การวิเคราะห์เชิงเพื่อติดตามที่มาของความคลาดเคลื่อนและควบคุมความแม่นยำในการทดสอบหมอกเกลือ

การทดสอบการกัดกร่อนด้วยหมอกเกลือ (Salt-spray corrosion testing) เป็นหนึ่งในวิธีการเร่งปฏิกิริยากัดกร่อนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและรวดเร็วที่สุดสำหรับการประเมินความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุและเคลือบป้องกันต่างๆ ภายในห้องทดสอบ สารละลายเกลือจะถูกพ่นให้กลายเป็นหมอกละเอียดโดยใช้อากาศอัดภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความชื้นที่ควบคุมได้ ทำให้เกิดการสัมผัสระหว่างสารกัดกร่อนกับพื้นผิวโลหะอย่างเต็มที่ ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างรูปแบบการกัดกร่อนและอัตราการสูญเสียมวลได้ในเวลาอันสั้น โดยแบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่ หมอกเกลือเป็นกลาง (NSS) หมอกเกลืออะซิเตต (AASS) และหมอกเกลืออะซิเตตแบบเร่งด้วยทองแดง (CASS) เพื่อใช้กับการเคลือบทั่วไป โครเมียมตกแต่ง และระบบเคลือบหลายชั้น Cu–Ni–Cr ตามลำดับ แม้ขั้นตอนการทดสอบจะดูไม่ซับซ้อน “พ่น–รวมตัวอย่าง–อบแห้ง–สังเกต” แต่ผลการเปรียบเทียบห้องปฏิบัติการทั่วโลกพบว่า อัตราการสูญเสียมวลและเวลาที่เกิดสนิมครั้งแรกของตัวอย่างเดียวกันอาจแตกต่างกันมากกว่า 30 % ระหว่างห้องปฏิบัติการ เครื่องทดสอบ หรือแม้แต่กะต่างๆ ความคลาดเคลื่อนเหล่านี้ไม่ได้เกิดจากความบังเอิญ แต่เป็นความคลาดเคลื่อนเชิงระบบที่เกิดจากทุกขั้นตอน “คน–เครื่อง–วัสดุ–วิธี–สิ่งแวดล้อม” การวิเคราะห์ต่อไปนี้จะชี้ให้เห็นตัวแปรสำคัญและให้แนวทางเทคนิคเพื่อสร้างข้อมูลการทดสอบหมอกเกลือที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับ ทำซ้ำได้ และมีความน่าเชื่อถือ

ความไม่แน่นอนจากสภาพตัวอย่างเอง
1.1 ความเค้นจากการแปรรูปและลักษณะพื้นผิว
ความเค้นตกค้างจากการกลึง ปั๊ม หรือขัด จะลดศักย์ผ่านขั้วที่กำหนดได้ชัดเจน สำหรับเหล็กเกรดเดียวกัน พื้นผิวที่ขัดแบบเปียกและแห้งอาจมีเวลาเกิดสนิมต่างกัน 2–3 เท่า ISO 9227 กำหนดให้ขอบตัวอย่างต้องถูกปัดมนหรือปิดเพื่อป้องกันการกัดกร่อนเร็วบริเวณที่แหลมคม
1.2 สนิมหรือฟิล์มปนเปื้อนเดิม
ฟิล์มความชื้นบางๆ ที่เกิดขึ้นบนเหล็กขณะจัดเก็บจะทำหน้าที่เป็นแคโทด เร่งการละลายของโลหะรอบข้าง ในทางตรงกันข้าม คราบน้ำมันตัดเทิร์นอาจขัดขวางการดีโพลาไรซ์ของออกซิเจนบนอลูมิเนียม ทำให้การกัดกร่อนช้าลง ทั้งสองกรณีทำให้จุดเริ่มต้นการทดสอบไม่เท่ากัน
1.3 มุมวางและปฏิกิริยาแกัลไวน์
