ชุบโลหะ

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

การชุบโลหะมีกี่แบบ

แบ่งตามวิธีได้ 2 แบบ คือ การชุบโดยใช้ไฟฟ้า (Electroplating) และการชุบโดยไม่ใช้ไฟฟ้า (Electroless plating) ส่วนชนิดของโลหะที่ชุบ มีบทความแยกอธิบายแต่ละเรื่องดังนี้

บ่อชุบโลหะต้องใช้อุปกรณ์อะไร

บ่อชุบด้วยไฟฟ้าส่วนใหญ่ต้องควบคุมอุณหภูมิน้ำยาด้วย ฮีตเตอร์ชุบโลหะ ที่เลือกวัสดุปลอกให้ตรงกับน้ำยา และต้องมีขั้วแอโนด เช่น แผ่นโครเมี่ยม สำหรับบ่อชุบโครเมี่ยมและฮาร์ดโครม

กระบวนการชุบโลหะโดยใช้ไฟฟ้า (Electroplating)

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

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหล ไอออนโลหะในสารละลายจะวิ่งไปเกาะฝั่งแคโทดซึ่งเป็นขั้วลบ เช่น การชุบทองแดง

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

ข้อเสียคือชั้นโรเดียมสึกได้จากการเสียดสี เครื่องประดับที่ใส่ประจำจึงอาจต้องชุบใหม่เป็นระยะ

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

เลือกชุบโลหะแบบไหนดี

เริ่มจากถามว่าต้องการผลอะไร แล้วค่อยเลือกชนิดการชุบ ตารางนี้สรุปตัวเลือกที่ใช้บ่อย:

คำถามที่พบบ่อย

ชุบโลหะ ภาษาอังกฤษคืออะไร

การชุบโลหะเรียกรวมว่า plating ถ้าใช้ไฟฟ้าเรียกว่า electroplating (การชุบด้วยไฟฟ้า) ถ้าไม่ใช้ไฟฟ้าเรียกว่า electroless plating เช่น การชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า

บ่อชุบต้องใช้ฮีตเตอร์ไหม

น้ำยาชุบส่วนใหญ่ให้ผิวงานดีในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด บ่อชุบจึงมักต้องใช้ฮีตเตอร์จุ่มอุ่นน้ำยา และต้องเลือกวัสดุปลอกให้ทนน้ำยา ดูวิธีเลือกที่หน้าฮีตเตอร์ชุบโลหะ

ชุบโลหะอันตรายไหม

น้ำยาชุบหลายชนิดเป็นกรด ด่าง หรือมีโลหะหนัก เช่น โครเมียม 6 นิเกิล ไซยาไนด์ในบางสูตร ผู้ทำงานต้องใช้อุปกรณ์ป้องกัน บ่อต้องมีระบบดูดไอ และน้ำเสียต้องบำบัดตามกฎหมาย ไม่ควรทดลองชุบเองที่บ้านด้วยสารเคมีเหล่านี้

ชุบโลหะกับพ่นสีต่างกันยังไง

การชุบเกิดชั้นโลหะยึดกับผิวชิ้นงาน ได้ผิวแข็ง นำไฟ และทนสึกกว่า ส่วนการพ่นสีเป็นชั้นสีเคลือบทับ ทำง่ายกว่าและเลือกสีได้มากกว่า แต่ถลอกง่ายกว่าและทนความร้อนได้น้อยกว่า

แหล่งอ้างอิง

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