คลังความรู้การชุบโลหะ

         การชุบโลหะ คือ กระบวนการทำให้โลหะที่ต้องการไปเคลือบเป็นชั้นบางๆระดับไมโครเมตร บนชิ้นงานโลหะที่ต้องการเคลือบผิว เพื่อเพิ่มคุณสมบัติต่างๆให้กับชิ้นงานที่ต้องการเคลือบผิว ซึ่งโลหะใช้เคลือบผิวนั้น มีหลากหลายชนิด เช่น ทองคำ (Gold) , เงิน (Silver) , ทองแดง (Copper) , โรเดียม (Rhodium) , โครเมี่ยม (Chromium) , สังกะสี (Zinc) , นิเกิล (Nickel) , ดีบุก (Tin) , แคดเมียม (Cadmium) เป็นต้น

        นอกจากนี้ การชุบโลหะเป็น กระบวนการชุบโลหะโดยใช้ไฟฟ้า (Electroplating) และ กระบวนการชุบโลหะโดยไม่ใช้ไฟฟ้า (Electroless plating) อีกด้วย

        การชุบโลหะนั้นมีประโยชน์เพื่อช่วยคุณสมบัติบางประการต่อชิ้นงานที่ต้องการชุบเคลือบผิว เช่น การเพิ่มความแข็งของผิวชิ้นงาน การเพิ่มความทนทานต่อการสึกกร่อนจัดการเสียดสีและการกัดกร่อน การลดแรงเสียดมทานบนพื้นผิว การเพิ่มการนำไฟฟ้าของชิ้นงาน การเพิ่มความสามารถในการฉีดพ่นสี หรือแม้กระทั่ง เพื่อความสวยงามของชิ้นงาน

ชิ้นส่วนงานชุบโลหะ

กระบวนการชุบโลหะโดยใช้ไฟฟ้า (Electroplating)

            เป็นกระบวนการชุบโลหะด้วยการใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อควบคุมการเกิดปฎิกิริยาเคมี โดยการผ่านกระแสไฟฟ้าผ่านขั้วแอโนด (Anode) ซึ่งจะใช้แอโดตะกั่วหรือโลหะที่ต้องการใช้เคลือบ ไปสู่ แคโทด (Cathode) ซึ่งเป็นฝั่งของชิ้นงานที่ต้องการชุบเคลือบผิว ผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte Solution)

กระบวนการชุบโลหะ

Ref : https://en.wikipedia.org/wiki/Electroplating

               เมื่อมีการไหลของกระแสไฟฟ้าแล้ว อะตอมโลหะจากฝั่งแอโนดจะหลุดลงสู่สารละลายอิเล็กโทรไลต์และวิ่งไปจับฝั่งแคโทดที่มีสภาวะเป็นลบตามภาพด้านล่างนี้ ซึ่งเป็นการชุบโลหะด้วยทองแดง

ชุบโลหะ คืออะไร

Ref : https://www.youtube.com/watch?v=OxhCU_jBiOA

การชุบทอง (Gold plating)

การชุบทองนิยมใช้ชุบลงบนทองแดง (copper) และเงิน (silver) การชุบทองลงบนทองแดงนั้น นิยมใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อเพิ่มความทนทานจากการกัดกร่อน และการเกิดออกซิเดชั่น (Oxidation)ลงบนชิ้นส่วนทองแดงต่างๆ เช่น จุดเขื่อมต่อสายไฟ ( electrical connectors ) , PCB ( printed circuit boards ) ซึ่งโดยปกติแล้วนิยมชุบนิเกิลลงบนทองแดงก่อนการชุบด้วยทอง เนื่องจากถ้าทำการชุบทองตรงๆลงบนทองแดงแล้ว อะตอมของทองแดงจะมีการแพร่ผ่านชิ้นผิวทองแล้วเกิดการออกซิเดชั่นได้ง่ายกว่าการชุบเคลือบด้วยนิเกิลก่อนแล้วจึงชุบด้วยทองเพิ่มอีกหนึ่งชั้น การชุบทองลงบนเงิน แก้ว พลาสติก และอื่นๆนั้น นิยมทำเพื่อเพิ่มความสวยงาม และเพิ่มมูลค่าของชิ้นงานนั้นๆ ซึ่งใช้กระบวนการที่ซับซ้อนกว่ามาก

การชุบเงิน (Silver plating)

            การชุบเงินนิยมใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอกนิกส์ เช่นกัน เนื่องจากเงินเป็นโลหะที่มีความต้านทานไฟฟ้าต่ำ ตอบสนองต่อไฟฟ้ากระแสสลับได้ดีในย่านความถี่สูงเนื่องจากผลกระทบของผิว (Skin effect) จึงทำให้ตัวเก็บประจุและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์หลายชิ้นมีคุณภาพสูงขึ้นเมื่อชุบโลหะด้วยเงิน โดยเฉพาะ อุปกรณ์เครื่องเสียงคุณภาพสูง (audiophile)

