กระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าคืออะไร?

กระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าคืออะไร?

โดย Smart Water Tech Allen Huang 2024-09-27

การชุบด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการชุบชั้นบางๆ ของโลหะหรือโลหะผสมอื่น ๆ บนพื้นผิวโลหะบางชนิดโดยใช้หลักการอิเล็กโทรไลซิส ตามองค์ประกอบของการเคลือบ กระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าสามารถแบ่งได้เป็น 8 ประเภท ได้แก่ ชุบโครเมี่ยม ชุบทองแดง ชุบแคดเมียม ชุบดีบุก ชุบสังกะสี ชุบนิกเกิล ชุบทอง และชุบเงิน

ต่อไป บทความนี้จะกล่าวถึงรายละเอียดเกี่ยวกับหลักการและลักษณะของกระบวนการชุบโลหะหลัก 8 กระบวนการ

โครเมียมเป็นโลหะสีขาวเงินและมีสีฟ้าอ่อนเล็กน้อย มีคุณสมบัติในการทู่ที่แข็งแกร่งและทะลุผ่านชั้นบรรยากาศได้อย่างรวดเร็ว แสดงให้เห็นคุณสมบัติของโลหะมีค่า ดังนั้นการชุบโครเมี่ยมบนชิ้นส่วนเหล็กจึงเป็นการชุบแคโทด ชั้นโครเมียมมีความเสถียรมากในบรรยากาศและสามารถคงความมันวาวได้เป็นเวลานาน มีความเสถียรมากในตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น อัลคาไล กรดไนตริก ซัลไฟด์ คาร์บอเนต และกรดอินทรีย์ แต่สามารถละลายได้ในกรดไฮโดรฮาลิก เช่น กรดไฮโดรคลอริก และกรดซัลฟิวริกเข้มข้นร้อน

ชั้นโครเมียมมีความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอได้ดี สามารถสะท้อนแสงได้ดี และทนความร้อนได้ดี ไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนของความเงาและความแข็งต่ำกว่า 500 องศา; ออกซิเดชันและการเปลี่ยนสีเริ่มต้นเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 500 องศา; มันจะเริ่มอ่อนตัวลงเมื่อมีอุณหภูมิมากกว่า 700 องศา . เนื่องจากคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมของชั้นการชุบโครเมี่ยม จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะชั้นนอกและชั้นการชุบที่ใช้งานได้ของระบบการชุบป้องกันและตกแต่ง การชุบโครเมี่ยมมักใช้ในการปรับสภาพพื้นผิวของก๊อกน้ำในครัว

ชั้นชุบทองแดงมีสีชมพูอ่อน มีความเหนียวดี การนำไฟฟ้า และการนำความร้อน ขัดเงาได้ง่าย และสามารถผ่านการบำบัดทางเคมีที่เหมาะสมเพื่อให้ได้สีตกแต่ง เช่น บรอนซ์ เขียวคอปเปอร์ สีดำ และสีธรรมชาติ การชุบทองแดงจะสูญเสียความแวววาวในอากาศได้ง่าย และชั้นของคอปเปอร์คาร์บอเนตหรือฟิล์มคอปเปอร์คลอไรด์พื้นฐานจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวเมื่อทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์หรือคลอไรด์ เมื่อสัมผัสกับซัลไฟด์ จะเกิดคอปเปอร์ซัลไฟด์สีน้ำตาลหรือสีดำ ดังนั้นในฐานะที่เป็นชั้นการชุบทองแดงเพื่อการตกแต่ง จึงจำเป็นต้องทาชั้นเคลือบแบบอินทรีย์บนพื้นผิว เนื่องจากการชุบทองแดงออกซิไดซ์ได้ง่ายจึงไม่ค่อยนำมาใช้กับก๊อกน้ำ

แคดเมียมเป็นโลหะเนื้อนุ่ม สีขาวเงิน เป็นมันเงา ซึ่งแข็งกว่าดีบุกและนิ่มกว่าสังกะสี มีความเป็นพลาสติกที่ดีและง่ายต่อการปลอมแปลงและม้วน คุณสมบัติทางเคมีของแคดเมียมคล้ายกับสังกะสี แต่ไม่ละลายในสารละลายอัลคาไลน์ ละลายในกรดไนตริกและแอมโมเนียมไนเตรต และละลายช้ามากในกรดซัลฟิวริกเจือจางและกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง ไอแคดเมียมและเกลือแคดเมียมที่ละลายน้ำได้เป็นพิษทั้งคู่ และต้องป้องกันมลพิษแคดเมียมอย่างเคร่งครัด เนื่องจากมลพิษจากแคดเมียมเป็นอันตรายมากและมีราคาแพง จึงมักใช้การชุบสังกะสีหรือการชุบโลหะผสมแทนการชุบแคดเมียม
ประเภทของสารละลายการชุบแคดเมียมที่ใช้บ่อยในการผลิต ได้แก่ การชุบแคดเมียมเชิงซ้อนของกรดอะมิโนคาร์บอกซิลิก การชุบแคดเมียมด้วยกรดซัลเฟต และการชุบแคดเมียมไซยาไนด์ นอกจากนี้ยังมีการชุบแคดเมียมไพโรฟอสเฟต การชุบแคดเมียมอัลคาไลน์ไตรเอทาโนลามีน และการชุบแคดเมียม HEDP

