ชุบโครเมี่ยม

          ชุบโครเมี่ยม หรือเรียกอีกชื่อว่า “การชุบโครม” คือ การชุบเงาบนผิวโลหะ หรือ พลาสติก ด้วยโครเมี่ยมในกระบวนการวิธีการชุบโดยใช้ไฟฟ้า ช่วยให้วัสดุที่ได้รับการชุบมีความเงาสวยงาม ป้องกันการถลอกจากการกัดกร่อนและการกระแทก นิยมใช้ในการชุบผิวบรรจุภัณฑ์เครื่องสำอาง ชิ้นส่วนรถยนต์ ล้อรถจักรยานยนต์ และเครื่องประดับตกแต่งอื่นๆ

          การชุบโครม ถูกใช้ในเชิงพาณิชย์ตั้งแต่ปี 2467 ในชิ้นส่วนตกแต่งและเครื่องประดับต่างๆ ซึ่งจะนิยมชุบเคลือบผิวด้วยความหนาประมาณ 0.25-0.8 ไมโครเมตร บนผิวนิเกิลซึ่งจะให้ประสิทธิภาพการทนต่อการกัดกร่อนดีมาก

          ส่วนใหญ่ในสมัยก่อน การชุบนิยมใช้สารละลายโครเมี่ยม 6 ประจุ ( Cr6+ , Hexavalent chromium ) และค่อยๆเปลี่ยนมาใช้สายละลายโครเมี่ยม 3 ประจุ ( Cr3+ , trivalent chromium ) ในช่วงสมัยหลังๆ

          บทความนี้จะอธิบายพื้นฐานการชุบโครเมี่ยม รวมถึงขั้นตอนและเทคนิคต่างๆให้มือใหม่และผู้ที่สนใจสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ อย่างละเอียด

รูปที่ 1 สิ่งของในชีวิตประจำวันที่ทำการชุบโครเมี่ยมบนผิว

พื้นฐานการชุบโครเมี่ยม

          การชุบโครมใช้กระบวนการพื้นฐานของการชุบด้วยไฟฟ้า ซึ่งเป็นการดึงประจุของโครเมี่ยมในสารละลายไปจับตัวที่พื้นผิวของชิ้นงานด้วยกระบวนการทางเคมี ซึ่งกระบวนการอย่างคร่าวๆสามารถดูได้จากวีดีโอด้านล่างนี้

วีดีโอที่ 1 แสดงขั้นตอนการชุบโครเมี่ยม

Credit : youtube.com/watch?v=iLgiTAz86Hw

ขั้นตอนการชุบโครเมี่ยมบนโลหะ

           การชุบโครมเมี่ยมบนพื้นผิวโลหะเริ่มจากการเตรียมผิวชิ้นงานและการทำความสะอาด หลังจากนั้น จำเป็นต้องมีการชุบทองแดงและนิเกิลก่อนการชุบโครเมี่ยมในขั้นตอนสุดท้าย

ขั้นตอนการเตรียมผิวชิ้นงาน

ผิวชิ้นงานได้แก่ โลหะ หรือ พลาสติก จะต้องทำการขัดและซ่อมแซมผิวให้เรียบที่สุดก่อนทำการชุบโครม เนื่องจากผิวที่มีรอยจะทำให้การงานชุบโครเมี่ยมในขั้นสุดท้ายไม่สวยงาม

การล้างทำความสะอาดพื้นผิวและคราบไขมันบนพื้นผิวชิ้นงาน ( cleaning and degreasing )

เพื่อชะล้างเศษซาก ทราย และคราบไขมันที่เกาะอยู่บนชิ้นงาน โดยทั่วไปมีขั้นตอนดังนี้

2.1 จุ่มชิ้นงานลงในบ่อชะล้างโซดาไฟ ( Caustic bath cleaning )