               การชุบเงินไม่เหมาะสมกับชิ้นงานที่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่ชื้น ซึ่งจะเกิดการสึกกร่อนบนชั้นผิวอย่างรวดเร็ว และเกิดการแตกร้าวบนชั้นผิวได้ง่าย

               การชุบเงินยังนิยมใช้บนเครื่องประดับ เพื่อเพิ่มความสวยงามบนพื้นผิวอีกด้วย

การชุบทองแดง (Copper plating)

            การชุบทองแดงเป็นการชุบโลหะเพื่อเพิ่มความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าซึ่งเป็นที่นิยมใช้อย่างยิ่ง โดยเฉพาะการชุบลงบน PCB ( printed circuit boards )   เนื่องจากมีต้นทุนไม่แพงและประสิทธิภาพสูง

            กระบวนการชุบทองแดงนั้น มีหลากหลายประเภท ทั้งการใช้กรด และ การใช้สารประกอบอัลคาไลน์ ซึ่งล้วนแต่เป็นพิษต่อผู้ปฎิบัติงานและสิ่งแวดล้อมทั้งสิ้น จึงจำเป็นต้องควบคุมการชุบทองแดงให้มีมาตรฐานความปลอดภัยอยู่เสมอ

การชุบโรเดียม (Rhoduim plating)

               การชุบโรเดียมนิยมใช้ในการชุบเครื่องประดับเพื่อความสวยงาม และทนทานต่อการเกิดรอยจากการกระแทก ซึ่งก่อนการชุบโรเดียม นิยมชุบทองคำขาว (White gold) , เงิน (Silver) , แพลตตินัม (Platinum) , และ ทองแดง (Copper) ลงบนชิ้นงานก่อนการชุบโลหะด้วยโรเดียม

               ข้อเสียของการชุบโลหะด้วยโรเดียมนั้น คือ ไม่ทนทานต่อการเสียดสี จึงจำเป็นต้องชุบโรเดียมใหม่เมื่อทุก 1-2 ปี

การชุบสังกะสี ( Zinc plating )

               การชุบสังกะสี หรือชื่อที่เรียกทั่วไปว่า การชุบกัลวาไนซ์ (Galvanization) ช่วยป้องการชิ้นงานเกิดการผุกร่อนจากการทำออกซิเดชั่นกับอากาศ (oxidation) ด้วยชั้นผิว Zinc oxide ซึ่งการชุบสังกะสีมีวิธีการชุบหลากหลายวิธี

  1. การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อน (Hot dip galvanizing)
  2. การเคลือบสังกะสีด้วยไฟฟ้า (Electrogalvanizing)
  3. การเคลือบด้วยวิธีทางกล (Mechanical coatings)
  4. การพ่นเคลือบด้วยเปลวความร้อน (Zinc spraying)
  5. การทาด้วยสีฝุ่นสังกะสี (Zinc-rich paints)
  6. การชุบเคลือบสังกะสีแบบจุ่มร้อนด้วยกระบวนการต่อเนื่อง (Continuous hot dip galvanizing)
  7. การเคลือบด้วยเทคนิคเชอร์ราไดซ์ซิ่ง (Sherardizing)

กระบวนการชุบเคลือบผิวด้วยสังกะสี นิยมใช้อย่างหลาย สำหรับ ชิ้นส่วนโครงสร้าง สกรู น๊อต เนื่องจากเป็นการชุบโลหะที่มีต้นทุนต่ำและป้องกันสนิมได้ดี เหล็กที่ได้จากการชุบโลหะด้วยสังกะสี เรียกว่า เหล็กกล้าชุบสังกะสี (Galvanized steel)

การชุบดีบุก ( Tin plating )

            การชุบโลหะด้วยดีบุก นิยมใช้มากในอุตสาหกรรมอาหาร และ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะภาชนะบรรจุอาหาร เนื่องจากดีบุกไม่เป็นพิษ และง่ายต่อการขึ้นรูปเนื่องจากความเหนียว และสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอกนิกส์แล้วดีบุกยังเป็นโลหะที่ดีมากสำหรับการป้องกันการเกิดออกซิเดชั่นและยังสามารถเชื่อมโดยการบัดกรีได้ง่าย

การชุบแคดเมี่ยม ( Cadmuim plating )

            การชุบแคดเมี่ยมนิยมใช้กันสำหรับงานเฉพาะทางบางประเภท เช่น ชิ้นส่วนอากาศยาน อวกาศ และ ยุทธปกณ์ทางทหาร ซึ่งเหมาะสมอย่างมากกับชิ้นส่วนที่ถูกถอดและติดตั้งใหม่บ่อยครั้ง เนื่องจากมีความเหนียว ความหนาแน่นต่ำ และทนการกัดกร่อนดีมาก ทั้งสภาวะที่มีน้ำเค็ม แต่ปัจจุบันการชุบแคดเมี่ยมเริ่มลดการใช้น้อยลงมาก เนื่องจากมีความเป็นผิดต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก