ชุบนิเกิล

ชุบนิเกิล คือ กระบวนการชุบผิวเพิ่มคุณสมบัติบางประการให้กับผิวชิ้นงาน เช่น เพิ่มความแข็ง(hardness) ความทนทานต่อการสึกหรอ(durability) ความสามารถในการนำไฟฟ้า(conductivity) หรือป้องกันการเกิดสนิม(rust resistant) ซึ่งกระบวนการชุบผิวนั้นใช้ธาตุนิเกิลเป็นส่วนประกอบหลักในการเคลือบผิว

นิกเกิลคืออะไร

นิกเกิล (Nickel) หรือที่เขียนว่า นิเกิล หรือ นิเกิล คือธาตุโลหะสีขาวเงิน สัญลักษณ์ Ni มีความแข็ง ทนการกัดกร่อน และขัดเงาได้ดี จึงนิยมนำมาชุบเคลือบผิวชิ้นงาน ทั้งเพื่อกันสนิมโดยตรง และเป็นชั้นรองก่อนชุบโครเมี่ยม

กระบวนการชุบนิเกิล (Nickel Plating) มีกระบวนการชุบได้สองวิธี แบ่งได้ดังนี้

1. กระบวนการชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้า (Electrolytic nickel plating)

2. กระบวนการชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า (Electroless nickel plating) หรือ (EN)

บทความนี้อธิบายความต่างของการชุบนิเกิลทั้งสองแบบ ลำดับงานโดยย่อ น้ำยาแต่ละประเภท และการเลือกฮีตเตอร์สำหรับบ่อชุบ

ความแตกต่างระหว่างการชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้าและนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า

การชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้า

ขั้นตอนการชุบนิเกิลบนผิวโลหะ

ประเภทของการชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้า

ความแตกต่างระหว่างกระบวนการชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้า (Electrolytic nickel plating) และ กระบวนการชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า (Electroless nickel plating)

กระบวนการชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้า (Electrolytic nickel plating) เป็นกระบวนการดั้งเดิมสำหรับการชุบนิเกิล ใช้ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) เพื่อทำให้สารละลายอิเล็กโทรไลต์นิเกิลเกิดปฎิกริยาเคมีไปเคลือบผิวชิ้นงาน ในขณะที่กระบวนการชุบนิเกิลไม่ใช้ไฟฟ้า (Electroless nickel plating) ไม่ต้องการกระแสไฟฟ้า เป็นการใช้ปฎิกริยาทางเคมีของตัวรีดิวซ์ (Reducing agent) เพื่อเคลือบผิวเพียงอย่างเดียว

กระบวนการชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า (EN) มีข้อดีมากกว่าแบบการชุบแบบใช้ไฟฟ้าในด้าน การทนทานต่อการสึกกร่อนของผิวชิ้นนงานและมีความสม่ำเสมอของความหนาชั้นผิวนิเกิลดีกว่ามาก แต่การชุบ EN มีราคาสูงกว่ามากเช่นกัน

ดูบทความการชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าอย่างละเอียดที่นี่

กระบวนการชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้า มีลักษณะที่ให้ความหนาของชั้นผิวชิ้นงานไม่สม่ำเสมอ จะมีความหนามากในบริเวณขอบและมุมของชั้นงาน เนื่องจากมีการไหลผ่านของกระแสไฟฟ้ามากกว่าบริเวณอื่น โดยการควบคุมความหนานั้น ทำได้โดยการควบคุมกระแสไฟฟ้า

ชั้นผิวนิเกิลของการชุบแบบไม่ใช้ไฟฟ้าสม่ำเสมอกว่า ส่วนการชุบแบบใช้ไฟฟ้าจะให้ความหนามากกว่าบริเวณขอบชิ้นงานเมื่อเปรียบเทียบกับส่วนอื่นๆ

กระบวนการชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้า (Electrolytic nickel plating)

กระบวนการชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้า ใช้การผ่านอิเล็กตรอนจะสองขั้วอิเล็กโทรดที่จุ่มอยู่ลงในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ โดยมีฝั่งแอโนดที่เป็นขั้วบวกและฝั่งแคโทดที่เป็นขั้วลบ เมื่อมีความต่างศักย์เกิดขึ้นจากการใส่กระแสไฟฟ้าเข้าไประหว่างขั้วอิเล็กโทรดทำให้ไอออนลบในสารละลายวิ่งไปจับฝั่งแอโนดที่เป็นขั้วบวก และไอออนบวกในสารละลายวิ่งไปจับฝั่งแคโทดซึ่งเป็นขั้วลบ

ในขณะที่กระบวนการดำเนินไป ไอออนบวกของโลหะที่วิ่งไปจับที่ผิวขั้วแคโทด (ซึ่งในที่นี้คือชิ้นงาน) และเกิดการเคลือบผิวชิ้นงานโดยโลหะที่ต้องการชุบนั่นเอง

ขั้นตอนการชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้าบนโลหะ

ขั้นตอนการชุบนิเกิล จะมีขั้นตอนการเตรียมผิวก่อนลงบ่อชุบนิเกิลเหมือนกันการชุบโครเมี่ยม นั่นคือ มีการเตรียมผิวชิ้นงาน การล้างทำความสะอาด การกัดเปิดผิวชิ้นงาน และการชุบนิเกิลไฟฟ้า

ดูรายละเอียด การชุบโครเมี่ยม

ขั้นตอนการเตรียมผิวชิ้นงาน

การชุบนิเกิลปกปิดร่องรอยบนผิวไม่ได้ จึงต้องขัดและซ่อมผิวก่อน จากนั้นล้างคราบไขมันด้วยบ่อโซดาไฟร้อนและบ่อล้างด้วยไฟฟ้า แล้วกัดเปิดผิวด้วยสารละลายที่เลือกตามชนิดโลหะ

การชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้า (Electrolytic nickel plating)

ตัวเลขด้านล่างเป็นช่วงอ้างอิง ค่าที่เหมาะสมต่างกันตามสูตร ให้ยึดเอกสารของผู้ขายน้ำยาเป็นหลัก น้ำยานิเกิลมีโลหะหนัก ผู้ทำงานต้องใช้อุปกรณ์ป้องกัน บ่อต้องมีระบบดูดไอ น้ำเสียต้องบำบัดตามกฎหมาย และไม่ควรทดลองชุบเองที่บ้าน

ขั้นตอนการชุบนิเกิลมีหลากหลายประเภทและสารเคมีที่ใช้ ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์การใช้งาน ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น Watts Nickel , Fluoborate , All-Chloride , All-Sulphate , High Sulphate , Hard Nickel , Black Nickel ซึ่งจะอธิบายอย่างละเอียดต่อไป

ประเภทของการชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้า

• Watts Nickel

นิยมใช้การชุบแบบนี้อย่างแพร่หลายเนื่องจากมีต้นทุนต่ำและประยุกต์ใช้ได้หลากหลาย โดยเฉพาะชิ้นงานที่ชุบเพื่อความสวยงาม ส่วนประกอบหลักได้แก่ nickel sulphate, nickel chloride และ boric acid

• Fluoborate

มีคุณสมบัติทางกลเหมือนการชุบแบบ Watt Nickel แต่สามารถชุบด้วยอัตราเร็วและกระแสไฟฟ้าสูง ซึ่งมีข้อจำกัดที่การชุบด้วยวิธีนี้มีต้นทุนสูง และสารเคมีมีฤทธิ์กัดกร่อนสูงมาก

Nickel Flouborate

---

225-300 g/L

Nickel Chloride

---

0-15 g/L

Boric Acid

---

15-20 g/L

อุณหภูมิ

---

38-70 C

pH

---

2.5 -4

กระแสไฟฟ้า

---

3 – 30 A/dm²

• All-Chloride

เป็นอีกวิธีเมื่อต้องการชุบด้วยอัตรากระแสไฟฟ้าสูง ซึ่งสารเคมีที่ใช้สารเคมีมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง ต้องใช้ความระวังและเครื่องป้องกันสำหรับผู้ปฎิบัติงาน

Nickel Chloride

---

225-300 g/L

Boric Acid

---

30-35 g/L

อุณหภูมิ

---

50 – 70 C

pH

---

1 – 4

กระแสไฟฟ้า

---

2.5 – 10 A/dm²

• All-Sulphate

การชุบแบบนี้นิยมใช้สำหรับการชุบนิเกิลสำหรับงานส่วนประกอบประปาและข้อต่อ ต้องใช้แอโนดที่ไม่ละลายในสารละลาย เช่น แอโนดตะกั่ว และควบคุมค่า pH ด้วยการใช้สาร Nickel Carbonate

Nickel Sulphate

---

225 – 410 g/L

Boric Acid

---

30-35 g/L

อุณหภูมิ

---

38 – 70 C

pH

---

1.5 – 4

กระแสไฟฟ้า

---

1 – 10 A/dm²

• High Sulphate

นิยมใช้สำหรับการชุบนิเกิลในบ่อ Strike bath ก่อนการชุบซิงค์สำหรับงานชุบชิ้นส่วนอลูมิเนียม

