Alkaline Copper Strike — ชั้นรองพื้นทองแดง

การชุบทองแดงด้วยสารละลายด่างเป็นที่นิยมเพราะมีคุณสมบัติที่โดดเด่นหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการชุบโลหะที่ทำปฏิกิริยากับกรดได้ง่าย เช่น เหล็ก และสังกะสี หากนำโลหะเหล่านี้ไปชุบในสารละลายกรดโดยตรงจะทำให้เกิดปฏิกิริยารุนแรงและทำให้ผิวชิ้นงานเสียหาย แต่สารละลายด่างจะช่วยป้องกันไม่ให้โลหะฐานถูกทำลาย และยังช่วยเพิ่มการยึดเกาะของทองแดงบนผิวได้อย่างยอดเยี่ยม

นอกจากนี้ สารละลายด่างยังมีการ กระจายตัว (Throwing Power) ที่ดีเยี่ยม ทำให้สามารถเคลือบผิวได้ทั่วถึงแม้จะเป็นชิ้นงานที่มีรูปทรงซับซ้อน เช่น มีซอกมุมหรือส่วนเว้าโค้ง ทำให้ได้ชั้นเคลือบที่สม่ำเสมอ และโดยธรรมชาติแล้ว การชุบทองแดงด่างจะให้ชั้นเคลือบที่บางและมีผิวด้านเล็กน้อย ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเป็น ชั้นรองพื้น (Undercoat) ก่อนที่จะชุบชั้นที่หนาขึ้นในขั้นตอนต่อไป

ประเภทหลักของการชุบทองแดงด่าง

• แบบใช้ไซยาไนด์ (Cyanide-based): วิธีนี้เป็นวิธีดั้งเดิมที่ให้ผลลัพธ์การยึดเกาะที่ยอดเยี่ยมและเชื่อถือได้สูง ทำให้ยังคงเป็นที่นิยมในบางอุตสาหกรรม แต่เนื่องจากสารไซยาไนด์มีความเป็นพิษสูงมาก จึงต้องมีการจัดการด้านความปลอดภัยและการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อป้องกันอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงานและสิ่งแวดล้อม
• แบบไม่ใช้ไซยาไนด์ (Non-cyanide-based): วิธีนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นมาเพื่อทดแทนการใช้ไซยาไนด์ โดยมุ่งเน้นที่การลดอันตรายและความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมลงอย่างมาก แม้ว่าจะไม่ใช่สารละลายด่างแบบดั้งเดิม แต่ก็ให้คุณภาพการยึดเกาะและการเคลือบที่ดีเยี่ยม ทำให้เป็นทางเลือกที่ปลอดภัยกว่าและได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ ในปัจจุบัน

การชุบทองแดงด่าง (Alkaline Copper Plating) คือกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าที่ใช้สารละลายที่มีความเป็นด่าง (pH สูง) เคลือบทองแดงลงบนชิ้นงาน โดยทั่วไปสารละลายกลุ่มนี้มักมีสารประกอบไซยาไนด์ซึ่งมีความเป็นพิษสูงและต้องควบคุมอย่างเคร่งครัด

ทำไมต้องชุบทองแดงด่าง: มีบทบาทสำคัญเมื่อชุบโลหะฐานอย่างเหล็กหรือสังกะสีก่อนเข้าสู่ขั้นตอนชุบกรด (เช่น Acid Copper/Ni/Cr) เพื่อเพิ่มการยึดเกาะและลดปัญหาปฏิกิริยาแทนที่ (displacement).

• สร้างชั้นรองพื้น (Undercoat): เตรียมผิวให้พร้อมสำหรับกระบวนการชุบขั้นต่อไป
• เพิ่มการยึดเกาะ: สารละลายด่างช่วยคายคราบออกไซด์/ปรับสภาพผิว ทำให้ทองแดงยึดเกาะได้แน่นกว่าการลงบ่อกรดโดยตรง
• ป้องกันการปนเปื้อน: ลดการละลายของโลหะฐานเข้าสู่บ่อขั้นถัดไป (เช่น Ni/Cr) ช่วยคงคุณภาพน้ำยา
• ช่วยเพิ่มความหนารวม: เติมเต็มความไม่เรียบของผิวและเพิ่มความทนทานโดยรวมของชิ้นงาน
• เป็นตัวกลาง: ทำให้ชั้นโลหะมีค่าอื่น ๆ (เช่น นิกเกิล/โครเมียม) เกาะติดบนโลหะฐานได้ดียิ่งขึ้น

