การชุบโครเมี่ยม คืออะไร? ความรู้เกี่ยวกับ ‘วิธีชุบโครเมี่ยม’

โครเมี่ยม (Chromium) คืออะไร?

ก่อนที่จะพูดถึงเรื่อง การชุบโครเมี่ยม มาดูกันก่อนที่กว่าว่า โครเมี่ยม (Chromium) คืออะไร

Chromium คือ ธาตุชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติเป็นโลหะ มักจะอยู่ในรูปออกไซด์ผสม พูดง่ายๆ คือ โลหะ Transition จะมีความพิเศษที่จุดหลอมเหลวสูง นำไฟฟ้าได้ดี ที่สำคัญคือ ให้ความเงาและเพิ่มความทนทานได้ดี จึงนิยมนำวัสดุบางอย่างมาใช้กับโครเมี่ยม เช่น นำไปใช้เคลือบผิวโลหะ เพื่อความแข็งแรงทนทาน ป้องกันการกัดกร่อน เตรียมความพร้อมของพื้นผิว ให้มันวาวสวยงามยาวนานยิ่งขึ้น หรือเป็นส่วนหนึ่งของเหล็กกล้า เพื่อทำตู้นิรภัย เกราะกันกระสุน ฯลฯ

การชุบโครเมี่ยม คืออะไร?

การชุบโครเมี่ยม จะเป็นการชุบเคลือบผิวโลหะหรือพลาสติก เพื่อให้เกิดความเงางามและแข็งแรงทนทาน โดยการใช้ไฟฟ้ามาเป็นตัวช่วยในการเคลือบ มักจะนิยมใช้ในงานอะไหล่และชิ้นส่วนของยานยนต์ ไม่ว่าจะรถยนต์ มอเตอร์ไซค์ ฯลฯ โดยเฉพาะ หรือบางทีก็จะใช้ในงานบรรจุภัณฑ์เครื่องสำอาง หรือ เครื่องประดับ เช่น การเคลือบผิวนิเกิล เพื่อให้อายุการใช้งานยาวนานมากขึ้น ฯลฯ ในขณะที่ชุบโครเมี่ยมราคาจะไม่สูงเท่าการเคลือบที่ใช้สารละลายนิเกิลซัลเฟต

ส่วนระหว่างการชุบโครเมี่ยมพลาสติกและเหล็กชุบโครเมี่ยม จะแตกต่างกันที่วิธีการ เพราะพลาสติกหรือโลหะบางประเภทอาจละลายในบางขั้นตอนได้ ทำให้วิธีการจะซับซ้อนมากกว่า

วิธีชุบโครเมี่ยม-โลหะอะลูมิเนียม

ชิ้นส่วนยานยนต์อย่างตัวถังต้องผ่านการชุบและเคลือบเพื่อความสวยงามและคงทน via Pixabay

1. เตรียมวัสดุที่จะชุบโครเมี่ยม

   เริ่มจากการคัดแยก เตรียมผิววัสดุให้ผิวเรียบเนียนมากที่สุด เช่น ขัด ซ่อมแซม ฯลฯ จากนั้นจึงนำวัสดุไปทำความสะอาด เช่น ใช้โซดาไฟแช่ในฮีตเตอร์ ที่อุณหภูมิ 60-70 องศาเซลเซียส ประมาณ 5-10 นาที แล้วนำไปจุ่มในบ่อล้างไฟฟ้า (แต่จะต้องระวังพวกพลาสติกหรือโลหะบางประเภทละลายในสารละลายอัลคาไลน์) ไม่เช่นนั้นหลังจากชุบโครเมี่ยมผิวจะไม่เรียบเนียน เป็นรอยขรุขระ

2. กัดผิววัสดุ

   หลังจากเตรียมวัสดุแล้ว ก่อนจะนำไปชุบโครเมี่ยม ขอแนะนำให้กัดผิววัสดุอีกรอบด้วย สารละลาย ประเภท-ความเข้มข้น-อุณหภูมิ-เวลา ที่เหมาะสมกับแต่ละเนื้องานก่อน เพื่อให้เคลือบได้เรียบเนียนและติดแน่นทนนานมากขึ้น

3. ชุบโครเมี่ยม

   ต่อไปก็จะเป็นกระบวนการชุบ ซึ่งไม่ได้เริ่มจากการชุบโครเมี่ยม แต่จะเริ่มจากการชุบทองแดง ประมาณ 0.1 ไมโครเมตร > ชุบทองแดงเงา ประมาณ 30 ไมโครเมตร > นิเกิลเงา > ปิดท้ายด้วยการชุบโครเมี่ยม เท่านี้ก็เรียบร้อย

วิธีการชุบโครเมี่ยมพลาสติก

การชุบโครเมี่ยมพลาสติก มีวิธีชุบโครเมี่ยมที่ไม่ต่างจากการเคลือบโลหะเท่าไหร่นัก อย่างที่บอกไปก่อนหน้านี้ว่า อาจจะมีวิธีการที่ซับซ้อนและละเอียดกว่าเล็กน้อย คือ

ในส่วนของการเตรียมวัสดุ การทำความสะอาดจะใช้สารละลายอัลคาไลน์ที่ไม่ทำลายวัสดุ จากนั้นจึงนำไปจุ่มสารอะซิโตนประมาณ 15 วินาทีแทน ต่อมาจะใช้กรดและฮีตเตอร์คนละประเภทกับที่ชุบโลหะ แล้วล้างด้วยไฮโดรคลอริก 30% ประมาณ 10 นาที จากนั้นชุบด้วยสารละลาย PdCl4 และ SnCl4 เพื่อให้โครเมี่ยมเกาะได้อย่างมีประสิทธิภาพ แล้วนำไปจุ่มสารละลายกรดไฮโดรคลอริก เพื่อเร่งปฏิกิริยา แล้วปิดท้ายด้วยการชุบสารต่างๆ เหมือนการชุบโลหะ แต่จะต่างที่วิธีชุบ อุณหภูมิ และระยะเวลา

การชุบผิวชั้นโครเมี่ยม ด้วย Trivalent chromium vs Hexavalent chromium

นอกจากคำว่า “โครเมี่ยม” แล้ว หากแยกประเภทออกมา บางท่านอาจจะพอคุ้นชื่อของ hexavalent chromium และ trivalent chromium มาดูกันดีกว่าว่า ทั้ง 2 แบบต่างกันยังไงบ้าง

1. โครเมี่ยมไตรวาเลนท์ (Trivalent Chromium)

   หนึ่งในวิธีการชุบโครเมี่ยม เพื่อใช้ในการตกแต่ง จะใช้โครเมี่ยมซัลเฟตหรือโครเมียมคลอไรด์เป็นส่วนประกอบหลัก แทนที่จะเป็นโครเมี่ยมไตรออกไซด์ จึงทำให้โครเมี่ยมไตรวาเลนท์มีโอกาสเป็นพิษน้อยกว่า จึงค่อนข้างเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและผู้ใช้งานมากกว่า Hexavalent Chromium อีกทั้ง ลักษณะหลายอย่างก็ออกมาค่อนข้างคล้ายกัน โดยการชุบโครเมี่ยมแบบไตรวาเลนท์จะให้ทนทานต่อรอยขีดข่วนและการกัดกร่อนไม่แพ้กัน รวมถึงมีสีสันให้เลือกหลากหลาย แต่เสียดายที่ความสวยเงางามอาจไม่เท่าและกระบวนการอาจควบคุมได้ยากกว่า ถ้าไม่ชำนาญอาจจะพลาดได้

2. โครเมี่ยมเฮกซะวาเลนต์ (Hexavalent Chromium)

   Hexavalent Chromium คือ หนึ่งในวิธีชุบโครเมี่ยมที่สำคัญต่อหลากหลายอุตสาหกรรม เนื่องจากให้ความสวยเงางามและทนทาน โดยประหยัดทุนได้มากกว่า แบบโครเมี่ยมไตรวาเลนท์หลายเท่า โดยจะใช้สารโครเมี่ยมไตรออกไซด์มาเป็นตัวหลัก แต่ยังมีข้อเสียบางประการ คือ มีความเป็นพิษ ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและผู้ที่ทำงานชุบโครเมี่ยม จำเป็นที่จะต้องมีอุปกรณ์ป้องกันและบำบัด ก่อนกำจัดหรือปล่อยสู่ธรรมชาติให้ถูกวิธี เพื่อลดผลกระทบเหล่านั้น

ควรเลือกชุบโครเมี่ยมแบบไหน?

หากจะถามว่า ควรเลือกการชุบโครเมี่ยมแบบไหนดีก็อาจจะต้องพิจารณาจากเรื่องความสวยงามและงบประมาณ ถ้างบไม่มาก อยากได้ครบทั้งความทนทาน สวยงาม และประหยัดก็อาจจะต้องเลือก Hexavalent Chromium แต่ถ้ามีงบมากหน่อย อยากชูจุดขายเรื่องสิ่งแวดล้อมด้วยก็อาจจะลองเลือกชุบด้วย Trivalent Chromium

เมื่อการชุบโครเมี่ยมไม่ใช่คำตอบสุดท้าย อะไรคือทางเลือกแห่งอนาคต?

ถึงแม้ว่าการชุบโครเมี่ยมนั้นจะอยู่คู่กับอุตสาหกรรมการผลิตชิ้นส่วนมานาน แต่ด้วยความที่ในกระบวนการชุบโครเมี่ยม หรือตัวโครเมี่ยมเองในฐานะที่เป็นสารประกอบนั้น ก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพและส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้เกิดการค้นคว้าเพื่อหาตัวเลือกอื่นๆ ที่เป็นกระบวนการที่ไม่ใช่โครเมี่ยมเป็นสารประกอบ (Non-chromium) และต้องเป็นวิธีที่ให้ผลลัพธ์ที่มีคุณภาพ มีความปลอดภัย และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่า

อ้างอิงจากบทความวิชาการหัวข้อเรื่อง ‘Chromate replacement: what does the future hold?’ ที่ผู้ศึกษาได้นำเสนอตัวอย่างของเทคโนโลยีการชุบและเคลือบในแบบอื่นที่ไม่ใช้โครเมี่ยมเป็นสารประกอบ และเป็นกระบวนการที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในระดับที่น้อยกว่า ได้แก่ Rare-earth-based coatings, Vanadate-based coatings, Lithium-containing coatings, Organic coatings and nanocomposites และ Phosphate coatings ซึ่งแต่ละวิธีนั้นอาจมีความเหมาะสมกับวัสดุและมีผลลัพธ์ที่แตกต่างกันออกไป แต่ยังต้องมีการศึกษาและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

บทความจากเว็บไซต์ SAE.org องค์กรไม่แสวงผลกำไรที่ส่งเสริมการพัฒนาของอุตสาหกรรมชิ้นส่วนอากาศยานและวิศวกรรมยานยนต์ยังได้กล่าวถึง PVD Coating ในฐานะที่เป็นหนึ่งตัวเลือกที่ได้รับความนิยมในอุตสาหกรรมชิ้นส่วนอากาศยาน แทนที่การผลิตชิ้นส่วนแบบชุบโครเมี่ยมหรือการชุบฮาร์ดโครม (Hard Chrome) ผู้เขียนชี้ให้เห็นว่า เมื่อเทียบกับการชุบโครเมี่ยมที่ต้องใช้ Hexavalent Chromium ‘การชุบ PVD’ ถือว่าไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพในกระบวนผลิต เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า อีกทั้งยังผ่านการรับรองโดย REACH (ย่อมาจาก Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) ซึ่งเป็นกฎหมายที่ว่าด้วยการจดทะเบียน การประเมิน การอนุญาต และการจำกัดการใช้สารเคมีของสหภาพยุโรป

แม้แต่ Airbus ผู้ผลิตและประกอบเครื่องบินรายใหญ่ของโลกยังเขียนถึงประเด็นนี้หลายครั้งในนิตยสาร FAST ของ Airbus ว่าการค้นหารูปแบบการชุบเคลือบมาแทนที่การชุบโครเมี่ยมเป็นภารกิจที่องค์กรนั้นไม่เพิกเฉยและให้ความสำคัญอย่างมาก ชี้ให้เห็นถึงทิศทางของอุตสาหกรรมชิ้นส่วนที่เริ่มถอยห่างจากการชุบโครเมี่ยม และการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ ในการผลิตชิ้นส่วนอยู่เสมอ

สรุป

ถึงแม้ว่าอาจจะเรียกว่าการ “ชุบโครเมี่ยม” เหมือนกัน แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นอาจจะมีรายละเอียดในแต่ละขั้นตอนอาจต่างกัน หรือประเภทของเคมีที่ใช้ต่างกัน ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ของการผลิตและการนำไปใช้งาน ดังนั้น ไม่ว่าจะเลือกรูปแบบการเคลือบแบบใด ควรศึกษาการชุบเคลือบและสอบถามผู้ให้บริการที่มีความเชี่ยวชาญมากพออย่าง Thai Parkerizing ที่เป็นผู้นำทางด้านเทคโนโลยีการเคลือบเตรียมผิวและชุบโลหะสำหรับวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย (รวมทั้งบริการ PVD Coating ที่เรากล่าวถึงในส่วนของทางเลือกแห่งอนาคต) เพื่อให้ได้ผลงานที่เหมาะสมและมีประสิทธิภาพ สวยงาม ทนทาน คุ้มค่าสมกับการลงทุนมากที่สุด