Nickel Sulphate

---

75 – 100 g/L

Sodium Sulphate

---

75 – 100 g/L

Ammonium Chloride

---

15 – 35 g/L

Boric Acid

---

15 g/L

อุณหภูมิ

---

20 – 32 C

pH

---

5.3 – 5.8

กระแสไฟฟ้า

---

0.5 – 2.5 A/dm²

• Hard Nickel

กระบวนการนี้ช่วยให้ผิวที่ผ่านการชุบมีความแข็งและทนทานต่อการสึกกร่อนมากขึ้น โดยการควบคุม pH , อุณหภูมิสูง , และกระแสไฟฟ้าสูง

Nickel Sulphate

---

180 g/L

Ammonium Chloride

---

25 g/L

Boric Acid

---

30 g/L

อุณหภูมิ

---

43 – 60 C

pH

---

5.6 – 5.9

กระแสไฟฟ้า

---

2 – 10 A/dm²

• Black Nickel

เป็นกระบวนการชุบนิเกิลเพื่อความสวยงาม ชั้นผิวการชุบไม่หนามาก ส่วนใหญ่ใช้ในการชุบบนชั้นผิวนิเกิลเงาอีกทีหนึ่ง

Nickel Sulphate

---

100 g/L

Ammonium Chloride

---

15 g/L

Zinc Sulphate

---

22 g/L

Sodium Thiocyanate

---

15 g/L

อุณหภูมิ

---

26 – 32 C

pH

---

5.5 – 6

กระแสไฟฟ้า

---

0.2 A/dm²

ฮีตเตอร์สำหรับบ่อชุบนิเกิล

บ่อชุบนิเกิลส่วนใหญ่ต้องอุ่นน้ำยาที่ประมาณ 45–65°C ตามสูตรน้ำยา วัสดุปลอกฮีตเตอร์ต้องเลือกตามชนิดน้ำยา ตามตารางเลือกฮีตเตอร์ตามสารเคมีของเรา:

ถ้าน้ำยามีฟลูออไรด์ผสม หรือไม่แน่ใจว่าเป็นสูตรไหน ส่งชื่อน้ำยาให้ทีมงานตรวจก่อนสั่งฮีตเตอร์

สรุป

กระบวนการชุบนิเกิลแบบใช้ไฟฟ้า สามารถทำได้หลากหลายวิธีขึ้นอยู่กับงบประมาณและลักษณะงานที่ใช้ นอกจากนี้ยังมีการชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า (EN) ที่นิยมกันมากในอุตสาหกรรมอิเล็คทรอนิกส์ ซึ่งจะอธิบายอย่างละเอียดในบทความ การชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า (EN)

Ref : https://advancedplatingtech.com/electroless-nickel/electroless-nickel-plating-advantages/

Ref : Nickel plating handbook 2014 , https://nickelinstitute.org/

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

คำถามที่พบบ่อย

ชุบนิเกิลกับชุบโครเมี่ยมต่างกันยังไง

ชุบนิเกิลได้ผิวเงาสีเงินอมเหลืองเล็กน้อย และหมองได้เมื่อเวลาผ่านไป ส่วนโครเมี่ยมตกแต่งเป็นชั้นบางมากที่ชุบทับนิเกิล ให้สีเงินอมฟ้า แข็งกว่า และไม่หมองง่าย งานโครเมี่ยมส่วนใหญ่จึงมีนิเกิลเป็นชั้นรองพื้น (อ่านชุบโครเมี่ยม)

ชุบนิเกิลเป็นสนิมไหม

ตัวนิเกิลทนการกัดกร่อนได้ดี แต่ถ้าชั้นชุบบางหรือมีรูพรุน เหล็กด้านล่างจะเป็นสนิมผ่านรูเหล่านั้นได้ งานกลางแจ้งจึงควรชุบหนาพอหรือชุบหลายชั้น

ชุบนิเกิลแพ้ได้ไหม

นิเกิลเป็นโลหะที่ทำให้บางคนแพ้เมื่อสัมผัสผิวหนังนาน เช่น เครื่องประดับหรือหัวเข็มขัด ถ้าเป็นของที่สัมผัสผิวตลอดเวลา ควรเลือกวัสดุหรือการเคลือบที่ไม่มีนิเกิล

แหล่งอ้างอิง

• NASF (National Association for Surface Finishing): nasf.org
• Products Finishing: pfonline.com
• ตารางเลือกฮีตเตอร์ตามสารเคมี POMEW: pomew.com/heater/