• โลหะคอปเปอร์ (Copper Metal): ความเข้มข้นของทองแดงในสารละลายควรอยู่ระหว่าง 37.5–60 กรัม/ลิตร (g/L) ซึ่งเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่ออัตราการชุบและความสม่ำเสมอของชั้นเคลือบ หากความเข้มข้นต่ำเกินไปจะทำให้การชุบช้าลงและคุณภาพของชั้นเคลือบไม่ดีเท่าที่ควร
• ฟรีโพแทสเซียมไซยาไนด์ (Free Potassium Cyanide): สารนี้ทำหน้าที่เป็นตัวจับไอออนทองแดงในสารละลายให้อยู่ในรูปเชิงซ้อนและช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้า ควรควบคุมปริมาณให้อยู่ในช่วง 15–23 กรัม/ลิตร (g/L) หากปริมาณน้อยเกินไปจะทำให้ไอออนทองแดงตกตะกอน แต่ถ้ามากเกินไปจะส่งผลให้ประสิทธิภาพการชุบลดลงและเพิ่มอันตรายมากขึ้น
• อุณหภูมิ (Temperature): อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการชุบอยู่ระหว่าง 60–82 °C การควบคุมอุณหภูมิให้คงที่ช่วยให้ปฏิกิริยาเคมีดำเนินไปอย่างเสถียร ส่งผลต่อความเรียบเนียนและความหนาของชั้นเคลือบ
• การคนสารละลาย (Agitation): การคนสารละลายเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ไอออนทองแดงเคลื่อนที่ไปสู่ชิ้นงานได้อย่างทั่วถึง สามารถทำได้โดยการเป่าลม หรือขยับชิ้นงานไปมาในระหว่างการชุบ ซึ่งจะช่วยให้ชั้นเคลือบสม่ำเสมอและลดโอกาสเกิดฟองอากาศหรือคราบ
• การกรองสารละลาย (Filtration): การกรองเป็นสิ่งจำเป็น เพื่อกำจัดสิ่งสกปรกและอนุภาคต่างๆ ที่อาจปนเปื้อนในสารละลาย ซึ่งช่วยป้องกันการเกิดตำหนิบนผิวชิ้นงานและยืดอายุการใช้งานของบ่อชุบ
• ความต่างศักย์ (Voltage): แรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมสำหรับการชุบทองแดงด่างอยู่ระหว่าง 1–3 โวลต์ การควบคุมแรงดันให้อยู่ในช่วงนี้จะช่วยให้การชุบเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพและได้ชั้นเคลือบที่มีคุณภาพตามที่ต้องการ

นี่คือขั้นตอนโดยละเอียดในการเตรียมน้ำยาชุบทองแดงด่างแบบไซยาไนด์ ซึ่งจำเป็นต้องทำอย่างระมัดระวังและเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัย

ขั้นตอนที่ 1: การละลายสารเคมี

• เติมน้ำและให้ความร้อน: เติมน้ำกลั่นลงในถังผสมประมาณครึ่งหนึ่งของปริมาตรที่ต้องการ แล้วให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิประมาณ 49 °C เพื่อช่วยในการละลายสารเคมี
• ละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์และโซเดียมไซยาไนด์: ค่อยๆ เติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) และโซเดียมไซยาไนด์ (NaCN) ลงในน้ำร้อนตามปริมาณที่กำหนด และคนให้ละลายจนหมด
• ละลายคอปเปอร์ไซยาไนด์: เมื่อสารละลายชุดแรกละลายหมดแล้ว ให้เติมคอปเปอร์ไซยาไนด์ (CuCN) ซึ่งเป็นแหล่งไอออนทองแดง แล้วคนต่อเนื่องจนละลายหมด

ขั้นตอนที่ 2: การทำความสะอาดน้ำยา

• เติมน้ำกลั่น: เติมน้ำกลั่นเพิ่มจนได้ปริมาตรประมาณ 3 ใน 4 ของปริมาตรสุดท้าย
• เติมผงกรองดำและกวน: เติมผงกรองดำ (Activated Carbon) เพื่อดูดซับสารอินทรีย์ที่อาจปนเปื้อน ควบคุมอุณหภูมิให้คงที่และกวนเป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นปิดฮีตเตอร์และหยุดการกวน
• กรองน้ำยา: กรองจนได้สารละลายใสสะอาดและไม่มีผงกรองดำคงค้าง

ขั้นตอนที่ 3: การเตรียมบ่อชุบให้พร้อมใช้งาน

• ปรับปริมาตรสุดท้าย: เติมน้ำกลั่นจนได้ปริมาตรสุดท้ายตามที่กำหนด
• อุ่นน้ำยาและทำดัมมี่ชุบ: อุ่นน้ำยาให้อยู่ในอุณหภูมิทำงาน จากนั้นทำดัมมี่ชุบที่ประมาณ 0.5 A/dm² เป็นเวลา 4–6 ชั่วโมง (หรือข้ามคืน) พร้อมกวนสารละลายอย่างสม่ำเสมอ เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนและปรับสภาพบ่อให้พร้อมใช้งานจริง