นิกเกิลบนเหล็กต้องรองพื้นทองแดงไหม? เปรียบเทียบข้อดี–ข้อเสีย

บทนำ

คำถามยอดฮิตของการชุบตกแต่งและการปกป้องผิวเหล็ก: ต้องมีชั้นทองแดงก่อนชุบนิกเกิลหรือไม่?

การใช้ทองแดงรองพื้นก่อนชุบนิกเกิลบนเหล็ก ไม่ได้จำเป็นเสมอไป แต่จะถูกเลือกใช้เมื่อต้องการคุณสมบัติเฉพาะด้าน เช่น ความเงางามระดับสูง หรือการเติมเต็มร่องรอยบนพื้นผิว การพิจารณาขึ้นอยู่กับการประเมิน ความเสี่ยง (สนิม) และความสวยงาม/ความทนทาน

1.เหตุผลที่ทองแดงมีประโยชน์: เหล็กและนิกเกิลมีศักย์ไฟฟ้าต่างกันเล็กน้อย แต่การใช้ ทองแดงชุบเริ่มต้น (Copper Strike) บางๆ ก่อนจะช่วยเป็น ตัวกลาง ที่เชื่อมโลหะทั้งสองเข้าด้วยกัน ทำให้การยึดเกาะดีขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนผิวเหล็กที่ไม่สะอาดสมบูรณ์

2.เมื่อต้องใช้ทองแดง: หากพื้นผิวเหล็กตั้งต้นมีความหยาบหรือมีรอยขีดข่วนเล็กน้อย การใช้ ทองแดงกรด (Acid Copper) เป็นสิ่งจำเป็น เพราะทองแดงมีความอ่อนและมีคุณสมบัติ ปรับผิวให้เรียบเสมอกัน (Leveling) ได้ดีเยี่ยม ทองแดงจะไหลตัวเข้าไปเติมเต็มร่องรอยเหล่านี้ ก่อนชุบนิกเกิลเงาเพื่อให้ได้ผิวที่มันวาวสูงสุด

3.หากชุบนิกเกิลหนาแน่นพอ ทองแดงที่อยู่ใต้ชั้นนิกเกิลจะช่วยเสริมการป้องกันโดยรวมได้ หากชั้นนิกเกิลที่เคลือบอยู่ด้านบนเกิด รูพรุนหรือมีรอยร้าว น้ำและความชื้นจะซึมลงไปถึงชั้นทองแดง เมื่อทองแดงสัมผัสกับเหล็กจะเกิดการกัดกร่อนแบบกัลวานิก ซึ่งเร่งให้เหล็กเป็นสนิมแดงเร็วขึ้นกว่าการที่นิกเกิลสัมผัสเหล็กโดยตรงเสียอีก ดังนั้นงานที่เน้นความทนทานสูงในสภาพแวดล้อมรุนแรง มักจะหลีกเลี่ยงทองแดง และใช้ นิกเกิลสองชั้น (Duplex Nickel) หรือ นิกเกิลไร้กระแสไฟฟ้า (EN) เพื่อเพิ่มความหนาแน่น/ลดรูพรุนแทน

4.การตัดทองแดง: การเลือกใช้ทองแดงด่างและทองแดงกรดรองพื้น แล้วชุบนิกเกิลโดยตรง จะช่วย ลดขั้นตอน การชุบ (ลดเวลาในบ่อ) และ ลดต้นทุน ในการจัดการน้ำยา (โดยเฉพาะหากเป็นทองแดงไซยาไนด์ ซึ่งมีความอันตรายและมีข้อกำหนดในการจัดการสูง) ทำให้สายงานผลิตสั้นและมีเสถียรภาพมากขึ้นสำหรับงานทั่วไป

หากคุณผลิตชิ้นส่วน โครเมียมเงาแวววาวบนรถยนต์ ที่ต้องเก็บผิวให้เรียบ ทองแดงเป็นตัวเลือกที่ดี แต่ถ้าคุณผลิต ชิ้นส่วนเครื่องจักร หรือ ชิ้นส่วนใช้งานกลางแจ้ง ที่ต้องการเกราะป้องกันสนิมที่ไว้วางใจได้

คำตอบสั้น ๆ

การยึดเกาะ & ศักย์ไฟฟ้าเคมี

ทองแดง strike (cyanide/pyrophosphate) หรือ acid copper ที่บางมาก สามารถทำหน้าที่เป็นสะพานโลหะระหว่างเหล็กกับชั้นบน ช่วยลดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีเฉียบพลันและเพิ่มพื้นที่สัมผัสเชิงจุลภาค ทำให้การยึดเกาะดีขึ้น

ทางเลือก: Wood’s nickel strike (NiCl₂ + HCl) ให้การ active ผิวเหล็กและสร้างชั้นนิกเกิลบางที่ยึดเกาะสูง ก่อนขึ้น semi-bright/bright Ni โดยไม่ต้องผ่านทองแดง

กั้นการแพร่ & กันสนิม

ทองแดงมีความต้านทานการกัดกร่อนไม่สูงนัก เมื่อมีรูพรุนอาจกลายเป็นแคโทดเทียบกับเหล็ก ทำให้เหล็กเป็นแอโนดและเกิดสนิมเร็วขึ้น ดังนั้นในระบบตกแต่งสมัยใหม่จึงพึ่งพา ชั้นนิกเกิล (semi-bright/bright/duplex) เป็นเกราะกั้นการแพร่และความชื้น

ในงานที่ต้องการปกป้องสูง แนะนำ duplex Ni หรือ EN (Electroless Ni) เป็น underlayer เพื่อเพิ่มความหนาแน่น/ลดรูพรุน ก่อนชั้นตกแต่ง

ความแข็ง & ความเรียบ

ตัวเลือกสแต็คกระบวนการ

โหมดการล้มเหลวที่พบบ่อย

• ลอก/พอง จากการเตรียมผิว/activation ไม่สมบูรณ์ หรือ strike ไม่เพียงพอ
• สนิมแดงผ่านรูพรุน โดยเฉพาะเมื่อมีทองแดงใต้ชั้น Ni ที่พรุน → เซลล์กัลวานิก
• สี/ความเงาไม่สม่ำเสมอ เมื่อพื้นฐานหยาบและไม่มี acid copper ช่วย leveling

เช็กลิสต์ก่อนตัดสินใจ

ตัวอย่างอุตสาหกรรม

• ชิ้นส่วนตกแต่งรถยนต์: duplex Ni + micro-porous Cr; ทองแดงใช้เมื่อผิวฐานต้องเก็บผิวหนัก
• ฮาร์ดแวร์บ้าน (ลูกบิด/บานพับ): Wood’s strike + Ni เงา; บางรุ่นเพิ่ม acid copper เพื่อความเรียบ
• ชิ้นส่วนเครื่องกล: sulfamate Ni หนา/EN เป็น underlayer ฟังก์ชัน

สรุป

ทองแดงรองพื้นมีประโยชน์มากในงานที่ต้องการความเรียบ/ความงาม แต่ไม่จำเป็นเสมอไปสำหรับงานฟังก์ชันหรือสภาพกัดกร่อนจัด หากควบคุมการเตรียมผิวและใช้ strike/ชั้น Ni ที่เหมาะสม

พิจารณาตามเป้าหมายงาน งบ และความเสี่ยงด้านกัลวานิก เลือกสแต็คที่สมดุลระหว่างคุณภาพและต้นทุน

ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง

• บทความ: การชุบทองเหลืองบนเหล็ก & โลหะรองพื้น
• ผลิตภัณฑ์สำหรับงาน Plating
• Protective Treatment