ชั้นรองพื้นมีไว้ทำไม?
การเคลือบผิวด้วยทองเหลือง (Brass Plating) เป็นกระบวนการที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมการตกแต่งและการผลิตชิ้นส่วนที่ต้องการความสวยงามและทนทาน เช่น อะไหล่ยานยนต์ เครื่องประดับ เฟอร์นิเจอร์ และอุปกรณ์ทางสถาปัตยกรรม แต่เมื่อชิ้นงานหลักเป็นเหล็ก การชุบทองเหลืองโดยตรงจะก่อให้เกิดปัญหาทั้งด้านคุณภาพและอายุการใช้งาน
โลหะรองพื้นอย่าง ทองแดง หรือ นิกเกิล จึงทำหน้าที่เป็น “สะพานเชื่อม” ระหว่างเหล็กกับทองเหลือง ช่วยเพิ่มการยึดเกาะ ลดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี และคุมโทน/ความสม่ำเสมอของผิว
ปัญหาการยึดเกาะและปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี: เหล็กและทองเหลืองมีศักย์ไฟฟ้าที่แตกต่างกันอย่างมาก การชุบทองเหลืองบนเหล็กโดยตรงจะทำให้เกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี (Galvanic Corrosion) ที่รุนแรง ชั้นทองเหลืองจะยึดเกาะได้ไม่ดีและลอกหลุดง่ายในที่สุด แต่การมีชั้นรองพื้น เช่น ทองแดง หรือ นิกเกิล จะช่วยลดความแตกต่างทางศักย์ไฟฟ้านี้ ทำให้พันธะระหว่างชั้นเคลือบและโลหะฐานแข็งแรงและคงทนมากขึ้น การป้องกันการกัดกร่อน: เหล็กไวต่อการเกิดสนิมเมื่อสัมผัสกับอากาศและความชื้น ชั้นรองพื้นจะทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันไม่ให้เหล็กเกิดสนิม โดยเฉพาะ นิกเกิล ที่มีคุณสมบัติในการป้องกันการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม นอกจากนี้ยังช่วยป้องกันการแพร่ของคาร์บอนจากเหล็ก ซึ่งอาจทำให้สีของทองเหลืองหมองคล้ำและเกิดจุดด่างดำในภายหลัง การควบคุมความสม่ำเสมอของผิวและสี: ชั้นรองพื้นช่วยปรับปรุงพื้นผิวของชิ้นงานให้มีความเรียบเนียนและสม่ำเสมอก่อนการชุบขั้นสุดท้าย การชุบทองเหลืองลงบนฐานที่เรียบและเงาอย่างนิกเกิลจะช่วยให้ได้สีที่สม่ำเสมอทั่วทั้งชิ้นและมีความเงางามที่เหนือกว่า
ปัญหาการยึดเกาะ
เหล็กและทองเหลืองมีศักย์ไฟฟ้าแตกต่างกันชัด หากนำเหล็กลงชุบทองเหลืองโดยตรง พื้นผิวเหล็กทำหน้าที่เป็น Anode ส่วนทองเหลืองเป็น Cathode เกิดเซลล์ไฟฟ้าเคมีในสารละลายชุบ ส่งผลให้เหล็กกัดกร่อนเร็ว ชั้นทองเหลืองยึดเกาะไม่ดีและหลุดร่อน
การใส่ชั้น ทองแดง/นิกเกิล ตรงกลางช่วยทำให้ศักย์ใกล้กันขึ้นและสร้างพันธะโลหะที่แข็งแรงกับพื้นผิวเหล็ก จึงลดการกัดกร่อนและเพิ่มอายุการใช้งานของงานชุบ
ความแข็ง & การสึกหรอ
ชั้นรองพื้น ทองแดง ให้การยึดเกาะดี แต่ความแข็งราว ~100 HV จึงทนรอยขีดข่วนได้น้อย ขณะที่ นิกเกิล แข็ง ~200–500 HV ทนต่อการเสียดสีสูง
ในงานที่ถูกสัมผัสบ่อย (ลูกบิด กุญแจ ชิ้นส่วนเครื่องจักร) การวางชั้น นิกเกิล 5–15 µm เป็นเกราะรับแรง ก่อนชุบทองเหลือง จะช่วยให้ผิวทนทานขึ้นมาก
การแพร่คาร์บอน & กันสนิม
เหล็กมีคาร์บอนผสมอยู่ เมื่อเวลาผ่านไปคาร์บอนอาจแพร่ขึ้นสู่ผิว ก่อให้เกิดความหมองหรือจุดด่างบนทองเหลือง
นิกเกิล เป็นชั้นกั้นการแพร่ที่ดี โครงสร้างหนาแน่นช่วยกันออกซิเจน/ความชื้นไม่ให้ถึงเหล็ก ลดความเสี่ยงการเกิดสนิม โดยเฉพาะสภาพชื้นหรือใกล้ทะเล
คุณภาพผิว & ความสวยงาม
นิกเกิลเงา ช่วยปรับผิวให้เรียบและเงางามเหมือนกระจก เมื่อชุบทองเหลืองทับ จะได้โทนสีสวย สม่ำเสมอ และคงความเงาได้นาน
ตรงกันข้าม หากชุบลงบนผิวเหล็กที่หยาบ/พรุน สีทองเหลืองมักด่าง ไม่สม่ำเสมอ และเสื่อมสภาพเร็ว
ตัวอย่างการประยุกต์
- เครื่องดนตรีทองเหลือง (เช่น แซกโซโฟน/ทรัมเป็ต): มักใช้หลายชั้น ทองแดง → นิกเกิล → ทองเหลือง เพื่อคุณภาพเสียง ความเงางาม และความทนทาน
- ของตกแต่งบ้าน (ลูกบิด/ราวแขวน/เฟอร์นิเจอร์): ต้องการผิวสวยและทนต่อการสัมผัสบ่อย ชั้นนิกเกิลช่วยลดการสึกกร่อนและสนิม
- อะไหล่ยานยนต์ (กรอบไฟ โลโก้ ชิ้นส่วนตกแต่ง): ใช้นิกเกิลก่อนเพื่อความทนทานต่อความร้อน น้ำ ฝุ่น และเกลือบนถนน
สรุป
การชุบทองเหลืองบนเหล็กโดยตรงนำไปสู่ปัญหาการยึดเกาะ สนิม และเปลี่ยนสีอย่างรวดเร็ว การใช้ ทองแดง เป็นรองพื้นช่วยด้านการยึดเกาะ ส่วน นิกเกิล เพิ่มความแข็ง/ทนสึก ป้องกันการแพร่คาร์บอนและสนิม พร้อมยกระดับความเงางาม
งานที่ต้องการคุณภาพสูงในอุตสาหกรรมจึงนิยมลำดับ ทองแดง → นิกเกิล → ทองเหลือง เพื่อให้ได้ผิวที่สวย ทน และอายุการใช้งานยาวนาน