           ขั้นตอนนี้ใช้สารละลายโซดาไฟเพื่อชะล้างคราบไขมัน โดยให้ความร้อนโซดาไฟที่ อุณหภูมิประมาณ 60-70 องศาเซลเซียส ด้วย ฮีตเตอร์สแตนเลส หรือ ฮีตเตอร์ไทเทเนียม ใช้เวลาประมาณ 5-10 นาที หรือแล้วแต่ความเหมาะสมของชิ้นงานแต่ละชิ้น หลังจากน้ำทำการจุ่มล้างด้วยน้ำเปล่า

2.2 จุ่มชิ้นงานลงในบ่อล้างด้วยไฟฟ้า ( Anodic Electrocleaning )

           เหมาะกับชิ้นงานที่เป็นโลหะส่วนใหญ่ แต่ไม่นิยมใช้กับ ชิ้นงานพลาสติก และโลหะที่สามารถละลายในสารละลายอัลคาไลน์ได้ เช่น อลูมิเนียม โครเมี่ยม ดีบุก ตะกั่ว ทองแดง แมกนีเซียม และอื่นๆ

           ขั้นตอนนี้ใช้เพื่อทำความสะอาดสิ่งที่บ่อโซดาไฟไม่สามารถชะล้างออกได้ วิธีการทำคือการนำชิ้นงานมาต่อกับขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงเพื่อทำให้เป็นขั้วแอโนด และใช้แผ่นล่อหรือแผ่นโครเมี่ยมตะกั่วต่อกับขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟเพื่อทำให้เป็นขั้วแคโทด ส่วนสารละลายขึ้นอยู่กับชนิดของชิ้นงาน เช่น ไซยาไนด์ หรืออื่นๆ

การกัดเปิดผิวชิ้นงาน ( Etching surface )

          ในขั้นตอนการกัดเปิดผิวชิ้นงาน ( etching process ) ก่อนการชุบโครเมี่ยม มีวิธีและสาระลายที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทวัสดุของชิ้นงานที่ใช้ชุบโครม เช่น กรดซัลฟิวริก ( sulfuric acids ), กรดไฮโดรคลอริก ( hydrochloric ) , กรดไฮโดรฟลูออริก ( hydrofluoric ) ,  หรือ เฟอริกคลอไรด์ ( Ferric chloride ) เป็นต้น และใช้แอโนดชนิดตะกั่วดีบุกสำหรับทำขั้วแอโนด

          ทั้งนี้ชนิดสารละลาย ความเข้มข้นสารละลาย ปริมาณกระแสไฟฟ้า อุณหภูมิสารละลาย และ เวลาที่ใช้ ขึ้นอยู่กับชนิดและความเชี่ยวชาญของผู้ทำงานแต่ละคน ซึ่งผู้ขายสารเคมีส่วนใหญ่สามารถแนะนำให้ท่านได้

การชุบเตรียมผิวด้วยนิกเกิล ( Nickel Strike )

           เป็นการชุบชั้นแรกด้วยนิกเกิล ลงบนผิวชิ้นงานด้วยความหนาประมาณ 0.1 ไมโครเมตร เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะของการชุบผิวขั้นต่อไป

การชุบเตรียมผิวด้วยทองแดง ( Copper Strike )

          เป็นการชุบผิวด้วยทองแดง นิยมใช้สารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตที่อุณหภูมิห้อง ชุบด้วยกระแกสไฟฟ้าต่ำๆ เพื่อเคลือบผิวทองแดงประมาณ 0.1 ไมโครเมตร

การชุบทองแดงเงา ( Bright Copper )

          ขั้นตอนนี้เป็นบ่อที่นิยมใช้กรดเกลือทองแดง เช่น คอปเปอร์ซัลเฟต เป็นสารละลายหลักที่อุณหภูมิห้อง อาจผสมด้วย กรดซัลฟิวริกและสารละลายช่วยอื่นๆแล้วแต่เทคนิค ความหนาประมาณ 30 ไมโครเมตร เพื่อช่วยปิดผิวและรูเล็กๆบนผิวชิ้นงาน

