพไม่เกิน 5% ตามมาตรฐาน ISO 9227 สำหรับการทดสอบความต้านทานการกัดกร่อน

ต้นทุนรวมตลอดอายุการใช้งานและอายุการใช้งานตามประเภทเคลือบ

การจำลองต้นทุนตลอดอายุการใช้งานแสดงให้เห็นว่า Galvalume มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าระบบเคลือบด้วยอลูมิเนียม 23% ในการประยุกต์ใช้งานหลังคา (ระยะเวลานาน 40 ปี)

เมื่อเหล็กชุบสังกะสีอาจมีประสิทธิภาพเหนือกว่าแกลวาลูม: การทำความเข้าใจความขัดแย้งนี้

เหล็กชุบสังกะสีแสดงความต้านทานได้ดีกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีซัลไฟด์สูง (เช่น โรงงานบำบัดน้ำเสีย หรือโรงโม่เยื่อกระดาษ) เนื่องจากอลูมิเนียมจะเกิดเป็นซัลไฟด์ที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน การศึกษาในปี 2024 ที่โรงกลั่นแห่งหนึ่งพบอัตราการกัดกร่อนของเหล็กชุบสังกะสีที่ 0.12 มม./ปี เทียบกับ 0.28 มม. สำหรับแกลวาลูมในบรรยากาศที่มีกำมะถันสูง นอกจากนี้ การป้องกันแบบแคโทดิกของสังกะสียังช่วยลดการกัดกร่อนบริเวณขอบตัดได้ดีกว่าในชิ้นส่วนประกอบที่ยึดด้วยวิธีทางกล โดยไม่จำเป็นต้องใช้ซีลแลนต์

ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนในการใช้งานแกลวาลูม

ความหนาของชั้นเคลือบและผลกระทบต่ออายุการใช้งาน

ความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนของขดลวดเหล็กกาลวาลูมขึ้นอยู่กับความหนาของชั้นเคลือบเป็นหลัก การวิจัยจากผลการทดสอบอุตสาหกรรมระบุว่า เมื่อเหล็กกาลวาลูมมีชั้นเคลือบที่หนากว่า 35 ไมครอน จะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเหล็กชุบสังกะสีทั่วไปที่มีชั้นเคลือบหน้อยกว่า 20 ไมครอน อย่างมากในพื้นที่ใกล้ชายฝั่ง ตามมาตรฐาน ASTM ปี 2022 เมื่อพิจารณาชั้นเคลือบที่หนายิ่งขึ้นในช่วง 45 ถึง 55 ไมครอน ชั้นเหล่านี้สามารถทำให้วัสดุมีอายุการใช้งานเกินกว่า 50 ปีในพื้นที่ที่มีสภาพอากาศเฉลี่ย เนื่องจากชั้นที่หนาขึ้นจะสร้างเกราะป้องกันที่แน่นหนามากขึ้น ซึ่งมีปริมาณอลูมิเนียมสูง ทำหน้าที่ป้องกันไอออนคลอไรด์ที่เป็นอันตรายและหยุดความชื้นไม่ให้ซึมผ่านพื้นผิว

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการเตรียมพื้นผิวและการยึดเกาะของชั้นเคลือบ

การเตรียมพื้นผิวอย่างเหมาะสมสามารถเพิ่มการยึดเกาะของชั้นเคลือบได้ถึง 300% เมื่อเทียบกับเหล็กที่ไม่ได้ผ่านการบำบัด (SSPC-SP 1 2021) ขั้นตอนสำคัญ ได้แก่:

• การฟอสเฟตเพื่อสร้างลวดลายยึดเกาะขนาดเล็กในระดับไมโคร
• การทำความสะอาดด้วยสารเคมีเพื่อขจัดคราบออกไซด์และสิ่งสกปรกจากการผลิต
• การพาสซิเวชันที่ควบคุมได้ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการยึดติดระหว่างอลูมิเนียมกับสังกะสี
  การเตรียมพื้นผิวที่ไม่เพียงพอเป็นสาเหตุของความล้มเหลวของชั้นเคลือบก่อนกำหนดถึง 73% ทำให้สารก่อการกัดกร่อนสามารถซึมผ่านเข้าสู่ผิววัสดุได้

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม: ความชื้น เกลือ และมลพิษทางอากาศ

สมรรถนะของกาลวาลูมแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละสภาพแวดล้อม:

ข้อมูลภาคสนามจากติดตั้ง 4,000 รายการแสดงให้เห็นว่า ความชื้นที่สูงกว่า 70% จะเร่งการสูญเสียสังกะสีถึง 40% ในขณะที่สารประกอบกำมะถันในอุตสาหกรรมก่อให้เกิดรูเล็กจุลภาคในชั้นที่มีอลูมิเนียมสูง (การศึกษาภาคสนาม NACE 2020)

คำถามที่พบบ่อย

องค์ประกอบอะไรบ้างที่ประกอบกันเป็นคอยล์เหล็กกาลวาลูม?

คอยล์เหล็กกาลวาลูม ประกอบด้วยอลูมิเนียม 55%, สังกะสี 43.4% และซิลิคอน 1.6%

กาลวาลูมต้านทานการกัดกร่อนอย่างไร?

กาลวาลูมต้านทานการกัดกร่อนโดยอาศัยการป้องกันแบบชั้นกั้นจากอลูมิเนียมและการป้องกันเชิงประจุจากสังกะสี

อายุการใช้งานของคอยล์เหล็กกาลวาลูมในสภาพแวดล้อมทางทะเลคือเท่าใด

ในสภาพแวดล้อมทางทะเล คอยล์เหล็กกาลวาลูมโดยทั่วไปมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเหล็กชุบสังกะสีธรรมดาถึงสามถึงห้าเท่า

เหล็กกาลวาลูมเปรียบเทียบกับเหล็กชุบสังกะสีอย่างไร

เหล็กกาลวาลูมทนต่อการกัดกร่อนได้นานกว่าเหล็กชุบสังกะสีทั่วไป 2 ถึง 4 เท่าในการทดสอบพ่นเกลือ เนื่องจากมีชั้นเคลือบที่ประกอบด้วยอลูมิเนียมและสังกะสี