การพิสูจน์หาคราบสนิมบนพื้นผิว

ขั้วแอโนด (anode)

เมื่อน้ำหรือความชื้นสัมผัสกับเหล็ก เหล็กจะเกิดการจ่ายอิเล็กตรอน ดังสมการ

Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e

ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าในขั้วแอโนดนี้ เหล็กจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation) จ่ายอิเล็กตรอนออกไป ทำให้ เหล็กในสถานะที่เป็นของแข็งเปลี่ยนสภาพผุพังไปเป็นไอออนหรือเป็นสารประกอบออกไซด์

ขั้วแคโทด (cathode)

เกิดการรับอิเล็กตรอนของน้ำและอากาศจนเกิดเป็นไฮดรอกไซด์ไอออนขึ้น ดังสมการ

2O2(g) + 4H2O(l) + 8e – → 8OH- (aq)

ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าในขั้วแคโทดนี้ เป็นการเกิดปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction) โดยน้ำและออกซิเจนในอากาศรับ อิเล็กตรอน ให้ผลิตภัณฑ์เป็นไฮดรอกไซด์ไอออน หลังจากนั้นผลิตภัณฑ์จากขั้วแอโนดและขั้วแคโทด ได้แก่ ไฮดรอกไซด์และเหล็กไอออน จะรวมกันเกิดเป็นสนิม เหล็ก สรุปได้ว่าสนิมจะเกิดขึ้นเมื่อเหล็กหรือโลหะสัมผัสกับอากาศร่วมกับความชื้น ดังสมการ

4Fe2+(aq) + 8OH- (aq) → 4Fe(OH)2(s)

4Fe(OH)2(s) + O2(g) → 2Fe2O3⸱2H2O(s) (สนิมเหล็ก) + H2O(l)

เครื่องมือและหลักการที่ใช้วิเคราะห์

          การที่ชิ้นงานหรือวัสดุต่างๆเปลี่ยนสภาพหรือเสื่อมสภาพลงจากปัจจัยแวดล้อม ทั้งภาวะแวดล้อมและ
การใช้งาน ส่วนหนึ่งเกิดจากปัจจัยหลักที่สามารถพบเจอได้ คือ การกัดกร่อนที่สร้างความเสียหายทั้งรูปลักษณ์
และโครงสร้างทางกายภาพที่กร่อนสลาย โดยเครื่องมือวิเคราะห์พื้นผิว X-ray Photoelectron
Spectroscopy หรือ XPS เป็นการวิเคราะห์และศึกษาคุณสมบัติบริเวณพื้นผิวของวัสดุที่ความลึกระดับ 3 ถึง
10 นาโนเมตร โดยอาศัยหลักการจากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริค (Photoelectric effect) โดยการฉายรังสี
เอกซ์ลงบนพื้นผิวของวัสดุหรือตัวอย่าง หากค่าพลังงานของรังสีเอกซ์มากกว่าค่าพลังงานยึดเหนี่ยว (binding
energy: BE) ของอิเล็กตรอนในอะตอมที่เป็นองค์ประกอบของตัวอย่าง อิเล็กตรอนจะถูกกระตุ้นให้หลุดออก
จากอะตอมและพื้นผิวของวัสดุ ซึ่งอิเล็กตรอนที่หลุดออกมานั้นเรียกว่า โฟโตอิเล็กตรอน (photoelectron)
เทคนิคนี้สามารถระบุได้ทั้งชนิดและปริมาณของธาตุ รวมถึงระบุสถานะทางเคมีของธาตุที่เป็นองค์ประกอบ
บริเวณพื้นผิวของวัสดุได้ซึ่งเป็นการทดสอบเพื่อพิสูจน์หาสารปนเปื้อนบนพื้นผิววัสดุหรือประเมิน
ความสามารถในการต้านการกัดกร่อนของการทำผิวเคลือบบนวัสดุต่างๆ เช่น การเคลือบด้วยสี หรือการ
เคลือบด้วยกรรมวิธีทางเคมี–ไฟฟ้า ที่ใช้งานแพร่หลาย เช่น ซิงค์นิกเกิล โครเมียม เป็นต้น โดยผลการทดสอบ
หาคราบสนิมบนพื้นผิวของวัสดุด้วยเทคนิค XPS ที่วิเคราะห์ได้จะเป็นสเปกตรัมแบบ survey scan และ
region scan พร้อมทั้งบอกปริมาณของธาตุที่ตรวจพบ ดังภาพที่ 1 และ 2 ตามลำดับ โดยสเปกตรัมของ XPS
นั้นจะวัดปริมาณของความเข้ม (peak intensity) และตำแหน่ง (peak position) ซึ่งความเข้มจะบอกถึง
ปริมาณของวัสดุที่อยู่บนพื้นผิว ในขณะที่ตำแหน่งจะบ่งบอกถึงองค์ประกอบของธาตุและสถานะทางเคมีซึ่ง
จากผลการวิเคราะห์พบว่าปรากฎพีคของสนิมเหล็กอยู่ในรูปของ Fe2O3 คิดเป็นเปอร์เซ็นต์ของจำนวนอะตอม
เท่ากับ 26.50% จากเหล็ก (Fe 2p) ที่มีอยู่บริเวณพื้นผิวตัวอย่าง