VDA 233-102 ระบุว่า การวางเอียง 15°–30° จะได้ปริมาณหมอกสะสมสูงสุด หากวางขนานกับทิศทางการตกของหมอก หยดน้ำจะไหลออกไป ความเข้มข้น Cl⁻ ต่ำลง อัตราการกัดกร่อนลด 15–20 % เมื่อโลหะต่างชนิดถูกยึดด้วยคลิปเดียวกัน ความต่างศักย์ 0.6 V อาจเกิดขึ้น ทำให้กระแสแกัลไวน์สูงกว่าการกัดกร่อนอิสระมาก ผลจึงไม่สะท้อนความต้านทานจริงของวัสดุ
การเบี่ยงเบนของพารามิเตอร์สภาพแวดล้อม
2.1 อัตราการตกของหมอกเกลือ
มาตรฐานกำหนด 1.5 ± 0.5 มล./ชม. ต่อตัวเก็บ 80 ซม.² รูปกรวย การสึกของรูหัวพ่น 0.1 มม. น้ำมันในอากาศอัด หรือความดันแกว่ง 0.02 MPa จะทำให้อัตราตกเบี่ยงเบน เมื่ออัตราตกสูงถึง 2.2 มล./ชม. การสูญเสียมวลของเหล็ก Q235 เพิ่ม 28 %
2.2 ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ
IEC 60068-2-11 กำหนด 35 ± 2 °C ทั้งห้อง หากการวางฮีตเตอร์ไม่ดี ความต่างอุณหภูมิระหว่างหลังคาและพื้นอาจถึง 4 °C ทุก 1 °C ที่สูงขึ้นจะเพิ่มสัมประสิทธิ์การแพร่ของคลอไรด์ ~3 % และกระแสการละลายอโนด 6–8 % ขยายผลลัพธ์แบบเอกซ์โพเนนเชียล
2.3 ความชื้นและการระเหยซ้ำ
หลังพ่น ความชื้นสัมพัทธ์ต้อง ≥95 % เพื่อรักษาฟิล์มอิเล็กโทรไลต์ต่อเนื่อง หากแก๊สเก็ตแก่ อากาศข้างนอกรั่วเข้า เกิดวงจรเปียก–แห้ง ฟิล์มผลิตภัณฑ์กัดกร่อนแตกซ้ำ การสูญเสียมวลสูงกว่าความชื้นคงที่ >40 %
2.4 ค่า pH และสิ่งปนเปื้อนในสารละลาย
NSS ต้องมี pH 6.5–7.2 หากเก็บในถังสแตนเลสธรรมดา Fe³⁺ Cr³⁺ ละลายทำ pH ตกถึง 6.0 การกระทำร่วมของ Cl⁻ และ H⁺ ลดศักย์จุดกัด ~50 mV หากใช้น้ำประปาผสม Ca²⁺ Mg²⁺ ตกผลึกที่หัวพ่น ปริมาณหมอกลด 10 % และเกลือแข็งพ่นผิวทำ Ra เพิ่ม 0.2 µm เร่งการกัดกร่อนเพิ่ม
ความชราของฮาร์ดแวร์และอุปกรณ์เสริม
3.1 เรขาคณิตของหัวพ่น
หลัง 1 000 ชม. ความรีของหัวพ่นเซรามิกอาจจาก 0 % เป็น 5 % เส้นผ่านศูนย์กลางหยด D50 เพิ่มจาก 5 µm เป็น 8 µm หยดใหญ่ตกมากบนชั้นบน เกิดเกรเดียนต์การกัด “บนมาก ล่างน้อย”
3.2 ประสิทธิภาพคอลัมน์อิ่มตัว (bubble tower)
อากาศต้องอิ่มตัว 100 % RH ที่ 45 °C หากฟิลเตอร์อุด ขนาดฟองใหญ่ พื้นที่ถ่ายเทมวลลด อากาศออกมา 80 % RH การระเหยแฟลชในหัวพ่นทำอุณหภูมิตก ~3 °C เกลือตกผลึก อุดรู อัตราตกลด 25 %
3.3 ความคลาดเคลื่อนของเครื่องมือเก็บตัวอย่าง
กรวยแก้วธรรมดา (หนา 1.5 มม.) ดูดหยดคืน 4–6 % หากใช้กรวยพลาสติกเคลือบซิลิโคน ประสิทธิภาพเพิ่ม ~3 % การอ่านหลอดแก้ด หากสายตาไม่ขนาน คลาดเคลื่อน 0.1 มล. เท่ากับ 6–7 % ของปริมาณเป้าหมาย
3.4 ห่วงโซ่การสอบเทียบขาด
เซ็นเซอร์ T/RH ไม่ได้สอบเทียบตาม JJF 1076 ความเบี่ยง 0.5 °C 2 %RH เกินความอนุโลม การเดินศูนย์เซ็นเซอร์ความดัน 1 kPa ทำปริมาณหมอกเปลี่ยน 6 % ขาดฉลากสอบเทียบ ทำให้ใช้ “ค่าแก้ประสบการณ์” ข้อมูลกระจายตัวมาก
