ประเภทของการชุบเหล็กที่ครอบคลุม|มาตรฐาน JIS และขั้นตอนการคัดเลือกที่เหมาะสมที่สุด

ที่นี่การชุบโลหะทั้งหมด　เกี่ยวกับ"มุ่งเลือกการชุบที่เหมาะสมที่สุดจากกลไกการกัดกร่อนของเหล็ก"กำลังจดบันทึกข้อมูลสำหรับ

ในฐานะวิศวกรออกแบบเครื่องจักร แม้จะมีความมั่นใจในการออกแบบฟังก์ชันและขนาด แต่การเลือกวิธีการตกแต่งพื้นผิวขั้นสุดท้ายก็อาจทำให้สับสนได้บ่อยครั้ง "ชิ้นส่วนนี้จะไม่ขึ้นสนิมจริงหรือ?" "ความเสี่ยงต่อความเปราะบางจากไฮโดรเจนจะเป็นอย่างไร?" "จะลดต้นทุนได้อย่างไรในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพการป้องกันการเกิดสนิมที่เหมาะสม?" คำถามเหล่านี้เป็นปัญหาที่วิศวกรหลายคนต้องเผชิญร่วมกัน

ประเภทของการชุบโลหะมีหลากหลายรูปแบบ การทำความเข้าใจลักษณะเฉพาะและการเปรียบเทียบของแต่ละประเภท รวมถึงความหมายของสัญลักษณ์ JIS อย่างถูกต้อง และนำไปใช้ในแบบแปลนนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย

ในหลายเว็บไซต์มักจะเน้นไปที่การให้สูตรเคมีของการชุบหรือการเรียงสเปคในแคตตาล็อก แต่ในบทความนี้เราจะเน้นไปที่ "มุมมองของนักออกแบบเครื่องจักร" โดยให้ความสำคัญกับการ "เข้าใจอย่างกว้างๆ แต่ไม่ลึก" เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่เกิดขึ้นจริงในสถานที่ทำงาน เช่น "ความคลาดเคลื่อนของขนาด" "การชนกันในระหว่างการประกอบ" และ "การเสียหายล่าช้า" เราจะอธิบายว่าควรพิจารณาอะไรในขั้นตอนการออกแบบและควรระบุในแบบอย่างไร

ตั้งแต่การเลือกประเภทการชุบเคลือบ การออกแบบรูปทรงที่คำนึงถึงข้อควรระวัง ไปจนถึงการแลกเปลี่ยนระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ โดยครอบคลุมความรู้เชิงปฏิบัติที่อิงตามมาตรฐาน JIS และสภาพการแปรรูปในประเทศ หวังว่าบทความนี้จะช่วยให้คุณสามารถเลือกการชุบเคลือบที่เหมาะสมและสามารถเจรจากับผู้ประกอบการแปรรูปได้อย่างเท่าเทียมกัน

ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับประเภทของการชุบโลหะบนชิ้นส่วนเหล็ก

แนวโน้มการไอออนของเหล็กและกลไกการกัดกร่อน

ทำไมชิ้นส่วนเหล็กถึงเป็นสนิมการเข้าใจสาเหตุที่แท้จริงนั้นถือเป็นจุดเริ่มต้นในการออกแบบการป้องกันการกัดกร่อนที่เหมาะสม　　เหล็ก (Fe) เป็นโลหะที่มีความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาสูงมากในเชิงพลังงาน และในธรรมชาติจะอยู่ในสภาพที่เสถียรเรียกว่า "ออกไซด์ของเหล็ก (แร่เหล็ก)" ในกระบวนการผลิตเหล็ก จะได้รับพลังงานจำนวนมากจนกลายเป็น "เหล็กโลหะ" แต่จะมีแรงทางอุณหพลศาสตร์ที่ทำงานอยู่ตลอดเวลาในการปล่อยอิเล็กตรอนและกลับคืนสู่สภาพออกไซด์ที่เสถียรเดิมระดับของ "คุณสมบัติที่ง่ายต่อการปล่อยอิเล็กตรอนและกลายเป็นไอออน" นี้เรียกว่าแนวโน้มการเกิดไอออน

เมื่อเหล็กที่ถูกแปรรูปเป็นชิ้นส่วนเครื่องจักรสัมผัสกับออกซิเจนหรือความชื้นในอากาศ (สารละลายอิเล็กโทรไลต์) จะเกิด "แบตเตอรี่เฉพาะที่" ขนาดเล็กมากบนพื้นผิว

1. แอโนดรีแอคชั่น:พื้นผิวบางส่วนของเหล็กจะกลายเป็นแอโนด (ขั้วบวก) ทำให้อะตอมของเหล็กสูญเสียอิเล็กตรอน (e-) และละลายเป็นไอออนเหล็ก (Fe2+) ในฟิล์มน้ำ นี่คือจุดเริ่มต้นของการกัดกร่อน
2. ปฏิกิริยาแคโทด:อิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาจะเคลื่อนที่ภายในโลหะไปยังส่วนแคโทด (ขั้วลบ) และที่นั่นจะเกิดปฏิกิริยากับน้ำหรือออกซิเจนเพื่อสร้างกลุ่มไฮดรอกซิล (OH-)
3. การเกิดสนิม:ไอออนเหล็กที่ละลายออกมาจะรวมตัวกับกลุ่มไฮดรอกซิล เกิดเป็นสารไฮดรอกไซด์เหล็ก จากนั้นจะเปลี่ยนเป็นสนิมแดง (เช่น เหล็กออกไซด์ไดไฮดรอกไซด์ Fe2O3) ในที่สุด

สาระสำคัญของการชุบเคลือบโลหะคือการปิดกั้นวงจรทางไฟฟ้าเคมีที่เรียกว่า "สัญชาตญาณการกลับคืนสู่สนิม" นี้อย่างไรในทางกายภาพและทางเคมี　　ผู้ออกแบบจะต้องพิจารณาถึงสภาพแวดล้อมการใช้งาน เช่น ความชื้นและการเกิดหยดน้ำ เพื่อจัดเตรียมสิ่งกีดขวางที่เหมาะสมที่สุดในการยับยั้งกระบวนการไอออไนเซชันนี้

แหล่งที่มา: บริษัท ซันวะ เม็กกิ จำกัดhttps://www.sanwa-p.co.jp/）

※ในเว็บไซต์ดังกล่าวข้างต้น เช่น "คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการชุบโลหะ" และคอลัมน์เทคนิค มีการอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับตัวอย่างการกัดกร่อนและพื้นฐานของการชุบโลหะอย่างละเอียด

การป้องกันการเกิดสนิมด้วยการใช้สังกะสีเป็นสารป้องกันแบบเสียสละ

ในการป้องกันการเกิดสนิมของเหล็ก วิธีที่เป็นตัวแทนและมีประสิทธิภาพด้านต้นทุนมากที่สุดคือ การชุบสังกะสี　เหตุผลหลักที่เลือกการชุบนี้คือสังกะสีเป็นโลหะที่มีแนวโน้มการไอออนมากกว่าเหล็ก (โลหะที่ต่ำกว่า)　　เมื่อมีการสร้างชั้นฟิล์มสังกะสีบนพื้นผิวของเหล็ก หากเกิดรอยขีดข่วนและพื้นผิวเหล็กถูกเปิดเผย สังกะสีที่อยู่รอบๆ จะละลายและกลายเป็นไอออนก่อนเหล็ก เนื่องจากปรากฏการณ์นี้ อิเล็กตรอนจะถูกส่งไปยังเหล็กอย่างต่อเนื่อง ทำให้เหล็กอยู่ในสภาวะรีดิวซ์ทางเคมีไฟฟ้า (สถานะแคโทด) จึงป้องกันการกัดกร่อนได้สิ่งนี้เรียกว่า "การป้องกันการกัดกร่อนโดยการเสียสละ"