การชุบนิเกิลเงา ( Bright Nickel )

          ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดของการเตรียมผิว ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สารละลายนิเกิลซัลเฟตซึ่งมีราคาสูง จึงทำให้ขั้นตอนนี้มีต้นทุนสูงที่สุด ต้องทำอุณหภูมิ 40-50 องศาเซลเซียสด้วย ฮีตเตอร์ทำความร้อน ใช้ไฟฟ้า 4-12 โวลต์แล้วแต่ลักษณะของชิ้นงาน

          นอกจากนี้สารละลายในบ่อชุบนิเกิลเงายังต้องการการบำรุงรักษาให้ ความเข้มข้นและระดับสารเคมีอยู่ในระดับทำงานตลอดเวลา ซึ่งต้องใช้ผู้ที่มีความชำนาญอย่างมาก เนื่องจากสารเคมีบ่อชุบนี้มีราคาแพง หากเกิดความเสียหายเกิดต้นทุนอย่างมหาศาล

การชุบโครเมี่ยม ( Chromium plating )

ในปัจจุบันนิยมใช้การชุบสองวิธี คือ Hexavalent chromium และ Trivalent chromium ซึ่งมีกระบวนการและสารเคมีที่ใช้แตกต่างกันเล็กน้อย โดยจะอธิบายอย่างละเอียดในหัวข้อถัดๆไป

ขั้นตอนการชุบโครเมี่ยมบนพลาสติก ABS

          การชุบโครมบนพลาสติก ABS สามารถทำได้เช่นกัน โดยตัวอย่างสิ่งที่เราเห็นบ่อยๆรอบตัว เช่น ชิ้นส่วนภายในรถยนต์ บรรจุภัณฑ์เครื่องสำอาง เครื่องประดับตกแต่ง โดยจะมีขั้นตอนที่แตกต่างจากการชุบโลหะเล็กน้อย

          สิ่งที่แตกต่างจากการชุบโครเมี่ยมบนผิวโลหะ คือ พลาสติก ABS ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ จึงจำเป็นต้องมีการชุบพลาสติกให้นำไฟฟ้าได้ก่อนด้วยปฎิกิริยาเคมี เราเรียกกระบวนการนี้ว่า conductive electroless process หลังจากนั้น จึงทำการชุบนิเกิลไม่ใช้ไฟฟ้า ( electroless Nickel ) และจึงทำการชุบเหมือนกับการชุบโครมบนผิวโลหะ

การเตรียมผิวพลาสติกสำหรับการชุบโครเมี่ยม

รูปที่ 2 แสดงการเปลี่ยนพื้นผิวพลาสติกให้สามารถนำไฟฟ้าได้

Credit : Plating on acrylonitrile–butadiene–styrene (ABS) plastic: a review : Sharon Olivera1•Handanahally Basavarajaiah Muralidhara1•Krishna Venkatesh1•Keshavanarayana Gopalakrishna1•Chinnaganahalli Suryaprakash Vivek

ขั้นตอนการเตรียมผิวชิ้นงาน

เตรียมผิวชิ้นงานพลาสติกด้วยการขัดและรอยต่อการฉีดพลาสติกก่อนการทำการชุบโครเมี่ยม เพื่อให้ผิวของชิ้นงานมีความสวยงาม

การแช่ล้างผิวด้วยสารละลายอัลคาไลน์ ( Soak Cleaning )

ทำความสะอาดผิวเพื่อทำการล้างผิวชิ้นงาน โดยใช้เวลาประมาณ 5-10 นาทีแล้วแต่ลักษณะชิ้นงาน

การซีลปิดผิว ( Sealing )

จุ่มปิดผิวชิ้นงานด้วยสารอะซิโตน ( acetone ) โดยใช้เวลาประมาณ 15 วินาที

การกัดเปิดผิวชิ้นงาน ( Surface etching )