ปัจจัยมนุษย์และข้อบกพร่องขั้นตอน
4.1 การเตรียมและเปลี่ยนสารละลาย
GB/T 10125 กำหนด 50 ± 5 g L⁻¹ NaCl ใช้ตาชั่งธรรมดา 0.1 g ชั่ง 5 L คลาด ±1 g = ±2 % หลังพ่น 48 ชม. ความเข้มข้นใน sump อาจถึง 65 g L⁻¹ หากยังใช้ต่อ อัตรากัดเพิ่ม 12 %
4.2 การทำความสะอาดและปิดบังตัวอย่าง
ลายนิ้วมือทิ้งฟิล์มไขมัน 0.5–1 µm เพิ่มมุมสัมผัส 20° เลื่อนเวลาสนิม ~2 ชม. ถุงมือยางมีคลอไรด์ทิ้ง Cl⁻ กระตุ้นรู
4.3 วงจรพ่นและการสุ่มกลางคัน
บางห้องใช้ “พ่น 2 ชม.–แห้ง 1 ชม.” เพื่อลดเวลา ขณะแห้ง อัตราการแพร่ของออกซิเจนสูงขึ้น 2 เด้ง กระแสกัดสูงสุดเป็น 1.8 เท่า ผลไม่เทียบเท่าการพ่นต่อเนื่อง
4.4 การอ่านค่าและปัดเศษ
นับรอยสนิมด้วยกล้อง 5× แทน 10× จะไม่เห็นรู <0.3 มม. เกรดสูงกว่า 0.5 ระดับ หากไม่กำจัดผลิตภัณฑ์กัดตาม ISO 8407 สนิมค้างทำให้ค่าเสียหายสูงกว่า 3–5 %
ความเปรียบเทียบระยะยาวและการตรวจสอบภาคสนาม
5.1 คูปองอ้างอิง (ควบคุมคุณภาพ)
ใส่แผ่น Zn 99.9 % (หรือ CR4) สองแผ่นในทุกล็อต การสูญเสียมวลต้องอยู่ใน ±2σ ของค่าเฉลี่ยประวัติ หากเกิน หยุดเครื่องและสืบสาเหตุ แผนภูมิ Shewhart 30 ล็อตติดต่อกันแยกความเบี่ยงระบบกับสุ่ม
5.2 ความสัมพันธ์กับการเปิดอากาศ
ข้อมูลหมอกเกลือเร่งต้องเชื่อมกับการเปิดอากาศภายนอก วิธี “K-factor” ของ ASTM G50 ระบุ 24 ชม. CASS สำหรับ Q235 เทียบเท่า 1 ปีที่ชิงเต่า หากห้องมีอัตราตกสูงจน K ลด 20 % จะเกิดความเสี่ยง “ผ่านในห้องแต่รั่วในสนาม”
5.3 การตรวจสอบย้อนกลับของข้อมูล
LIMS บันทึกหมายเลขล็อตสารละลาย ใบสอบเทียบเซ็นเซอร์ แผนผังการแปรรูปตัวอย่าง เส้นโค้งตรวจสอบสภาพแวดล้อม ทำให้ “กดปุ่มเดียวตรวจสอบได้” เมื่อลูกค้าขอตรวจสอบ สามารถเรียกคืนกระบวนการทดสอบได้ภายใน 30 นาที ลดต้นทุนข้อพิพาท
ความคลาดเคลื่อนในการทดสอบหมอกเกลือมักไม่ได้เกิดจากความผิดปกติเพียงจุดเดียว แต่เป็นผลรวมของความเบี่ยงเบนหลายปัจจัยที่ทับซ้อนกัน ห้องปฏิบัติการที่ต้องการข้อมูลการกัดกร่อนที่ทำซ้ำได้ เปรียบเทียบได้ และขยายผลได้ ต้องแปลง “ข้อกำหนดมาตรฐาน” ให้เป็น “แผนควบคุม” ใช้คูปองอ้างอิงเป็นเส้นแดง ติดตามค่าอัตราตก อุณหภูมิ pH และประสิทธิภาพการเก็บตัวอย่างแบบเรียลไทม์ ฝึกอบรมและอนุญาตบุคลากรตาม SOP ที่เข้มงวดครอบคลุมการเตรียมสารละลาย การปิดบังตัวอย่าง และเกณฑ์การให้คะแนน พร้อมใช้การสอบเทียบเชิงเมตรวลและการตรวจระหว่างครั้งเพื่อรักษาเซ็นเซอร์ หลอดแก้ว และตาชั่งให้อยู่ในสภาพควบคุมตลอดเวลา เพียงเท่านี้ การทดสอบหมอกเกลือจะก้าวจาก “เชิงประสบการณ์” สู่ “เชิงตัวเลข” สามารถสนับสนุนการพัฒนาวัสดุ ปรับปรุงกระบวนการ และอนุญัติคุณภาพได้อย่างยั่งยืนและเชื่อถือได้ในตลาด