ด้วยผลของปฏิกิริยานี้ การชุบสังกะสีสามารถยับยั้งการเกิดสนิมแดงได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้จะมีรูพรุนหรือรอยขีดข่วนเล็กน้อยก็ตามในการทาสีหรือชุบนิกเกิล ความชื้นที่เข้าไปตามรอยขีดข่วนอาจทำให้เกิดสนิมภายในและทำให้ฟิล์มสีพองตัวได้ แต่การชุบสังกะสีมีลักษณะเด่นคือไม่เกิดปรากฏการณ์ดังกล่าวได้ง่าย　　ดังนั้น การชุบสังกะสีจึงเป็นตัวเลือกที่มีความน่าเชื่อถือสูงสำหรับชิ้นส่วนเหล็กที่ใช้ในสภาพแวดล้อมภายนอกหรือที่มีความชื้นสูง เช่น ชิ้นส่วนยึด เช่น สลักเกลียวและน็อต, ชิ้นส่วนโลหะในงานก่อสร้าง, และชิ้นส่วนช่วงล่างของรถยนต์อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสังกะสีเองมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันได้ง่ายมาก จึงจำเป็นต้องใช้การเคลือบโครเมตซึ่งจะกล่าวถึงในภายหลังเพื่อป้องกันการสึกหรอของสังกะสี

หลักการของการป้องกันการกัดกร่อนด้วยการเคลือบด้วยนิกเกิลและอื่นๆ

การชุบด้วยนิกเกิล โครเมียม ทองแดง และโลหะอื่นๆ เป็นวิธีการปกป้องเหล็กที่แตกต่างจากสังกะสี　　โลหะเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเกิดไอออนน้อยกว่าเหล็ก (มีค่าสูง) หรือมีคุณสมบัติในการสร้างฟิล์มป้องกันที่แน่นหนาบนพื้นผิวเพื่อรักษาเสถียรภาพ กระบวนการป้องกันการกัดกร่อนโดยการเคลือบพื้นผิวเหล็กด้วยโลหะเหล่านี้เรียกว่า "การป้องกันการกัดกร่อนโดยการเคลือบ" หลักการนี้อาศัยการสร้างเกราะป้องกันทางกายภาพเพื่อแยกเหล็กออกจากสิ่งแวดล้อม (ออกซิเจนและความชื้น) อย่างสมบูรณ์

ประโยชน์สูงสุดของการป้องกันการกัดกร่อนด้วยการเคลือบคือ ฟิล์มเคลือบไม่เปลี่ยนสีได้ง่าย คงความเงางามและความทนทานต่อสารเคมีสูงได้เป็นระยะเวลานาน　　อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มีความเสี่ยงที่ร้ายแรงซ่อนอยู่ หากมีรูขนาดเล็ก (รูเข็ม) หรือรอยแตกในฟิล์มบาง ๆ และน้ำเข้าไปได้ จะเกิดแบตเตอรี่กัดกร่อนที่แข็งแรงระหว่างเหล็กและโลหะฟิล์ม เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ เหล็กที่มีแนวโน้มในการไอออนสูงจะทำหน้าที่เป็นแอโนด และเกิดการกัดกร่อนแบบ "รู" อย่างเข้มข้นในพื้นที่แคบเนื่องจากไม่มีฤทธิ์ป้องกันการกัดกร่อนแบบเสียสละเหมือนกับสังกะสี เมื่อเริ่มเกิดสนิมแล้วจะลุกลามอย่างรวดเร็วภายใน และทำให้การเคลือบหลุดลอก　　ดังนั้น ในกรณีที่ใช้การชุบนิกเกิลเพื่อป้องกันการเกิดสนิมเพื่อให้แน่ใจว่ามีความหนาของฟิล์มเพียงพอ (โดยทั่วไปคือ 20μm ขึ้นไป) เพื่อกำจัดรูเข็มหรือการชุบด้วยทองแดงบนพื้นผิวเพื่อเพิ่มความยึดเกาะและความครอบคลุมของชั้นเคลือบ การออกแบบที่คำนึงถึงโครงสร้างหลายชั้นเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง

สถานการณ์ปัจจุบันของคำสั่ง RoHS และการปลอดโครเมียมหกค่า

ในอดีต การบำบัดด้วยโครเมตซึ่งมีส่วนประกอบหลักเป็นโครเมียมเฮกซะวาเลนต์ได้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะการบำบัดที่ช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของการชุบสังกะสีได้อย่างมาก โครเมียมเฮกซะวาเลนต์มีคุณสมบัติพิเศษที่เรียกว่า "การซ่อมแซมตัวเอง" ซึ่งสามารถซ่อมแซมรอยขีดข่วนบนฟิล์มด้วยปฏิกิริยาเคมี ทำให้สามารถป้องกันการเกิดสนิมได้เป็นระยะเวลานาน อย่างไรก็ตาม,โครเมียมหกวาเลนซ์เป็นสารก่อมะเร็งต่อร่างกายมนุษย์และมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรงดังนั้น การใช้งานจึงถูกจำกัดหรือห้ามอย่างเข้มงวดตามคำสั่ง RoHS ของยุโรป (ข้อจำกัดการใช้สารอันตรายบางชนิดในอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์) และคำสั่ง ELV (คำสั่งเกี่ยวกับยานพาหนะที่หมดอายุการใช้งาน)

ปัจจุบัน อุตสาหกรรมของญี่ปุ่นได้เปลี่ยนมาใช้ "โครเมตสามค่า" ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเกือบเสร็จสมบูรณ์แล้ว　　โครเมตสามค่าไม่มีโครเมียมหกค่า จึงมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ และด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ได้มีการพัฒนาของเหลวสำหรับการบำบัดที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนเทียบเท่าหรือดีกว่าการบำบัดด้วยโครเมียมหกค่าแบบดั้งเดิม เมื่อผู้ออกแบบสร้างแบบแปลน หากระบุเพียงว่า "โครเมต" หรือ "ยูนิโครเมต" อาจมีความเสี่ยงที่ผู้ผลิตจะใช้วัสดุที่ผ่านการบำบัดด้วยโครเมียมหกค่าจากสต็อกเก่าหรือเกิดความเข้าใจผิดได้ ดังนั้นในแบบแปลนจะต้องระบุอย่างชัดเจนว่า "โครเมตสามค่า (RoHS รองรับ)" หรือ "โครเมตขาวสามค่า" หรือ "ปราศจากโครเมียมหกค่า" เพื่อแสดงว่าเป็นชิ้นส่วนที่สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม ซึ่งเป็นมารยาทมาตรฐานสำหรับนักออกแบบเครื่องจักรในปัจจุบันเป็นเช่นนั้นเอง

ความแตกต่างระหว่างสนิมขาวและสนิมแดงและการทดสอบพ่นละอองน้ำเกลือ

การประเมินประสิทธิภาพของการชุบเคลือบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการวัดความต้านทานการกัดกร่อนเชิงปริมาณ ตามที่ระบุในมาตรฐาน JIS Z 2371 "การทดสอบพ่นละอองเกลือด้วยน้ำเกลือเป็นกลางโดยทั่วไปจะใช้คำว่า "" ในการทดสอบนี้ การทดสอบนี้จะทำในถังปิดสนิท โดยพ่นละอองน้ำเกลือที่มีความเข้มข้น 5% อย่างต่อเนื่อง และวัดระยะเวลาที่ชิ้นทดสอบเกิดสนิมขึ้น สิ่งสำคัญที่นี่คือสนิมที่เกิดขึ้นมีสองประเภท คือ "สนิมขาว" และ "สนิมแดง" ซึ่งแต่ละประเภทมีความหมายของปรากฏการณ์ที่แตกต่างกัน

สนิมขาวเป็นสนิมที่มีลักษณะเป็นผงสีขาวซึ่งเกิดจากการออกซิเดชันของชั้นเคลือบสังกะสีเอง โดยมีส่วนประกอบหลักเป็นไฮดรอกไซด์ของสังกะสี　　นี่เป็นหลักฐานว่าสังกะสีทำหน้าที่ป้องกันการกัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่เนื่องจากทำให้ดูไม่สวยงาม จึงจำเป็นต้องใช้ฟิล์มโครเมตเพื่อชะลอการเกิด ในทางกลับกัน สนิมแดงเป็นผลจากการกัดกร่อนของเหล็กในวัสดุพื้นฐานและเกิดเป็นออกไซด์ของเหล็ก ซึ่งแสดงว่าความสามารถในการป้องกันการกัดกร่อนของการชุบเคลือบถึงขีดจำกัดแล้ว และเหล็กเริ่มถูกกัดกร่อน　　ในเอกสารข้อกำหนดการออกแบบ โดยทั่วไปจะมีการกำหนดมาตรฐานตามแต่ละขั้นตอน เช่น "72 ชั่วโมงจนเกิดสนิมขาว, 240 ชั่วโมงจนเกิดสนิมแดง" การเข้าใจค่าตัวเลขเหล่านี้จะช่วยให้สามารถเลือกเกรดการชุบที่เหมาะสมกับความเข้มงวดของสภาพแวดล้อมการใช้งานได้

ประเภทและการจำแนกคุณสมบัติของเคลือบเหล็กที่นิยมใช้

การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้าและการเคลือบด้วยโครเมตสามค่า

สำหรับการป้องกันการเกิดสนิมของชิ้นส่วนเหล็ก การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้าเป็นวิธีที่มีความสมดุลระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพที่ดีที่สุด　　มาตรฐาน JIS H 8610 ได้กำหนดไว้แล้ว และมีการจัดระดับตามความหนาของฟิล์มโดยทั่วไปแล้ว ชิ้นส่วนประกอบของเครื่องจักรอัตโนมัติหรือเครื่องจักรอุตสาหกรรม จะถูกเลือกให้มีความต้านทานสนิมในระดับ "เกรด 2 (5μm)" หรือ "เกรด 3 (8μm)" โดยหลีกเลี่ยงคุณภาพที่เกินความจำเป็น　　เนื่องจากสังกะสีชุบเพียงอย่างเดียวมีความเป็นกิจกรรมสูงและเกิดสนิมขาวได้ง่าย จึงต้องใช้ร่วมกับ "การเคลือบโครเมต" ซึ่งเป็นกระบวนการเคมีเสมอ

ปัจจุบันกระแสหลักโครเมตไตรวาเลนต์　มีหลายรูปแบบตามลักษณะภายนอกและคุณสมบัติโดยทั่วไปแล้วสามารถซื้อได้น็อต　ใช้ในสถานที่ต่างๆ ผู้ออกแบบจำเป็นต้องเลือกใช้ให้เหมาะสมกับการใช้งาน ตารางด้านล่างนี้แสดงประเภทและลักษณะของโครเมตสามค่าที่เป็นตัวแทน

ตารางที่ 1: ประเภทและลักษณะของโครเมตสามค่า

แหล่งที่มา: บริษัท ซันวะ เม็กกิ จำกัดhttps://www.sanwa-p.co.jp/）
แหล่งที่มา: บริษัท วาคายามะ จำกัดhttps://www.wakayamapp.jp/）

ดังที่กล่าวมา แม้จะเป็นโครเมตชนิดสามวาเลนต์ แต่คุณสมบัติในการต้านทานการกัดกร่อนและลักษณะภายนอกจะแตกต่างกันไปตามชนิดของน้ำยาที่ใช้ หากไม่มีการระบุเป็นพิเศษ มักจะใช้โครเมตชนิดสามวาเลนต์สีขาว แต่หากต้องการความต้านทานการกัดกร่อนที่สูงขึ้น หรือต้องการลักษณะสีดำเพื่อความสวยงาม ควรระบุให้ชัดเจนในแบบแปลน

การชุบนิกเกิลแบบไร้ไฟฟ้าและการชุบคาเนเซน

วิธีการชุบนิกเกิล-ฟอสฟอรัสแบบไม่ใช้ไฟฟ้า ซึ่งกำหนดไว้ในมาตรฐาน JIS H 8645 คือการใช้วิธีการตกตะกอนฟิล์มผิวของนิกเกิลโดยใช้ปฏิกิริยาการรีดิวซ์ทางเคมีโดยไม่ใช้พลังงานไฟฟ้า　　บริษัท นิฮง คานิเซ็น จำกัดเนื่องจากประวัติศาสตร์ของการนำเทคโนโลยีนี้มาใช้ในญี่ปุ่น ในสถานที่ทำงานจึงเรียกกันทั่วไปว่า "การชุบแบบคานิเซ็น" ลักษณะเด่นที่สุดของการชุบนี้คือไม่ได้รับผลกระทบจากการกระจายกระแสไฟฟ้าเหมือนการชุบด้วยไฟฟ้าแม้จะมีรูปทรงที่ซับซ้อน ความหนาของฟิล์มก็จะสม่ำเสมออย่างยิ่ง　　รูที่มีค่าความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวด หรือพื้นผิวภายในของเส้นทางที่ซับซ้อนสามารถชุบโลหะให้สม่ำเสมอได้แม้ในบริเวณที่ไม่สามารถชุบด้วยไฟฟ้าได้

นอกจากนี้ยังมีฟอสฟอรัส (P) อยู่ในฟิล์ม ซึ่งเมื่อผ่านการอบชุบด้วยความร้อนจะทำให้ความแข็งเพิ่มขึ้นอย่างมาก ตารางด้านล่างแสดงคุณสมบัติพื้นฐานของการชุบนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าและการเปลี่ยนแปลงความแข็งที่เกิดจากการอบชุบด้วยความร้อน

ตารางที่ 2: คุณสมบัติพื้นฐานและผลของการอบชุบด้วยความร้อนของการชุบนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า (ชนิดฟอสฟอรัสกลาง)

แหล่งอ้างอิง: บริษัท นิปปอน คานิเซ็น จำกัดhttps://www.kanigen.co.jp/）
แหล่งอ้างอิง: JIS H 8645 ดูเพิ่มเติม (https://www.jisc.go.jp/）

ผู้ออกแบบสามารถเลือกใช้นิกเกิลไร้ไฟฟ้าสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการความแม่นยำ และหากต้องการความทนทานต่อการสึกหรอเพิ่มเติม ให้ระบุในแบบว่า "ผ่านการอบชุบด้วยความร้อน" เพื่อสร้างชิ้นส่วนที่มีประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอุณหภูมิในการอบชุบด้วยความร้อนอาจทำให้วัสดุหลักเกิดการเปลี่ยนรูปหรือการคืนตัวได้ จึงต้องระมัดระวังในการเลือกวัสดุหลักด้วย