เพื่อเปิดผิวชิ้นงานพลาสติก ABS โดยการจุ่มลงในสารละลายกรดโครมิก ( CrO3 ) และ กรดซัลฟิวริก ( H2SO4 ) โดยให้ความร้อนด้วยฮีตเตอร์หลอดแก้ว ที่อุณหภูมิประมาณ 60 องศาเซลเซียส โดยใช้เวลาประมาณ 20 นาที

ล้างโครเมี่ยมด้วยกรด ( Chromium reduction )

จุ่มลงในบ่อสารละลายกรดไฮโดรคลอริกความเข้มข้น 30% ( 30% HCl ) เพื่อลดโครมบนชิ้นงาน ประมาณ 10 นาที

ชุบเปลี่ยนผิวเพื่อให้โลหะยึดเกาะได้ ( Surface activation )

เมื่อพื้นผิวทำการเปิดรูด้วยกรดโครมิกแล้ว จึงทำการเปลี่ยนสภาพผิวเพื่อให้โลหะสามารถยึดเกาะกับผิวพลาสติก ABS ได้ โดยใช้สารละลาย PdCl4 ( tetrachloridopalladate ) และ SnCl4 ( tin tetrachloride ) โดยใช้เวลาประมาณ 4 นาที

การเร่งปฎิกิริยา ( Acceleration )

จุ่มลงในบ่อสารละลายกรดไฮโดรคลอริกความเข้มขน 30% ( 30% HCl ) ประมาณ 1 นาที เพื่อเร่งปฎิกิริยา

ชุบผิวด้วยนิเกิลไม่ใช้ไฟฟ้า ( Electroless Nickel plating )

การชุบผิวไม่ใช้ไฟฟ้า (ดูข้อมูลเพิ่มเติม) ด้วยนิเกิลเพื่อเตรียมผิว ซึ่งสารละลายและกระบวนการชุบขึ้นอยู่กับสารเคมีที่ใช้ ซึ่งขึ้นอยู่กับผู้ผลิตสารเคมีแต่ละที่ นิยมให้ความร้อนด้วยฮีตเตอร์หลอดแก้ว ให้สารละลายมีอุณหภูมิประมาณ 37 องศาเซลเซียส

การชุบผิวทองแดงด้วยไฟฟ้า ( Electrolytic Copper Plating )

เป็นการชุบด้วยไฟฟ้าชั้นแรกด้วยสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต ( CuSO4 ) กรดซัลฟิวริก ( H2SO4  ) และ กรดไฮโดรคลอลิก ( HCl) ที่อุณหภูมิห้อง โดยชุบให้มีความหนาประมาณ 30 ไมครอน ใช้กระแสไฟฟ้าประมาณ 1 แอมแปร์ โดยใช้เวลาประมาณ 5 นาที

การชุบผิวนิเกิลด้วยไฟฟ้า ( Electrolytic Nickel Plating )

ชุบเตรียมผิวขั้นสุดท้ายก่อนการชุบโครเมี่ยม ด้วย สายละลาย นิเกิลซัลเฟต ( NiSO4 ) นิเกิลคลอไรด์ ( NiCl2 ) + กรดบอริก ( H3BO3 ) และสารปรับปรุงคุณภาพอื่นๆ ใช้ฮีตเตอร์หลอดแก้วทำความร้อนสารละลายประมาณ 55-60 องศาเซลเซียส กระแสไฟฟ้าประมาณ 1 แอมแปร์ 2.5 โวลต์ ใช้เวลาประมาณ 30 นาที และใช้แอโนดชนิดตะกั่ว-ดีบุก

การชุบโครเมี่ยม

ใช้กระบวนการ Hexavalent chromium หรือ Trivalent chromium และแผ่นโครเมี่ยมแอโนด ที่อุณหภูมิ 40-45 องศาเซลเซียส เวลาประมาณ 1 นาที

กระบวนการชุบโครเมี่ยมด้วย Hexavalent chromium

          กระบวนการชุบโครม Hexavalent chromium หรือ hex-chrome Cr6+ เป็นการใช้ สารละลายโครเมี่ยมไตรออกไซด์ หรือเรียกโดนทั่วไปว่า โครมิกไฮไดร์ ( chromium trioxide or chromic anhydride ) เป็นสารประกอบหลัก ในกระบวนการชุบนั้น โดยใช้สารละลายแคทตาไลท์ซึ่งเป็นส่วนผสมของ โครเมี่ยมไตรออกไซด์ ( chromium trioxide ) และ กรดซัลฟิวริก ( sulfuric acid ) ซึ่งมีอัตราส่วนผสมระหว่าง 75:1 ถึง 250:1 โดยน้ำหนัก คุณภาพของงานชุบโครเมี่ยมขึ้นอยู่กับ อุณหภูมิของสารละลาย ปริมาณกระแสไฟฟ้า และส่วนผสมของสารละลาย

          การชุบโครมทั้งเพื่อให้ชิ้นงานสวยงาม หรือ เพื่อเพิ่มความแข็ง จำเป็นต้องใช้ฮีตเตอร์หลอดแก้วเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของสารละลายทั้งสิ้น

          โดยส่วนใหญ่การชุบโครเมี่ยมเพื่อความสวยงามชองชิ้นงานจะควบคุมให้อุณหภูมิอยู่ในช่วง 35-45 องศาเซลเซียส ส่วนสำหรับงานชุบฮาร์ดโครมเพื่อเพิ่มความแข็งจะใช้อุณหภูมิประมาณ 50-65 องศาเซลเซียส โดยการชุบโครมทั้งสองแบบต้องควบคุมอุณหภูมิให้คงที่อยู่ตลอดเวลา

ตารางแสดงข้อมูลแต่ละชนิดของการชุบโครเมี่ยมแบบ Hexavalent Chromium
ชนิดSingle-CatalystDual-CatalystTriple-CatalystSRHS
สารละลาย CatalystSulfateSulfate-FluorideSulfate-Fluoride-OrganicSulfate-Organic regulator
คุณสมบัติควบคุมการชุบได้ง่ายเนื่องจากทนต่อการปนเปือนของสารเคมีการยึดเกาะของชั้นโครเมี่ยมดีเยี่ยมประสิทธิภาพการชุบโครมดี นิยมใช้อย่างแพร่หลายการเปลี่ยนแปลงของซัลเฟตเกิดผลต่อประสิทธิภาพน้อยกว่าแบบอื่น
ความเข้มข้นของ CrO3
(กรัม/ลิตร)
450-500180-400250240
อัตราส่วน CrO3 : H2SO4100:1200-300:1160-170:1260-270:1
ประสิทธิภาพแคโทด (เปอร์เซนต์)812-1820-2515
อุณหภูมิ (องศาเซลเซียส)3737-404040-45
ความหนาแน่นของกระแส (แอมแปร์ต่อตารางฟุต)80-102100-15090-150110-160
ส่วนผสมของออกไซด์ (กรัมต่อลิตร)<2210-20<12<12

ตารางที่ 1 ข้อมูลแต่ละชนิดของการชุบโครเมี่ยมแบบ Hexavalent Chromium

Credit : https://www.pfonline.com/articles/chromium-plating(2)

         กระบวนการชุบโครมด้วย Dual-Catalyst ซึ่งมี sulfate/fluoride เป็นสารละลายแคทตาไลท์เป็นกระบวนการที่ใช้มากที่สุดในปัจจุบัน การผสมสาระละลายอื่นเข้าไปสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการชุบโครเมี่ยม ( cathode efficiency ) ได้ ในระยะหลังกระบวนการชุบโครเมี่ยมด้วย Triple-Catalyst เริ่มมีการใช้งานมากขึ้นเรื่อย ซึ่งมีระบบการชุบเหมือน Dual-Catalyst แต่ให้ประสิทธิภาพดีกว่า กระบวนการ Triple-Catalyst ต้องการการควบคุมความเข้มข้นของสารละลายให้เหมาะสมตลอดเวลา

          กระบวนการชุบโครมด้วย Hexavalent chromium เป็นการชุบที่ความหนาของชั้นโครเมี่ยมขึ้นอยู่กับระยะเวลาในการชุบซึ่งต้องคำนวณอย่างดีจากประสิทธิภาพของแคโทด ( cathode efficiency ) ซึ่งมีปัจจัยต่างๆดังนี้

ชนิดของอิเล็กโทรไลท์

จากตารางแสดงชนิดของ Hexavalent chromium แสดงให้เห็นว่า อิเล็กโทรไลท์ประเภท Triple-Catalyst ให้ประสิทธิภาพแคโทดมากกว่าอิเล็กโทรไลท์ประเภทอื่น จึงทำให้เป็นที่นิยมมากขึ้นเรื่อยๆ

ความเข้มข้นของสารละลาย

ประสิทธิภาพแคโทดนั้นเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของโครเมี่ยมไตรออกไซด์ และมีประสิทธิภาพดีที่สุดที่ 250 กรัมต่อลิตร

ซึ่งหากมีความเข้มข้นมากกว่า 250 กรัมต่อลิตร จะทำให้ประสิทธิภาพแคโทดลดลง แต่อย่างไรก็ตามความเข้มขึ้นที่มากขึ้นนั้น สามารถทำการควบคุมได้ง่ายกว่า และการปนเปื้อนส่งผลต่อคุณภาพชิ้นงานน้อยกว่าด้วย

การควบคุมปริมาณกระแสไฟฟ้า

จากตารางด้านบนแสดงให้เห็นว่า กระแสไฟฟ้าสูงให้ผลต่อประสิทธิภาพแคโทดดีกว่า

อุณหภูมิของสารละลาย

สภาวะอุณหภูมิของสารละลายนั้นทำให้ประสิทธิภาพของแคโทดลดลง แต่ในทางปฎิบัตแล้วการเพิ่มกระแสไฟฟ้ามากขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพแคโทด จำเป็นต้องใช้สารละลายที่อุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งต้องอาศัยความชำนาญในการควบคุมกระแสไฟฟ้าและอุณหภูมิของสารละลายซึ่งเป็นสิ่งที่ต้องคำนึงคู่กันเสมอ

การคำนวณเวลาที่ใช้ในการชุบโครเมี่ยมสำหรับ Hexavalent

          การควบคุมกระแสไฟฟ้าและอุณหภูมิของสารละลายมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของแคโทด โดยตารางที่ 2 แสดงเวลาโดยประมาณ ต่อประสิทธิภาพแคโทดและกระแสไฟฟ้า ที่ทำให้งานชุบโครเมี่ยมมีความหนาเพิ่มขึ้น 1 ไมครอน ซึ่งตารางนี้เป็นผลโดยประมาณภายใต้เงื่อนไขที่กระแสไฟฟ้ามีค่าคงที่

ตารางแสดงคำนวณเวลาที่ใช้เพิ่มความหนาชั้นโครเมี่ยม 1 ไมครอน โดยวิธีการ Hexavalent Chromium
ประสิทธิภาพแคโทด %
ความหนาแน่นของกระแส (แอมแปร์ต่อตารางฟุต)8 %10 %13 %14 %16 %18 %20 %22 %
80 A/ft220.616.513.811.810.39.178.257.5
100 A/ft216.513.211.09.448.257.346.66.0
120 A/ft213.711.09.177.856.886.15.55.0
160 A/ft210.38.256.865.905.154.584.133.75
200 A/ft28.256.65.54.714.123.663.33.0
250 A/ft26.65.284.43.773.31.942.642.4
300 A/ft25.54.43.663.142.752.452.22.0
350 A/ft24.73.783.142.72.352.11.891.73
400 A/ft24.123.32.742.352.061.831.651.5
450 A/ft23.662.932.442.11.831.661.471.33
500 A/ft23.32.642.21.871.651.471.321.2
550 A/ft23.02.42.01.711.51.341.21.09
600 A/ft22.752.21.841.571.381.221.11.0
650 A/ft22.542.031.71.451.271.131.020.93
700 A/ft22.361.891.581.351.181.050.950.87

