บริการของเรา

วิทยาการ การชุบ

การชุบ คืออะไร? ในนี้จะอธิบายความรู้เกี่ยวกับ การชุบ

เมื่อได้ยินว่า การชุบ นึกถึงอย่างไรกัน?

อาจจะจินตนาการว่าเป็นการสร้างชั้นโลหะบนพื้นผิววัตถุ แล้วทำไมต้องสร้างชั้นโลหะบนพื้นผิววัตถุ

ก่อนอื่นอยากให้ทราบว่า “การชุบ” เป็นหนึ่งในวิทยาการ กระบวนการเตรียมผิว แล้ว กระบวนการเตรียมผิว คืออะไร

กระบวนการเตรียมผิว คือ วิทยาการที่ใช้เพิ่มคุณสมบัติให้พื้นผิววัสดุให้สวยงาม และ แข็งแรง และ ทนต่อการกัดกร่อน

แหล่งอ้างอิง Daijirin ver03

เมื่อได้ยินว่า การชุบ นึกถึงอย่างไรกัน?

อาจจะจินตนาการว่าเป็นการสร้างชั้นโลหะบนพื้นผิววัตถุ แล้วทำไมต้องสร้างชั้นโลหะบนพื้นผิววัตถุ

ก่อนอื่นอยากให้ทราบว่า “การชุบ” เป็นหนึ่งในวิทยาการ กระบวนการเตรียมผิว แล้ว กระบวนการเตรียมผิว คืออะไร

กระบวนการเตรียมผิว คือ วิทยาการที่ใช้เพิ่มคุณสมบัติให้พื้นผิววัสดุ สวยงาม, แข็งแรง และ ทนต่อการกัดกร่อน

แหล่งอ้างอิง Daijirin ver03

ดังนั้นวิทยาการ การชุบ ไม่ใช่เพียงแค่การสร้างชั้นโลหะบนพื้นผิววัสดุ แต่ยังสามารถเพิ่มคุณสมบัติให้กับตัววัสดุที่ทำการชุบได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น ถ้าทิ้งเหล็ก[Fe] เอาไว้ก็จะเกิดสนิมได้ เพราะ เหล็ก[Fe] จะทำปฏิกิริยากับ ออกซิเจน[O] และ น้ำ[H2O] ในบรรยากาศ และทำให้เกิด Oxidation จึงทำการชุบด้วย ดีบุก[Sn], สังกะสี[Zn], นิกเกิล[Ni] และโลหะชนิดอื่นๆ บนพื้นผิว เหล็ก[Fe] จะทำให้ ออกซิเจน[O] และ น้ำ[H2O] ไม่สามารถสัมผัสกับพื้นผิวไม่ได้ จึงทำให้ไม่เกิดสนิม เป็นการเพิ่มคุณสมบัติการป้องกันการเกิดสนิมให้กับ เหล็ก[Fe]

การเตรียมผิวยังมีวิธีการ และวิทยาการอื่นๆ นอกจากการชุบ อีกด้วย

• ประเภท การสร้างชั้นโลหะหุ้มพื้นผิว [Plating, Thermal spraying] 
• ประเภท การสร้างชั้นอโลหะหุ้มพื้นผิว [Lining, Coating, Painting, Heat transfer]
• ประเภท การ Reforming พื้นผิวอะลูมิเนียม [Al][Anodizing]
• ประเภท การ Surface-hardening treatment วัสดุเหล็กกล้า[S] [Quenching]
• ประภท การใช้ปฏิกิริยาเคมีทำให้พื้นผิววัสดุเรียบ [Chemical Polishing]
  เป็นต้น

กระบวนการเตรียมผิว ก็จะมีการนำเอาวิธีการหลายวิธี หรือวิธีเดียวในกระบวนการมาประยุกต์ใช้ในการเตรียมผิว

อย่างที่ได้กล่าวไปข้างต้น การชุบ คือ การหุ้มผิววัสดุด้วยโลหะ และในกระบวนการชุบ ก็จะมีหลายชนิด ดังนี้

2.1) Hot-Dip Plating การเอาวัสดุจุ่มเขาไปในโลหะที่หลอมละลายเพื่อส้รางผิวหุ้มโลหะให้กับพื้นผิววัสดุ

2.2) Dry Plating [Vapor Deposition , Sputtering] การทำให้โลหะระเหย หรือใช้ปฏิกิริยากับแก๊สในการสร้างผิวหุ้มโลหะให้กับพื้นผิววัสดุ