ดีบุกมีลักษณะเป็นสีขาวเงิน น้ำหนักอะตอม 118.7 ความหนาแน่น 7.3 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร จุดหลอมเหลว 231.89 องศา และความจุอะตอมของไดวาเลนต์และเตตระวาเลนต์ ดังนั้นค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าคือ 2.12 กรัม/เอ·ชม. และ 1.107กรัม/เอ·ชั่วโมง ตามลำดับ ดีบุกมีข้อดีคือ ต้านทานการกัดกร่อน ไม่เป็นพิษ บัดกรีเหล็กได้ง่าย มีความนุ่ม และความเหนียวที่ดี
การชุบดีบุกมีลักษณะและการใช้งานดังนี้

(1) ความเสถียรทางเคมีสูง

(2) ในลำดับเคมีไฟฟ้า ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของดีบุกจะเป็นค่าบวกต่อค่าศักย์ไฟฟ้าของเหล็ก และเป็นสารเคลือบแคโทดสำหรับเหล็ก สามารถปกป้องพื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพเฉพาะเมื่อการเคลือบไม่มีรูขุมขนเท่านั้น

(3) ดีบุกมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีและบัดกรีได้ง่าย

(4) ดีบุกตกผลึกและเริ่มกลายพันธุ์ที่ -130 องศา และจะเปลี่ยนเป็น allotrope ที่เป็นผลึกอย่างสมบูรณ์ที่ -300 องศา หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า "โรคระบาดดีบุก" ซึ่ง ณ จุดนี้ดีบุกได้สูญเสียคุณสมบัติไปโดยสิ้นเชิง ;

(5) เช่นเดียวกับการชุบสังกะสีและแคดเมียม ดีบุกสามารถเจริญเติบโตเป็นหนวดได้ภายใต้อุณหภูมิ ความชื้น และสภาวะปิดสูง ซึ่งเรียกว่าขนยาว

(6) หลังจากชุบดีบุกแล้ว สามารถละลายอีกครั้งในน้ำมันร้อนที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 231.89 องศา เพื่อให้ได้ชั้นดีบุกที่มีลวดลายมันเงา ซึ่งสามารถใช้เป็นสารเคลือบตกแต่งสำหรับของใช้ในชีวิตประจำวันได้

สังกะสีละลายได้ง่ายในกรดและด่าง จึงเรียกว่าโลหะแอมโฟเทอริก สังกะสีแทบจะไม่เปลี่ยนแปลงในอากาศแห้ง ในอากาศชื้น ฟิล์มซิงค์คาร์บอเนตพื้นฐานจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของสังกะสี ในซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และบรรยากาศทางทะเล สังกะสีมีความต้านทานการกัดกร่อนต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุณหภูมิสูง ความชื้นสูง และบรรยากาศที่เป็นกรดอินทรีย์ การเคลือบสังกะสีจะสึกกร่อนได้ง่ายมาก ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของสังกะสีคือ -0.76V สำหรับพื้นผิวเหล็ก การเคลือบสังกะสีจะเป็นการเคลือบขั้วบวก ใช้เป็นหลักเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของเหล็ก และประสิทธิภาพการป้องกันมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความหนาของสารเคลือบ

หลังจากการทู่ การย้อมสี หรือการเคลือบด้วยตัวป้องกันแสง การเคลือบสังกะสีสามารถปรับปรุงคุณสมบัติการป้องกันและการตกแต่งได้อย่างมาก ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการชุบสังกะสีและการนำสารเพิ่มความสดใสในการชุบสังกะสีที่มีประสิทธิภาพสูงมาใช้ การชุบสังกะสีได้เข้าสู่การใช้งานเชิงป้องกันและตกแต่งโดยมีจุดประสงค์ในการป้องกันที่เรียบง่าย
สารละลายการชุบสังกะสีมีสองประเภท: สารละลายการชุบไซยาไนด์ และสารละลายการชุบที่ไม่ใช่ไซยาไนด์ สารละลายการชุบไซยาไนด์แบ่งออกเป็นไมโครไซยาไนด์ ไซยาไนด์ต่ำ ไซยาไนด์ปานกลาง และไซยาไนด์สูง โซลูชันการชุบไร้ไซยาไนด์ ได้แก่ สารละลายการชุบอัลคาไลน์ซิงค์ สารละลายการชุบเกลือแอมโมเนียม สารละลายการชุบซัลเฟต และสารละลายการชุบคลอไรด์ปราศจากแอมโมเนีย สารละลายการชุบสังกะสีไซยาไนด์มีความสามารถในการปรับระดับที่ดีทำให้ได้การเคลือบที่เรียบเนียนและละเอียดอ่อน และมีการใช้ในการผลิตมาเป็นเวลานาน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไซยาไนด์มีความเป็นพิษสูงและมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรง จึงมีการนำสารละลายการชุบสังกะสีแบบไซยาไนด์ต่ำ ไมโครไซยาไนด์ และแบบไม่มีไซยาไนด์มาใช้

1. ชั้นนิกเกิลชุบด้วยไฟฟ้ามีความเสถียรมากในอากาศ เนื่องจากนิกเกิลโลหะมีความสามารถในการสร้างฟิล์มที่แข็งแกร่ง จึงสามารถสร้างฟิล์มฟิล์มบางมากบนพื้นผิวได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งสามารถต้านทานการกัดกร่อนของบรรยากาศ ด่าง และกรดบางชนิดได้
2. ผลึกนิกเกิลที่ชุบด้วยไฟฟ้านั้นมีความละเอียดมากและมีคุณสมบัติในการขัดเงาที่ดีเยี่ยม การเคลือบนิกเกิลขัดเงาสามารถมีลักษณะมันวาวเหมือนกระจกและสามารถรักษาความมันวาวได้เป็นเวลานานในบรรยากาศ ดังนั้นชั้นเคลือบด้วยไฟฟ้าจึงมักใช้ในการตกแต่ง
3. ความแข็งของการเคลือบนิกเกิลค่อนข้างสูง ซึ่งสามารถปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอของพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ได้ ในอุตสาหกรรมการพิมพ์ มักใช้การชุบนิกเกิลเพื่อปรับปรุงความแข็งของพื้นผิวตะกั่ว เนื่องจากโลหะนิกเกิลมีความคงตัวทางเคมีสูง อุปกรณ์เคมีบางชนิดจึงมักใช้การชุบนิกเกิลที่หนากว่าเพื่อป้องกันการกัดกร่อนจากตัวกลาง การชุบนิกเกิลยังใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการใช้งาน เช่น การซ่อมแซมชิ้นส่วนที่สึกหรอและสึกกร่อน และการใช้เทคโนโลยีการชุบด้วยแปรงสำหรับการชุบด้วยไฟฟ้าในท้องถิ่น กระบวนการขึ้นรูปด้วยไฟฟ้าใช้ในการผลิตแผ่นขึ้นรูปด้วยไฟฟ้า แม่พิมพ์แผ่นเสียง และแม่พิมพ์อื่นๆ ในอุตสาหกรรมการพิมพ์ ชั้นชุบนิกเกิลหนามีความทนทานต่อการสึกหรอที่ดีและสามารถใช้เป็นสารเคลือบที่ทนต่อการสึกหรอได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ได้มีการพัฒนาการชุบด้วยไฟฟ้าแบบคอมโพสิต ซึ่งสามารถสะสมการเคลือบนิกเกิลคอมโพสิตด้วยอนุภาคที่ทนต่อการสึกหรอ และมีความแข็งและความต้านทานต่อการสึกหรอสูงกว่าการชุบนิกเกิล หากใช้กราไฟท์หรือกราไฟท์ที่มีฟลูออริเนตเป็นอนุภาคที่กระจายตัว การเคลือบคอมโพสิตกราไฟท์นิกเกิล-กราไฟท์หรือฟลูออริเนตที่ได้รับนั้นจะมีการหล่อลื่นในตัวเองได้ดี สามารถใช้เป็นสารเคลือบหล่อลื่นได้ การชุบนิเกิลสีดำยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการเคลือบหรือเคลือบตกแต่งสำหรับอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตา
4. การชุบนิกเกิลมีการใช้งานที่หลากหลาย สามารถใช้เป็นสารเคลือบป้องกันการตกแต่งบนพื้นผิวเหล็ก สังกะสีหล่อ อลูมิเนียมอัลลอยด์ และโลหะผสมทองแดง เพื่อปกป้องวัสดุฐานจากการกัดกร่อนหรือมีบทบาทในการตกแต่งที่สดใส มักใช้เป็นสารเคลือบระดับกลางสำหรับสารเคลือบอื่น ๆ โดยมีการชุบโครเมียมบาง ๆ หรือชั้นทองเลียนแบบซึ่งมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่าและมีรูปลักษณ์ที่สวยงามยิ่งขึ้น สำหรับการใช้งานด้านการใช้งาน การชุบนิกเกิลหนาประมาณ 1~3 มม. บนชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมพิเศษสามารถบรรลุวัตถุประสงค์ของการซ่อมแซมได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องตกผลึกแบบหล่อแบบต่อเนื่อง แม่พิมพ์บนพื้นผิวของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ แม่พิมพ์หล่อโลหะผสม รูปร่างที่ซับซ้อนของชิ้นส่วนเครื่องยนต์การบินและอวกาศ และการผลิตชิ้นส่วนไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ ซึ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น

การเคลือบทองด้วยไฟฟ้ามีความต้านทานการกัดกร่อนสูง การนำไฟฟ้าที่ดี การเชื่อมง่าย ทนต่ออุณหภูมิสูง และความต้านทานการสึกหรอบางอย่าง (เช่น ทองคำแข็งเจือด้วยองค์ประกอบอื่นๆ อีกมากมาย) มีความสามารถในการป้องกันการเปลี่ยนสีได้ดี ในขณะเดียวกัน การเคลือบโลหะผสมทองก็มีโทนสีที่หลากหลาย และการชุบทองบนเงินสามารถป้องกันการเปลี่ยนสีได้ นอกจากนี้การเคลือบยังมีความเหนียวที่ดีและง่ายต่อการขัดเงา จึงมักถูกนำมาใช้เป็นการเคลือบเพื่อการตกแต่ง เช่น สำหรับเครื่องประดับ ชิ้นส่วนนาฬิกา และงานศิลปะ นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนการชุบด้วยไฟฟ้าที่ต้องการประสิทธิภาพของพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่มีความเสถียรในระยะยาว เช่น เครื่องมือที่มีความแม่นยำ บอร์ดพิมพ์ วงจรรวม เปลือกท่ออิเล็กทรอนิกส์ และหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม เนื่องจากราคาทองคำสูง การสมัครจึงต้องมีข้อจำกัดบางประการ

การชุบเงินป้องกันการกัดกร่อนและเพิ่มค่าการนำไฟฟ้า การสะท้อนแสง และความสวยงาม มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้า เครื่องมือ มิเตอร์ และอุปกรณ์ให้แสงสว่าง ตัวอย่างเช่น เมื่อชิ้นส่วนทองแดงหรือโลหะผสมทองแดงถูกชุบเงิน จะต้องล้างไขมันและเป็นสนิมก่อน จากนั้นจึงชุบล่วงหน้าด้วยเงินบาง ๆ หรือแช่ในสารละลายที่ทำจากเมอร์คิวริกคลอไรด์ เป็นต้น เพื่อการบำบัดด้วยการเมอร์เซอไรเซชันเพื่อให้ชั้นของ มีการชุบฟิล์มปรอทบนพื้นผิวของชิ้นส่วน ชิ้นส่วนต่างๆ ถูกใช้เป็นแคโทดและแผ่นเงินบริสุทธิ์เป็นแอโนด โดยแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์โพแทสเซียมซิลเวอร์ไซยาไนด์ที่ทำจากซิลเวอร์ไนเตรตและโพแทสเซียมไซยาไนด์ และชุบด้วยไฟฟ้า การชุบเงินไร้ไซยาไนด์ยังใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เครื่องใช้ไฟฟ้าและเครื่องมือต่างๆ สารละลายการชุบด้วยไฟฟ้าใช้ไธโอซัลเฟต, ซัลไฟต์, ไทโอไซยาเนต, เฟอร์โรไซยาไนด์ ฯลฯ เพื่อป้องกันไม่ให้การชุบเงินเปลี่ยนสี โดยปกติจำเป็นต้องผ่านการบำบัดหลังการชุบ โดยส่วนใหญ่เป็นการทำให้สดใสขึ้น การทำทู่ด้วยสารเคมีและไฟฟ้าเคมี การชุบโลหะมีค่าหรือโลหะหายาก หรือการเคลือบชั้นเคลือบ

ข้างต้นคือความแตกต่างระหว่างกระบวนการชุบโลหะหลัก 8 กระบวนการ โดยทั่วไปจะใช้การชุบโครเมี่ยม การชุบนิเกิล และการชุบทองก๊อกน้ำห้องครัว.