การชุบโครเมียมแข็งที่มีความทนทานต่อการสึกหรอสูง

การชุบโครเมียมสำหรับอุตสาหกรรม หรือที่รู้จักกันในชื่อ "การชุบโครเมียมแข็ง" เป็นกระบวนการชุบที่มีความแข็งสูงมากและมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ซึ่งกำหนดไว้ในมาตรฐาน JIS H 8615　　ความแข็งนี้วัดได้ 800-1000HV ตามมาตรฐานความแข็งของวิคเกอร์ส ซึ่งแข็งกว่าเหล็กชุบแข็งอย่างมาก จึงเหมาะสำหรับใช้กับแกนกระบอกสูบไฮดรอลิก แม่พิมพ์ และลูกกลิ้งที่ต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่มีการสึกหรออย่างรุนแรงแกนลิเนียร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานที่ต่างๆความหนาของฟิล์มสามารถควบคุมได้ตั้งแต่การชุบแบบบางเพียงไม่กี่ไมโครเมตร (μm) จนถึงการชุบหนาหลายร้อยไมโครเมตร (μm) เพื่อซ่อมแซมชิ้นส่วนที่สึกหรอได้

อย่างไรก็ตาม การชุบโครเมียมแข็งมีจุดอ่อนคือ "การยึดเกาะไม่ดี" เนื่องจากลักษณะของการชุบด้วยไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะมุ่งเน้นไปที่ขอบคมหรือส่วนที่ยื่นออกมาของผลิตภัณฑ์มากเกินไป ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่การชุบจะหนาผิดปกติเฉพาะบริเวณนั้น ในทางกลับกัน ส่วนที่เป็นหลุมหรือส่วนลึกภายในจะไม่มีการชุบเกิดขึ้นมาก ดังนั้นหากต้องการความแม่นยำของขนาดที่ละเอียดอ่อน การออกแบบโดยคำนึงถึงกระบวนการขัดทรงกระบอกหรือขัดด้วยผ้าหลังจากการชุบเพื่อกำจัดส่วนเกินและปรับขนาดให้เรียบร้อยเป็นขั้นตอนทั่วไป　　ในแบบแปลน จำเป็นต้องมีคำแนะนำที่คำนึงถึงกระบวนการ เช่น "ต้องรักษาความหนาของการชุบไว้ที่ 〇〇μm" หรือ "ขัดเงา" นอกเหนือจากขนาดที่เสร็จสิ้นหลังการชุบเท่านั้น

การบำบัดด้วยการย้อมสีดำ (ฟิล์มออกไซด์เหล็ก (IV) และ (VI))

การย้อมดำไม่ใช่การชุบโลหะ (การตกผลึกของโลหะ) แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงพื้นผิวของเหล็กให้เป็นออกไซด์ของเหล็กสีดำ (Fe3O4: สามออกไซด์เหล็ก, แมกเนไทต์) ผ่านปฏิกิริยาเคมี เป็นที่รู้จักกันว่าเป็นกระบวนการที่สอดคล้องกับมาตรฐาน JIS H 8622　　การบำบัดในสารละลายน้ำด่างที่มีอุณหภูมิสูงจะทำให้เกิดฟิล์มออกไซด์ที่บางมากประมาณ 1~2μm บนพื้นผิว ข้อดีที่ใหญ่ที่สุดของการบำบัดนี้คือไม่ทำให้ขนาดของวัสดุเปลี่ยนแปลงมากนัก

ในบริเวณที่ต้องการรักษาความแม่นยำของการประกอบที่ละเอียด เช่น เพลาที่มีค่าความคลาดเคลื่อนการจับคู่ที่แม่นยำอย่าง H7 หรือ g6 หรือส่วนที่ต้องการรักษาความแม่นยำของการจับคู่ของสกรูหากไม่สามารถยอมรับการเพิ่มความหนาของฟิล์มจากการชุบได้ การย้อมสีดำถือเป็นทางเลือกที่เหมาะสมที่สุด　นอกจากนี้ เนื่องจากพื้นผิวมีสีดำจึงช่วยป้องกันการสะท้อนแสงแบบกระจาย จึงเป็นที่นิยมใช้ในชิ้นส่วนภายในของอุปกรณ์ออปติคัลและขาตั้งเครื่องวัดต่างๆ ด้วยเช่นกัน ในทางกลับกันความสามารถในการป้องกันการเกิดสนิมต่ำมาก ฟิล์มเพียงอย่างเดียวจะเกิดสนิมอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับความชื้นในอากาศดังนั้น หลังจากการประมวลผลแล้ว จำเป็นต้องทาหรือแช่ด้วยน้ำมันกันสนิมทุกครั้งการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่ไม่ทำให้ฟิล์มน้ำมันขาดแม้ในขณะใช้งาน (เช่น ภายในอุปกรณ์ไฮดรอลิก หรือเครื่องมือที่บำรุงรักษาอยู่เสมอ)จะกลายเป็น

การปรับปรุงความต้านทานการเสียดสีด้วยการบำบัดด้วยฟอสเฟตแมงกานีส

การบำบัดด้วยฟอสเฟตแมงกานีสคือ "รีบูทไลท์"ซึ่งเป็นที่รู้จักในชื่อเครื่องหมายการค้าว่า เป็นชนิดหนึ่งของการเคลือบผิวเคมีที่เกี่ยวข้องกับการเคลือบฟิล์มฟอสเฟตตามมาตรฐาน JIS H 8617"　　เป็นการสร้างฟิล์มเคลือบผลึกของแมงกานีสฟอสเฟตบนพื้นผิวเหล็กกล้า ซึ่งฟิล์มนี้มีความหนา (ประมาณ 5~15μm) มากกว่าการเคลือบสีดำ ฟิล์มนี้ประกอบด้วยผลึกขนาดเล็กจำนวนมาก และมีความสามารถในการเก็บน้ำมันหล่อลื่นในปริมาณมากในช่องว่างระหว่างผลึกได้อย่างยอดเยี่ยม

จากคุณสมบัตินี้ ในชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวโดยการเสียดสีซึ่งกันและกันระหว่างโลหะ เช่น เฟือง (เกียร์) ลูกสูบ แคม และตลับลูกปืนใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อปรับปรุงการยึดติดในระยะแรกและป้องกันการติดขัดจากการเผาไหม้　　เนื่องจากฟิล์มบางมีความนุ่มกว่าโลหะ จึงเกิดการสึกหรอเล็กน้อยในระหว่างการเริ่มใช้งาน ทำให้เกิดพื้นผิวที่เรียบและพอดีกับวัสดุที่ใช้ร่วมกันได้พอดี ข้อควรระวังในการออกแบบคือ เนื่องจากฟิล์มบางมีความหนาที่ไม่สามารถมองข้ามได้เมื่อเทียบกับการย้อมสีดำ ดังนั้นหากนำไปใช้ในบริเวณที่มีความคลาดเคลื่อนของขนาดที่เข้มงวด ควรพิจารณาความหนาของฟิล์มบางและตั้งค่าขนาดวัสดุให้ลดลงเล็กน้อย หรือคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของขนาดหลังจากการใช้งานจนฟิล์มบางเข้ากับวัสดุแล้ว

ประสิทธิภาพและการจัดการความเสี่ยงตามประเภทของการชุบโลหะ

การกระจายตัวและคุณสมบัติของการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า