2.3) Wet Plating [Electroplating , Electroless Plating] การละลายโลหะในน้ำยาเคมี และใช้กระบวนการทางไฟฟ้าหรือเคมีในการสร้างผิวหุ้มโลหะให้กับผื้นผิววัสดุ

โดยส่วนใหญ่แล้วเมื่อได้ยินว่า การชุบ ก็อาจจะนึกถึง Hot-Dip Plating กันส่วนใหญ่

Hot-Dip Plating เป็นวิธีการที่สามารถสร้างผิวหุ้มโลหะที่มีความหนา หลักๆแล้วจะถูกใช้ในการ Plating เหล็กกล้า[S] , ลังคาสังกะสี และ กระป๋องดีบุก เพื่อป้องกันการเกิดสนิม

Dry Plating เป็น วิทยาการที่ใหม่ และมีชื่อเรียกว่า PVD หรือ CVD สามารถสร้างผิวหุ้มที่มีความหนาบาง และเรียบเสมอได้ แล้วยังสามารถสร้างผิวหุ้มให้กับ Plastic หรืออโลหะ ได้อีกด้วย

โดย METEK Thailand ของเราก็จะใช้วิทยาการ [Wet Plating] ในการชุบสินค้างาน สามารถปรับความหนาของผิวชุบ ได้อย่างหลากหลาย และเมื่อเทียบกับวิธีการอื่นแล้วมีค่าใช้จ่ายที่ถูก จะอธิบายรายละเอียดในหัวข้อต่อไป

อย่างที่กล่าวไปข้างต้น การชุบ จะมีหลากหลายวิธี และปรับใช้ตามวัตถุประสงค์ เช่น มีวัตถุประสงค์ที่จะป้องกันการเกิดสนิม แต่ทำผิวชุบมาบางก็จะไม่สามารถป้องกันการเกิดสนิมได้ หรือในการชุบชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็ก แต่ทำผิวชุบที่มีความหนามากก็ส่งผลให้ตัวชิ้นส่วนเปลี่ยนขนาดได้ จึงเป็นเรื่องสำคัญในการเลือกวิธีการชุบให้เหมาะสมกับวัตถุประสงค์ และตัวสินค้างาน

อย่างที่มีการแนะนำไปในหัวข้อก่อนว่า ทาง METEK Thailand ของเราใช้วิธีการชุบงานแบบ Wet Plating จึงมาอธิบายกระบวนการของ Wet Plating

Wet Plating สามารถแบ่งได้ 2 ชนิดหลักๆ คือ

• วิธีการใช้กระบวนการทางไฟฟ้าในการสร้างผิวหุ้มโลหะ [Electroplating]
• วิธีการใช้ปฏิกิริยาทางเคมีในการสร้างผิวหุ้มโลหะ [Electroless Plating]

โดยทั้ง 2 วิธีก็จะมีหลัการพื้นฐานที่เหมือนกันในการสร้างผิวหุ้มโลหะ โดยเกิดปฏิกิริยาดังนี้

อิออนโลหะ[M+] + อิเล็กตรอน[e-] => โลหะ[M]

Electroplating อิเล็กตรอน (e-) จะถูกจ่ายจากแหล่งพลังงานจากแบตเตอรี่ หรือเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า ส่วน Electroless Plating อิเล็กตรอน (e-) จะถูกจ่ายจากพื้นผิวของโลหะ หรือจากสารรีดิวซ์

3.1) Electroplating (การชุบแบบใช้ไฟฟ้า)

3.2) Electroless Plating (การชุบแบบไม่ใช้ไฟฟ้า)

วิทยาการ “การชุบ” เป็นวิทยาการที่ใช้สร้างผิวหุ้มบนพื้นผิววัสดุเพื่อให้วัสดุนั้นมีคุณสมบัติ หรือคุณประโยชน์เพิ่มเติมจากวัสดุเดิม
การเพิ่มคุณสมบัติแบ่งประเภทวัตถุประสงค์ได้แก่ วัตุประสงค์เพิ่อคสามสวยงาม และ วัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มคุณสมบัติ แต่ละอย่างเราเรียกกันว่า Decorate Plating และ Functional Plating

4.1) [Decorate Plating] นั้นมีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างลักษณะภายนอกที่สวยงามบนพื้นผิวของวัสดุ โดยใช้โลหะที่นำมาชุบจะมี ทองคำ เงิน ทองคำขาว ฯลฯ

การชุบประเภทนี้มักใช้กับเครื่องประดับ นาฬิกา ปากกาหมึกซึม และผลิตภัณฑ์ตกแต่งอื่น ๆ เป็นหลัก เนื่องจากโลหะมีค่าประเภทนี้มีราคาสูง การนำมาใช้งานโดยตรงจะทำให้มีต้นทุนที่สูง เช่นกัน