ตารางที่ 2 เวลาที่ใช้เพิ่มความหนาชั้นโครเมี่ยม 1 ไมครอน โดยวิธีการ Hexavalent Chromium

Credit : https://www.pfonline.com/articles/chromium-plating(2)

อุปกรณ์เพิ่มเติมสำหรับการชุบโครเมี่ยมด้วย Hexavalent

               โดยส่วนใหญ่แล้วถังหรือบ่อสำหรับน้ำยาชุบโครมส่วนใหญ่ทำจาก PVC การให้ความร้อนแก่สารละลายสามารถใช้ทั้ง ฮีตเตอร์หลอดแก้ว และ ฮีตเตอร์ไทเทเนียม ได้ และขั้วไฟฟ้าแอโนดนิยมใช้ แอโนตะกั่วดีบุก หรือเรียกอีกชื่อว่า แผ่นโครเมี่ยม ซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อเป็นประจุบวกและควบคุมความสมดุลของ ประจุโครเมี่ยมและกรดโครมิก

               โดยทั่วไปนิยมใช้แผ่นโครเมี่ยมให้มีพื้นที่มากกว่า 120% ของพื้นที่ผิวชิ้นงาน เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลจากแอโนดผ่านสารละลายไปสู่ชิ้นงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแอโนดแล้ว จะเกิดชั้นผิวสีน้ำตาลคล้ายช็อกโกแลตบริเวรแอโนดซึ่งเกิดจากกระบวนการ re-oxidized ของกรดโครมิกบริเวณขั้วแอโนดนั่นเอง

ข้อเสียของการชุบโครเมี่ยมด้วย Hexavalent

               ข้อเสียของการชุบโครมด้วย Hexavalent คือ มีประสิทธิภาพแคโทดต่ำและการชุบไม่สม่ำเสมอ กล่าวคือชั้นชุบจะหนากว่าบริเวณขอบชิ้นงาน และบางกว่าบริเวณมุมและรูของชิ้นงาน จึงจำเป็นต้องมีการทำแอโนดใกล้บริเวณที่บาง หรือเรียกว่า auxiliary anodes เพื่อทำให้กระแสไฟฟ้าไหลไปบริเวณที่ยากต่อการไหลมากขึ้น

               การชุบโครมด้วยวิธีนี้ยังเป็นพิษมากต่อสุขภาพของผู้ทำงานและสิ่งแวดล้อม จำเป็นต้องมีการบำบัดก่อนการปล่อยสารเคมีหรือกำจัดอย่างถูกวิธีซึ่งทำให้มีค่าใช้จ่ายมากขึ้นด้วย นอกจากนี้ยังมีวัสดุมีพิษจากแอโนดตะกั่วที่จำเป็นต้องกำจัดอย่างถูกวิธี

กระบวนการชุบโครเมี่ยมด้วย Trivalent chromium

               กระบวนการชุบโครม Trivalent chromium หรือ tri-chrome Cr3+ เป็นการใช้ โครมเมี่ยมซัลเฟต ( Chromium sulfate ) หรือ โครเมี่ยมคลอไรด์ ( Chromium chloride ) เป็นสารละลายหลัก ซึ่งกระบวนการชุบนั้นคล้าย Hexavalent chromium ต่างกันเพียงสารเคมีและแอโนด

               ในปัจจุบัน Trivalent chromium มีความนิยมใช้มากขึ้น เนื่องจากประสิทธิภาพแคโทดสูงกว่าและยังเป็นพิษน้อยกว่าแบบ Hexavalent chromium ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต ลดเวลาในการผลิต นอกจากนี้โลหะหนักในสารละลายยังน้อยกว่ามาก จึงช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำบัดสารเคมีเสียที่เกิดจากการชุบโครเมี่ยม

               แม้จะมีข้อดีมากมายแต่การชุบโครมแบบ Trivalent chromium จะให้เฉดสีที่ไม่แวววาวและมืดกว่าการชุบด้วย Hexavalent chromium จึงไม่เป็นนิยมสำหรับการชุบเพื่อความสวยงามมากนัก

ตารางแสดงข้อมูลแต่ละชนิดของการชุบโครเมี่ยมแบบ Trivalent Chromium
ชนิดChlorideSulfate
System 1
Sulfate
System 2
pH2.83.43.4
อุณหภูมิ (องศาเซลเซียส)335555
ความหนาแน่นของกระแสแคโทด (แอมแปร์ต่อตารางฟุต)80-20040-60100
ความหนาแน่นของกระแส แอโนด(แอมแปร์ต่อตารางฟุต)30-605050
ชนิดแอโนดแกรไฟต์ (คอร์บอน)ไทเทเนียมไทเทเนียม
สีของการชุบค่อนข้างดำสว่างสว่างที่สุด
อัตราการชุบโครม
(ไมครอน/นาที)
0.15-0.25<0.030.02-0.04

ตารางที่ 3 ตารางแสดงข้อมูลแต่ละชนิดของการชุบโครเมี่ยมแบบ Trivalent Chromium

Credit : https://www.pfonline.com/articles/chromium-plating(2)

               อิเล็คโทรไลท์สำหรับการ Trivalent chromium นั้นแบ่งเป็น ซัลเฟต ( Sulfate-based ) และ คลอไรด์ ( chloride-based )

               ซัลเฟต ( Sulfate-based ) นั้นให้สีใกล้เคียงกับกับชุบโครเมี่ยมด้วย Hexavalent chromium อีกทั้งสารเคมียังเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่า แต่จำเป็นต้องใช้แอโนดที่ทำจากไทเทเนียมซึ่งมีราคาสูง ส่วน คลอไรด์ ( chloride-based ) มีอัตราเร็วในการชุบใกล้เคียงกับ Hexavalent chromium แต่ให้สีสันที่มืดกว่าการชุบโครเมี่ยมแบบ Hexavalent chromium แต่ใช้แอโนดชนิดแกรไฟต์ซึ่งมาราคาไม่สูงมากนัก

อุปกรณ์สำหรับการชุบโครเมี่ยมแบบ Trivalent chromium

            อุปกรณ์ส่วนใหญ่ของการชุบโครเมี่ยมแบบ Trivalent นั้นส่วนใหญ่เหมือนกับ การชุบโครเมี่ยมแบบ Hexavalent ทั้งถังหรือบ่อชุบซึ่งสามารถใช้ได้ทั้ง PVC และ PE รวมถึง ฮีตเตอร์หลอดแก้ว และ ฮีตเตอร์ไทเทเนียม แต่แอโนดนั้นจะใช้แตกต่างกับแล้วแต่ประเภทอิเล็กโทรไลท์

สรุป

               การชุบโครเมี่ยมนั้น นิยมชุบเพื่อความสวยงามของชิ้นงาน เช่น การชุบชิ้นส่วนรถยนต์ บรรจุภัณฑ์ต่างๆ และการชุบเพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งของชิ้นส่วนเครื่องจักร หรือ การชุบฮาร์ดโครม โดยการชุบโครเมี่ยม จำเป็นต้องมีการชุบและเตรียมผิวหลายขั้นตอนก่อนการชุบผิวชั้นโครเมี่ยม

               การชุบผิวชั้นโครเมี่ยมมีวิธีการชุบหลายแบบ ทั้ง Hexavalent chromium และ Trivalent chromium ซึ่งมีข้อดีข้อเสียแตกต่างกันขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของชิ้นงานแต่ละประเภท

ref1 : https://en.wikipedia.org/wiki/Chrome_plating

ref2 : https://www.pfonline.com/articles/chromium-plating(2)