เมื่อเลือกใช้การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า หนึ่งในคุณสมบัติที่ผู้ออกแบบต้องให้ความสำคัญมากที่สุดคือ "การกระจายตัว (การเคลือบอย่างสม่ำเสมอ)"　การชุบโลหะด้วยไฟฟ้าคือการส่งกระแสไฟฟ้าไปยังผลิตภัณฑ์ (ขั้วลบ) ในสารละลายชุบ ทำให้ไอออนของโลหะถูกดึงดูดและตกตะกอน　　เนื่องจากลักษณะของไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่าน "ระยะทางที่สั้นที่สุด" หรือ "ส่วนที่แหลม" ซึ่งมีค่าความต้านทานน้อยกว่าเป็นหลัก ดังนั้น บริเวณที่นูนหรือมุม (ขอบ) ของผลิตภัณฑ์ และด้านที่อยู่ใกล้ขั้วบวกจะมีการเคลือบหนาขึ้น ในทางกลับกัน ส่วนที่เว้า ด้านในของรู หรือบริเวณที่เป็นเงามืด กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านได้น้อย ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่การเคลือบจะบางลงหรือไม่เกิดขึ้นเลย

ความแปรปรวนของความหนาของฟิล์มนี้เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ค่าความคลาดเคลื่อนของขนาดที่ผู้ออกแบบตั้งใจไว้เบี่ยงเบนไปจากค่าที่กำหนด　　ตัวอย่างเช่น แม้ว่าจะควบคุมความหนาของฟิล์มที่จุดศูนย์กลางของแผ่นแบน แต่ที่ขอบอาจมีความหนาเป็นสองเท่าหรือมากกว่านั้น ซึ่งอาจเกิดการขัดขวางเมื่อประกอบเข้าด้วยกัน เพื่อป้องกันปัญหานี้ ควรเพิ่มค่า R (ความโค้งมน) ที่มุมในขั้นตอนการออกแบบเพื่อลดการรวมตัวของกระแสไฟฟ้า หรือปรึกษากับผู้ชุบโลหะเกี่ยวกับการใช้ "ขั้วไฟฟ้าเสริม (ขั้วไฟฟ้าเพิ่มเติมที่ติดตั้งในตำแหน่งที่กระแสไฟฟ้าเข้าถึงได้ยาก)"　　อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแอโนดเสริมจะส่งผลให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น การพิจารณาปรับปรุงรูปทรงของมันใหม่จึงถือเป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพคุ้มค่าที่สุดเมื่อเทียบกับต้นทุน

ความสม่ำเสมอของความหนาของชั้นเคลือบแบบไร้ไฟฟ้า

การชุบโลหะแบบไม่ใช้ไฟฟ้าเป็นวิธีแก้ปัญหาความไม่สม่ำเสมอของความหนาของฟิล์มซึ่งเป็นจุดอ่อนของการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า　　ในวิธีนี้ ฟิล์มจะเติบโตขึ้นโดยการที่สารเคมี (ตัวรีดิวซ์) ในน้ำยาชุบทำปฏิกิริยาเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาบนพื้นผิวของโลหะแทนที่จะใช้แรงดึงดูดทางไฟฟ้า ดังนั้น ตราบใดที่น้ำยาสัมผัสกับพื้นผิวและอุณหภูมิและความเข้มข้นถูกควบคุมอย่างเหมาะสมการชุบจะเกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอด้วยความเร็วเท่ากันบนทุกพื้นผิวของผลิตภัณฑ์

ด้วย "ความเหมาะสมในการใช้งาน" นี้ ทำให้สามารถรักษาความหนาของฟิล์มให้สม่ำเสมอได้แม้ในเส้นทางภายในที่ซับซ้อนของท่อร่วม, บริเวณเกลียวที่ละเอียด, หรือเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของรูที่มีค่าความคลาดเคลื่อนสูงก็ตาม ผู้ออกแบบสามารถระบุการชุบนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าได้สำหรับชิ้นส่วนที่มีค่าความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตที่เข้มงวดหรือชิ้นส่วนที่ต้องการชั้นป้องกันการกัดกร่อนที่สม่ำเสมอสามารถลดความเสี่ยงของปัญหาขนาดและการบกพร่องในคุณภาพได้อย่างมากในระหว่างการผลิต　　อย่างไรก็ตาม หลุมที่เป็นทางตัน เช่น หลุมที่มีลักษณะเป็นทางตัน อาจทำให้ของเหลวค้างอยู่และปฏิกิริยาไม่ดำเนินต่อไป (ส่วนประกอบของนิกเกิลในของเหลวจะหมดไป) ดังนั้นจึงยังคงจำเป็นต้องพิจารณาให้ของเหลวหมุนเวียนได้โดยการเจาะรูทะลุหรือทำรูระบายของเหลวออก

ความแข็งของพื้นผิวที่แสดงโดยความแข็งของวิคเกอร์ (HV)

ความแข็งของพื้นผิวเป็นดัชนีที่ขาดไม่ได้ในการประเมินความทนทานของชิ้นส่วนเครื่องจักร โดยเฉพาะอย่างยิ่งความทนทานต่อการสึกหรอและความทนทานต่อรอยขีดข่วน ความแข็งของการชุบเคลือบทั่วไปจะแสดงเป็นความแข็งแบบวิคเกอร์ (HV) ผู้ออกแบบจำเป็นต้องเลือกความแข็งของการชุบเคลือบที่เหมาะสมตามภาระและเงื่อนไขการสัมผัสที่ชิ้นส่วนจะได้รับ ตารางต่อไปนี้แสดงการเปรียบเทียบความแข็งของการชุบเคลือบหลักและวัสดุ

ตารางที่ 3: การเปรียบเทียบความแข็งของวัสดุและกระบวนการชุบเคลือบผิวแบบวิคเกอร์ (HV)

แหล่งอ้างอิง: ข้อมูลตามมาตรฐาน JIS B 7725 (การทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์)
แหล่งอ้างอิง: บริษัท นิปปอน คานิเซ็น จำกัดhttps://www.kanigen.co.jp/）

จากตารางจะเห็นได้ว่า การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้านั้นมีความอ่อนกว่าเหล็กซึ่งเป็นวัสดุพื้นฐาน จึงไม่เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องมีการเสียดสี ในทางกลับกัน โครเมียมแข็งและนิกเกิลที่ชุบโดยไม่ใช้ไฟฟ้าหลังจากการอบชุบด้วยความร้อนนั้นมีความแข็งสูงมาก ผู้ออกแบบควรเลือกการเคลือบผิวที่เหมาะสมตามการใช้งาน (เพียงแค่ป้องกันการเกิดสนิมหรือต้องทนต่อการสึกหรออย่างรุนแรง) โดยคำนึงถึงความแตกต่างของความแข็งนี้ ไม่ใช่แค่ต้นทุนเท่านั้น

ความเสี่ยงของการเกิดความเสียหายล่าช้าเนื่องจากความเปราะบางของไฮโดรเจน

สิ่งที่นักออกแบบเครื่องจักรควรระวังมากที่สุด และเป็นสิ่งที่น่ากลัวที่มองไม่เห็นคือ "ความเปราะบางของไฮโดรเจนนี่คือ กระบวนการนี้เกิดขึ้นเมื่อไฮโดรเจนในรูปของอะตอมที่เกิดขึ้นในกระบวนการชุบโลหะ (เช่น การล้างด้วยกรดหรือการชุบด้วยไฟฟ้า) แทรกซึมและดูดซับเข้าไปในเนื้อเหล็ก ไฮโดรเจนที่แทรกซึมเข้าไปจะสะสมอยู่ในบริเวณที่มีความเค้นสูง (เช่น บริเวณที่ต่ำของสลักเกลียวหรือบริเวณที่โค้งงอของสปริง) เมื่อเวลาผ่านไป ไฮโดรเจนจะลดความสามารถในการยึดเกาะของโลหะลงอย่างมาก หรือเกิดการขยายตัวเป็นก๊าซภายในและเพิ่มแรงดัน ส่งผลให้เกิดรอยแตก

จุดที่น่ากลัวของปรากฏการณ์นี้คือ ไม่สามารถตรวจพบความผิดปกติได้จากการตรวจสอบลักษณะภายนอกหรือการทดสอบแรงดึงหลังจากการชุบเสร็จใหม่ๆ ผลิตภัณฑ์จะถูกประกอบเป็นชิ้นงานและใช้งานภายใต้แรงกดดันเป็นเวลาหลายชั่วโมงถึงหลายวัน หรือบางครั้งอาจนานถึงหลายเดือน จากนั้นจะเกิดการแตกหักอย่างกะทันหันโดยไม่มีสัญญาณเตือนล่วงหน้า　　สิ่งนี้เรียกว่า "การทำลายล่าช้า" โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เหล็กที่มีความแข็งแรงสูง (เช่น สลักเกลียวที่มีความแข็งแรงตั้งแต่ 10.9 ขึ้นไป, วัสดุ SCM ที่ผ่านการปรับสภาพ, เหล็กสปริง ฯลฯ) ที่มีความแข็งแรงเกินกว่า 1000MPa มีความไวต่อความเปราะบางจากไฮโดรเจนสูงมากการใช้การชุบด้วยไฟฟ้าอย่างไม่ระมัดระวังอาจนำไปสู่ความเสี่ยงของอุบัติเหตุร้ายแรงได้

การกำจัดความเปราะบางด้วยการอบ

ความเสี่ยงของการแตกหักล่าช้าเนื่องจากความเปราะบางของไฮโดรเจนสามารถหลีกเลี่ยงได้ด้วยมาตรการเดียวและสำคัญที่สุดคือ "การอบนี่คือกระบวนการที่ชิ้นส่วนที่ผ่านการชุบเสร็จแล้วจะถูกนำเข้าเตาเผาและเก็บไว้ที่อุณหภูมิสูงเป็นระยะเวลาหนึ่ง เพื่อปล่อยไฮโดรเจนที่แทรกซึมอยู่ภายในออกสู่ภายนอก (การกำจัดไฮโดรเจน) การดำเนินการนี้จะทำให้ชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูงสามารถใช้ได้อย่างปลอดภัย

ตารางที่ 4: เงื่อนไขและคำแนะนำทั่วไปสำหรับการอบเบเกอรี่

แหล่งอ้างอิง: บริษัท โฮคุโตะ กิเค็น โคเกียว จำกัดhttps://hokutohgiken.co.jp/）
แหล่งอ้างอิง: JIS B 1051 (คุณสมบัติทางกลของชิ้นส่วนยึดที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าผสม)

ผู้ออกแบบมีหน้าที่รับผิดชอบในการระบุในหมายเหตุของแบบแปลนที่ใช้เหล็กที่มีความแข็งแรงสูงว่า "หลังจากการชุบโลหะแล้ว ให้ดำเนินการอบ (200℃, 4 ชั่วโมงขึ้นไป) อย่างรวดเร็ว" ไม่ใช่เพียงแค่ระบุชนิดของการชุบโลหะเท่านั้น การมีหรือไม่มีข้อความนี้เพียงหนึ่งบรรทัดสามารถทำให้ความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์แตกต่างกันอย่างมาก　　นอกจากนี้ เมื่อทำการอบ ความชื้นในฟิล์มโครเมตจะหายไป ซึ่งอาจทำให้ความสามารถในการทนต่อการกัดกร่อนลดลงเล็กน้อย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพิจารณาข้อแลกเปลี่ยนนี้ด้วย

ข้อควรระวังและมาตรการในการออกแบบสำหรับประเภทของกระบวนการชุบแต่ละชนิด

มาตรการป้องกันการสร้างขอบที่มุม

ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าคือ "การหนาตัวของฟิล์มที่มุม" ซึ่งเป็นปัญหาที่พบได้บ่อยในการประกอบชิ้นส่วน　　แม้ว่าจะชุบเคลือบที่ความหนาของฟิล์ม 10μm ในบริเวณพื้นผิวเรียบ แต่ในบริเวณขอบอาจเติบโตเป็น 30μm หรือมากกว่า 50μm　　ด้วยเหตุนี้ จะเกิดปัญหาที่บล็อกมุมฉากที่มีความแม่นยำสูงไม่สามารถใส่เข้าไปในเกจได้ หรือส่วนที่ลบมุมของชิ้นส่วนแกนมีขนาดใหญ่เกินไปจนไม่สามารถสอดเข้าไปในรูได้ นอกจากนี้ การชุบโลหะที่เติบโตผิดปกติจะมีความเปราะบาง เมื่อเกิดแรงกระแทกระหว่างการประกอบ จะทำให้เกิด "การแตกหัก" ซึ่งกลายเป็นสิ่งแปลกปลอมแข็งและทำให้เกิดความเสียหายต่อส่วนที่เคลื่อนไหวได้ ซึ่งเป็นผลกระทบรอง

ในการออกแบบ ควรแนะนำให้ใช้ "มุมโค้ง" หรือ "มุมมน (R)" แทนการใช้ "มุมแหลม" หรือ "มุมตัด (C)" สำหรับมุมของชิ้นส่วน หากเป็นไปได้　　การเพิ่ม R จะทำให้จุดที่กระแสไฟฟ้าไหลรวมกันกระจายออกไป ช่วยลดการเจริญเติบโตผิดปกติของความหนาของฟิล์มได้ในระดับหนึ่ง ในอุดมคติควรมีความโค้งมนอย่างน้อย R0.5 หรืออย่างน้อยที่สุด R0.3 หากจำเป็นต้องมีขอบคมสำหรับเครื่องมือหรือพื้นผิวมาตรฐาน ให้ทำการขัดหลังจากการชุบเพื่อปรับรูปร่างพิจารณาเปลี่ยนไปใช้การชุบนิกเกิลแบบไร้ไฟฟ้าเพื่อป้องกันการเกิดการหนาตัวของฟิล์มบริเวณมุม

การออกแบบการชุบเคลือบที่คำนึงถึงค่าความเผื่อขนาด

"ความหนาของการชุบ" มีผลกระทบโดยตรงต่อค่าความคลาดเคลื่อนของขนาดในแบบแปลนการออกแบบ　　สิ่งที่ควรระวังในที่นี้คือ ความหนาของการชุบเป็นปริมาณที่เพิ่มขึ้นในทิศทาง "รัศมี" ดังนั้นเมื่อพิจารณาในเส้นผ่านศูนย์กลาง (แกนหรือรู) จะได้รับผลกระทบเป็นสองเท่า　　ตัวอย่างเช่น เมื่อมีการชุบโลหะหนา 10μm เส้นผ่านศูนย์กลางของแกนจะเพิ่มขึ้น 20μm และเส้นผ่านศูนย์กลางของรูจะลดลง 20μm หากเป็นชิ้นส่วนที่มีค่าความคลาดเคลื่อนประมาณ ±0.1mm ก็จะไม่เป็นปัญหา แต่หากเป็นชิ้นส่วนที่มีการควบคุมค่าความคลาดเคลื่อนในช่วง 10~20μm เช่น h7 หรือ H7 ความหนาของการชุบโลหะเพียงอย่างเดียวก็อาจทำให้ค่าความคลาดเคลื่อนเกินมาตรฐาน (NG) ได้สูงมาก

เพื่อป้องกันสิ่งนี้ จำเป็นต้องออกแบบขนาดโดยคำนึงถึง "ค่าชุบโลหะ (ค่าสี)" ด้วย　　โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ให้ปรับขนาดก่อนการแปรรูปเพื่อให้ขนาดสุดท้ายหลังจากการชุบเคลือบอยู่ตรงกลางของค่าความคลาดเคลื่อนในแบบแปลน หากเป็นแกน ให้แปรรูปโดยตั้งเป้าที่ "เส้นผ่านศูนย์กลางสุดท้าย - ความหนาของการชุบเคลือบ×2" และหากเป็นรู ให้ตั้งเป้าที่ "เส้นผ่านศูนย์กลางสุดท้าย + ความหนาของการชุบเคลือบ×2"ในแบบแปลนควรระบุให้ชัดเจนว่า "ขนาดที่ระบุต้องวัดหลังจากการชุบ" หรือระบุเป็นคำแนะนำสำหรับผู้ดำเนินการว่า "ขนาดก่อนการชุบ: φ〇〇" เพื่อป้องกันปัญหาที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต　　นอกจากนี้ อย่าลืมว่าความหนาของการชุบเคลือบเองก็มีความคลาดเคลื่อนประมาณ ±หลายไมโครเมตร ดังนั้นจึงสำคัญที่จะต้องคำนวณการสะสมของค่าความคลาดเคลื่อนด้วย

ตำแหน่งและการออกแบบของรูระบายของเหลว

เมื่อทำการชุบโลหะบนโครงท่อ ผลิตภัณฑ์โลหะรูปทรงกล่อง หรือบล็อกที่มีรูสำหรับถุง ควรดำเนินการเพื่อป้องกันไม่ให้สารชุบหรือสารล้างก่อนการชุบตกค้างอยู่ภายในการออกแบบ "รูระบายของเหลว" มีความสำคัญอย่างยิ่งทั้งในด้านคุณภาพและความปลอดภัย　　หากมีพื้นที่ปิดสนิทหรือทางเดินที่ตันอยู่ อาจทำให้ของเหลวถูกนำออกไปในระหว่างการเคลื่อนย้ายระหว่างกระบวนการ ทำให้ถังถัดไปปนเปื้อน หรือกรดที่ตกค้างภายในผลิตภัณฑ์ซึมออกมาในภายหลังและทำให้เกิดสนิมรุนแรงได้ นอกจากนี้ อันตรายยิ่งกว่าคือ หากนำผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำตกค้างอยู่ภายในเข้าไปในเตาอบหรือเตาอบแห้ง อาจเกิดการขยายตัวของไอน้ำอย่างรวดเร็วจนทำให้ผลิตภัณฑ์ระเบิดได้

การออกแบบรูระบายของเหลวมีหลักการดังต่อไปนี้

1. การจัดวางแบบทแยงมุม: เพื่อให้แน่ใจว่ามีทางเข้าและทางออกของของเหลว ให้เจาะรูอย่างน้อย 2 จุดที่ตำแหน่งด้านบนและด้านล่าง (ตรงข้ามกันตามเส้นทแยงมุม) เมื่อแขวนผลิตภัณฑ์
2. ขนาด: พิจารณาแรงตึงผิวและความหนืดของของเหลว ควรมีขนาดรูอย่างน้อย φ6 มม. และถ้าเป็นไปได้ควรมีขนาดรู φ10 มม. ขึ้นไป รูเล็กเกินไปจะทำให้อากาศไม่สามารถออกได้ และของเหลวจะไม่สามารถเข้าไปได้
3. ตำแหน่ง: จัดวางในตำแหน่งที่ไม่เกิด "แอ่งอากาศ" ซึ่งเป็นบริเวณที่อากาศสะสมตัวตามโครงสร้าง

ตารางที่ 5: ขนาดรูระบายของเหลวที่แนะนำ

แหล่งอ้างอิง: บริษัท ทาคิตะ จำกัดhttps://takita-dnk.co.jp/）
แหล่งอ้างอิง: สมาคมการชุบสังกะสีด้วยวิธีจุ่มร้อนแห่งประเทศญี่ปุ่น (แนวทางโครงสร้าง)

หากไม่ต้องการเจาะรูด้วยเหตุผลด้านดีไซน์ ควรหาตำแหน่งที่ไม่เห็นเพื่อเจาะรู หรือพิจารณาวิธีการป้องกันการเกิดสนิมที่ไม่ใช่การชุบ (เช่น การทาสี)ความคิดที่คิดว่า "หน้างานจะจัดการเองได้" เป็นความคิดที่หวานเกินไปและอาจนำไปสู่อุบัติเหตุร้ายแรงได้

ความสัมพันธ์ระหว่างคำสั่งการปิดบังและต้นทุน

ในกรณีที่ระบุคำสั่งบนแบบแปลนว่า "ห้ามชุบส่วนเกลียว" หรือ "รูความคลาดเคลื่อนต้องไม่ชุบ" ในสถานที่ชุบจะต้องมีการ "มาร์ก" เพื่อป้องกันส่วนนั้น　　งานนี้ส่วนใหญ่เป็นงานแบบอนาล็อกที่ต้องใช้มือทำ เช่น การติดเทปกันความร้อน การอุดด้วยจุกยาง การใส่สลักเกลียว เป็นต้น ด้วยเหตุนี้ ในบางกรณี ค่าใช้จ่ายในการทำมาสกิ้งอาจสูงกว่าค่าบริการชุบโลหะเอง ขึ้นอยู่กับรูปทรงของชิ้นส่วนและจำนวนจุดที่ต้องทำมาสกิ้ง

เพื่อเป็นการควบคุมต้นทุน เทคนิคการออกแบบที่สามารถนำมาใช้ได้มีดังต่อไปนี้

• การใช้ประโยชน์จากการประมวลผลหลังการผลิต: หลังจากการชุบแล้ว การขันเกลียวใหม่ (การล้างเกลียว) มักจะมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าการมาสกิ้ง อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการป้องกันการเกิดสนิมของเกลียวจะลดลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องดูแลโดยการทาน้ำมันกันสนิมหลังจากการประกอบ
• การผ่อนคลายคำสั่ง: หลีกเลี่ยงคำสั่งที่เข้มงวดเกินไป เช่น "มาร์กขอบหลุมให้ตรง 0 มม." ให้กำหนดขอบเขตที่ยอมรับได้เพื่อให้ง่ายต่อการทำงาน เช่น "ห้ามชุบภายในหลุมและบริเวณรอบๆ ขอบหลุม ขอบเขตตามธรรมชาติ"
• การพิจารณาอุปกรณ์เฉพาะ: หากเป็นผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจำนวนมาก การผลิตอุปกรณ์ยึดแบบพิเศษที่สามารถถอดและติดตั้งได้ด้วยการกดเพียงครั้งเดียวแทนการติดเทป จะช่วยลดต้นทุนในระยะยาว

มุมมองด้านต้นทุนต่อประสิทธิผล (การแลกเปลี่ยน)

การเลือกวิธีการชุบเคลือบที่สร้างความกังวลมากที่สุดคือ การหาสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน หรือก็คือการตัดสินใจในการแลกเปลี่ยนระหว่างข้อดีข้อเสียหากทุกชิ้นส่วนได้รับการชุบนิกเกิลแบบไร้ไฟฟ้าและโครเมียมแข็งในระดับสูงสุดแล้ว ปัญหาด้านประสิทธิภาพจะไม่เกิดขึ้น　　อย่างไรก็ตาม หากทำเช่นนั้น ต้นทุนผลิตภัณฑ์จะพุ่งสูงขึ้นจนสูญเสียความสามารถในการแข่งขันในตลาด ในทางกลับกัน หากลดต้นทุนมากเกินไปและเลือกใช้การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้าที่ไม่เหมาะสม จะเกิดปัญหาการกัดกร่อนในตลาดและค่าใช้จ่ายในการแก้ไขข้อบกพร่องจากการประกอบ ซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่การสูญเสียมหาศาล

ผู้ออกแบบจำเป็นต้องวิเคราะห์อย่างรอบด้านเกี่ยวกับความสำคัญของชิ้นส่วน สภาพแวดล้อมการใช้งาน อายุการใช้งานที่คาดหวัง และความถี่ในการบำรุงรักษา เพื่อค้นหาจุดสมดุลที่เหมาะสมที่สุด

• ชิ้นส่วนภายในที่มองไม่เห็น:การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้าแบบราคาประหยัด (เกรด 3) ก็เพียงพอแล้ว
• หมุดกำหนดตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง:แม้จะมีราคาสูง แต่เราเลือกใช้การชุบนิกเกิลแบบไร้สารตะกั่วเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหา
• ฝาครอบสำหรับใช้งานกลางแจ้ง:แม้ว่าจะมีต้นทุนเริ่มต้นสูง แต่ควรเลือกใช้การชุบเคลือบที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง (เช่น การชุบสังกะสี-นิกเกิลอัลลอย) หรือการเคลือบด้วยไฟฟ้าแบบแคโทยิก เพื่อลดการบำรุงรักษาในอนาคต

ดังนั้น ความสามารถในการมองเห็นและประเมิน "ความเหมาะสมของงานกับคน" จึงเป็นทักษะที่จำเป็นสำหรับนักออกแบบเครื่องจักรมืออาชีพ

ขั้นตอนการคัดเลือกประเภทการชุบที่เหมาะสมที่สุด

สรุป: ขั้นตอนการเลือกประเภทการชุบที่เหมาะสมที่สุด

ความรู้ที่ได้อธิบายมาแล้วจะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อเลือกการชุบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับชิ้นส่วนเหล็กในขั้นตอนปฏิบัติ (พื้นฐาน) ดังต่อไปนี้ เมื่อวาดแบบ หากคิดตามขั้นตอนเหล่านี้ จะสามารถเลือกการเคลือบผิวที่เหมาะสมที่สุดได้โดยไม่ลังเล

1. 【การกำหนดวัตถุประสงค์】 ทำไมถึงต้องชุบโลหะ?
   • กันสนิมเท่านั้น:ขั้นตอนที่ 2
   • ฟังก์ชัน (ความแม่นยำ ความแข็ง การลื่นไถล) จำเป็น:ขั้นตอนที่ 3
   • การรักษาขนาด (ความหนาของฟิล์มเป็นศูนย์): พิจารณาการย้อมสีดำ (แต่ต้องมีการจัดการน้ำมันกันสนิมอย่างเคร่งครัด)
2. 【การตัดสินใจเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมและระดับการป้องกันการกัดกร่อน】 จะใช้ที่ไหน?
   • ภายในอาคาร・สภาพแวดล้อมทั่วไป:การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้า (Ep-Fe/Zn 8, สีขาวแบบไตรวาเลนท์) นี่คือมาตรฐานพื้นฐาน
   • ความชื้น・กลางแจ้งเล็กน้อย:การเพิ่มความหนาของชั้นเคลือบสังกะสีไฟฟ้า (ระดับ 3 ถึง 4) หรือการเคลือบโลหะผสมสังกะสี-นิกเกิล
   • สภาพแวดล้อมการกัดกร่อนที่รุนแรง:กำลังพิจารณาเปลี่ยนไปใช้การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน (ดบซึเกะ) หรือการใช้วัสดุสแตนเลส
3. 【การจำกัดขอบเขตของข้อกำหนดทางฟังก์ชัน】 คุณสมบัติที่จำเป็นมีอะไรบ้าง?
   • ความแม่นยำของขนาด (ความคลาดเคลื่อนของรู・รูปทรงที่ซับซ้อน):การชุบนิกเกิลแบบไม่มีไฟฟ้า (ELp-Fe/Ni-P)。
   • ทนต่อการสึกหรอ・ความแข็งสูง:การชุบโครเมียมแข็ง (ICr) หรือการชุบนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า + การอบชุบด้วยความร้อน
   • การเคลื่อนที่แบบเสียดสี・การปรับตัวเริ่มต้น:การบำบัดด้วยฟอสเฟตแมงกานีส (ลูบไรท์)
4. 【การตรวจสอบความเสี่ยงและมาตรการ】 สามารถรักษาความปลอดภัยและคุณภาพได้หรือไม่?
   • วัสดุความแข็งแรงสูง (1000MPa ขึ้นไป) หรือไม่?หากใช่ ให้เพิ่มหมายเหตุ "การอบ"
   • 袋形状や溶接構造か？：Yesなら「液抜き穴」を設計に追加。
   • 公差は厳しいか？：Yesなら「めっき代」を考慮して寸法公差を調整。
5. 【最終決定と図面指示】
   • JIS記号を用いて正確にスペックを記載する。
   • 例：「Ep-Fe/Zn 8 (三価ホワイト)」「ELp-Fe/Ni(90)-P 10 [熱処理あり]」
   • 不明な点は、独断で決めずに加工業者へ相談する。

このフローを繰り返し実践することで、設計者としての判断スピードと品質への信頼性は飛躍的に向上します。　　めっきは機械設計の最後を飾る重要な工程です。　　正しい知識と論理的な選定で、長く愛される機械を作り上げていただければと思います。

สรุป

• 鉄の腐食は電気化学的な電池作用であり、めっきはこの回路を遮断するために行う
• 亜鉛めっきは「犠牲防食」により、傷がついても鉄を守る自己修復的な機能を持つ
• ニッケルやクロムは「被覆防食」であり、ピンホールがない限り強力なバリアとなる
• 六価クロムは規制対象のため、図面では「三価クロメート（RoHS対応）」を明確に指定する
• 電気亜鉛めっきはコストと性能のバランスが良く、屋内機器の標準的な防錆処理である
• 無電解ニッケルめっきは膜厚が均一で、公差穴や複雑形状の部品に最適である
• 硬質クロムめっきは圧倒的な硬度を持つが、エッジへの電流集中（ビルドアップ）に注意が必要
• 黒染めは寸法変化が少ないが防錆力は低く、リン酸マンガンは摺動部のなじみ向上に効く
• 電気めっきの「つきまわり性」の悪さを考慮し、角部にはRをつけて膜厚異常を防ぐ
• 高強度鋼へのめっきは水素脆性による遅れ破壊のリスクがあり、ベーキング処理が必須である
• 寸法公差が厳しい部品では、めっき厚の2倍（直径）の変化を見込んで素材寸法を調整する
• 袋形状の部品には対角線上に液抜き穴を設け、液の残留や水蒸気爆発のリスクを回避する
• マスキング指示はコスト増の主因となるため、後加工や許容範囲の緩和で最適化する
• めっき選定は、防錆・機能・コスト・リスクのトレードオフを総合的に判断して決定する
• JIS記号を正しく理解し、加工業者に正確な仕様を伝えることがトラブル防止の鍵となる

ทั้งหมดนี้ครับ/ค่ะ