ดังนั้นจึงมีการใช้วัสดุเหล็ก หรือเหล็กกล้าที่มีราคาถูกกว่ามาขึ้นรูปเป็นรูปร่างก่อน จากนั้นจึงชุบด้วยโลหะมีค่า วิธีนี้ช่วยลดต้นทุนได้ แต่ยังคงได้ความเงางาม ความรู้สึกในคุณภาพ  และสีสันอันเป็นเอกลักษณ์ของโลหะมีค่าได้

4.2) [Functional Plating] นั้นมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มคุณสมบัติ หรือฟังก์ชันของโลหะที่นำมาชุบ โดยใช้โลหะที่นำมาชุบจะมี นิกเกิล ทองแดง ดีบุก เงิน ฯลฯ ตัวอย่างหนึ่งที่เคยกล่าวถึงในหัวข้อ “การชุบโลหะ” ซึ่งเป็นหนึ่งในสาขาของเทคโนโลยีการเคลือบพื้นผิว คือ การชุบโลหะบนวัสดุเหล็กเพื่อเพิ่มคุณสมบัติในการป้องกันสนิม และความทนทานต่อการกัดกร่อน

ตัวอย่างอื่นๆ เช่น การชุบด้วยโลหะที่นำไฟฟ้าได้ดีอย่าง เงิน[Ag] หรือทองแดง[Cu] จะช่วยเพิ่มคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าให้แก่โลหะผสมที่นำไฟฟ้าได้ยาก เช่น Ferrous Alloys ดีบุก[Sn] มีจุดหลอมเหลวต่ำ และสามารถหลอมละลายได้ในอุณหภูมิสำหรับบัดกรี จึงเป็นโลหะที่มีคุณสมบัติในการเปียกของบัดกรีได้ดี มักใช้สำหรับการชุบในส่วนที่ต้องการการเชื่อมด้วยบัดกรี

ถึงแม้ว่าหลายคนจะรู้จักคำว่า “การชุบ” แต่คงมีน้อยคนนักที่คิดว่ามันเป็นสิ่งใกล้ตัว แต่อย่างไรก็ตาม แม้จะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการชุบก็ถูกใช้อยู่รอบตัวเราในชีวิตประจำวัน

กระบวนการ และหลักการของ “การชุบ” นั้นอาจดูยากต่อการเข้าใจ แต่เป็นวิทยาการที่ลึกซึ้ง และเป็นศาสตร์ที่มีความซับซ้อน

หัวข้อตอนต้นเราได้ตั้งคำถามว่าทำไมจึงต้อง ชุบโลหะ คำตอบก็ คือ เพื่อนำทรัพยากรโลหะที่มีอย่างจำกัดมาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุดนั้นเอง

 แหล่งอ้างอิง

 Electroplating Research Association (2011). Modern Electroplating Textbook. Nikkan Kogyo Shimbun.
 Saito, K. et al. (2007). Introduction to Advanced Plating Technologies. Industrial Research Institute.

1. การเตรียมการก่อนการชุบ (Pre-Treatment)
ก่อนการชุบ วัสดุจะต้องผ่านการขจัดคราบเพื่อขจัดน้ำมัน และสารปนเปื้อนบนพื้นผิว อาจใช้กระบวนการเพิ่มเติม เช่น การขัดเงาและการพ่นทราย

2. การชุบรองพื้น (Undercoating Plating)
มีการชุบเบื้องต้นเพื่อป้องกันความหยาบของพื้นผิว และรับประกันการยึดเกาะที่เหมาะสมของการเคลือบขั้นสุดท้าย

3. การชุบขั้นสุดท้าย (Final Plating)
กระบวนการชุบเบื้องต้นจะให้คุณสมบัติการทำงาน หรือการตกแต่งตามที่ตั้งใจไว้ เทคนิคต่างๆ เช่น การชุบเฉพาะจุด และการชุบแบบเลือกอาจใช้สำหรับการใช้งานที่มีความแม่นยำ

4. เตรียมการหลังการชุบ (Post-Treatment)
กระบวนการหลังการชุบ เช่น การป้องกันการเกิดออกซิเดชั่น ถูกนำมาใช้เพื่อรักษาคุณภาพของผลิตภัณฑ์การชุบเมื่อเวลาผ่านไป

5. การอบแห้ง (Drying)
ขั้นตอนสุดท้าย คือ การขจัดความชื้นเพื่อป้องกันข้อบกพร่องที่พื้นผิว ต้องควบคุมอุณหภูมิ และระยะเวลาอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด