การเลือกวัสดุเคลือบผิวเป็นปัญหาที่นักออกแบบทุกคนต้องเผชิญ มีตัวเลือกการเคลือบผิวหลายประเภท และนักออกแบบระดับสูงไม่ควรพิจารณาเพียงแค่ความประหยัดและความเหมาะสมในการใช้งานเท่านั้น แต่ควรใส่ใจกับกระบวนการประกอบและข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมด้วย ด้านล่างนี้เป็นการแนะนำโดยย่อเกี่ยวกับวัสดุเคลือบผิวที่ใช้กันทั่วไปสำหรับชิ้นส่วนยึด โดยอิงตามหลักการข้างต้น เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับผู้ปฏิบัติงานด้านชิ้นส่วนยึด
1. การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้า
สังกะสีเป็นสารเคลือบที่ใช้กันทั่วไปที่สุดสำหรับชิ้นส่วนยึดเชิงพาณิชย์ ราคาค่อนข้างถูกและมีรูปลักษณ์ที่ดี สีที่นิยมใช้ ได้แก่ สีดำและสีเขียวทหาร อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพในการป้องกันการกัดกร่อนอยู่ในระดับปานกลาง และต่ำที่สุดในบรรดาสารเคลือบสังกะสีทั้งหมด โดยทั่วไป การทดสอบการพ่นละอองเกลือที่เป็นกลางของเหล็กชุบสังกะสีจะดำเนินการภายใน 72 ชั่วโมง และยังมีการใช้สารปิดผนึกพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่าการทดสอบการพ่นละอองเกลือที่เป็นกลางนั้นยาวนานกว่า 200 ชั่วโมง อย่างไรก็ตาม ราคาค่อนข้างสูง ซึ่งสูงกว่าเหล็กชุบสังกะสีธรรมดาถึง 5-8 เท่า
กระบวนการชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้ามีแนวโน้มที่จะเกิดการเปราะตัวเนื่องจากไฮโดรเจน ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วสลักเกลียวที่มีเกรดสูงกว่า 10.9 จึงไม่ได้รับการชุบสังกะสี แม้ว่าไฮโดรเจนจะสามารถกำจัดออกได้โดยใช้เตาอบหลังจากชุบแล้ว แต่ฟิล์มพาสซิเวชันจะเสียหายที่อุณหภูมิสูงกว่า 60 องศาเซลเซียส ดังนั้นการกำจัดไฮโดรเจนจึงต้องดำเนินการหลังจากชุบด้วยไฟฟ้าและก่อนการสร้างฟิล์มพาสซิเวชัน ซึ่งมีข้อเสียคือใช้งานได้ยากและมีต้นทุนสูง ในความเป็นจริง โรงงานผลิตทั่วไปไม่ได้กำจัดไฮโดรเจนอย่างจริงจังเว้นแต่จะได้รับคำสั่งจากลูกค้าเฉพาะราย
ความสม่ำเสมอระหว่างแรงบิดและแรงขันล่วงหน้าของน็อตชุบสังกะสีนั้นไม่ดีและไม่เสถียร และโดยทั่วไปแล้วจะไม่ใช้สำหรับเชื่อมต่อชิ้นส่วนสำคัญ เพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอของแรงบิดก่อนการขันล่วงหน้า สามารถใช้วิธีการเคลือบสารหล่อลื่นหลังการชุบเพื่อปรับปรุงและเพิ่มความสม่ำเสมอของแรงบิดก่อนการขันล่วงหน้าได้
2. การเติมฟอสเฟต
หลักการพื้นฐานคือ การเคลือบฟอสเฟตมีราคาถูกกว่าการชุบสังกะสี แต่ความทนทานต่อการกัดกร่อนนั้นด้อยกว่า หลังจากเคลือบฟอสเฟตแล้ว ควรทาด้วยน้ำมัน และความทนทานต่อการกัดกร่อนนั้นขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของน้ำมันที่ใช้ ตัวอย่างเช่น หลังจากเคลือบฟอสเฟตแล้ว หากใช้น้ำมันกันสนิมทั่วไป จะทำการทดสอบการพ่นละอองเกลือที่เป็นกลางได้ภายใน 10-20 ชั่วโมง แต่หากใช้น้ำมันกันสนิมคุณภาพสูง สามารถใช้งานได้นานถึง 72-96 ชั่วโมง แต่ราคาจะสูงกว่าน้ำมันเคลือบฟอสเฟตทั่วไป 2-3 เท่า
การเคลือบผิวด้วยฟอสเฟตสำหรับชิ้นส่วนยึดมีสองประเภทที่ใช้กันทั่วไป คือ การเคลือบผิวด้วยฟอสเฟตแบบใช้สังกะสี และการเคลือบผิวด้วยฟอสเฟตแบบใช้แมงกานีส การเคลือบผิวด้วยฟอสเฟตแบบใช้สังกะสีมีประสิทธิภาพในการหล่อลื่นดีกว่าการเคลือบผิวด้วยฟอสเฟตแบบใช้แมงกานีส และมีคุณสมบัติในการต้านทานการกัดกร่อนและการสึกหรอดีกว่าการชุบสังกะสี สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิระหว่าง 225 ถึง 400 องศาฟาเรนไฮต์ (107-204 ℃) โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมต่อชิ้นส่วนสำคัญบางอย่าง เช่น สลักและน็อตของก้านสูบเครื่องยนต์ ฝาสูบ แบริ่งหลัก สลักล้อช่วยแรง สลักและน็อตล้อ เป็นต้น
น็อตความแข็งแรงสูงใช้การเคลือบฟอสเฟต ซึ่งสามารถป้องกันปัญหาการเปราะแตกเนื่องจากไฮโดรเจนได้ ดังนั้น น็อตที่มีเกรดสูงกว่า 10.9 ในภาคอุตสาหกรรมจึงมักใช้การเคลือบฟอสเฟตที่พื้นผิว
3. การเกิดออกซิเดชัน (การดำคล้ำ)
การเคลือบสีดำแล้วทาน้ำมันเป็นวิธีที่นิยมใช้กับชิ้นส่วนยึดในอุตสาหกรรม เพราะราคาถูกที่สุดและดูดีก่อนการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเคลือบสีดำทำให้แทบไม่มีคุณสมบัติในการป้องกันสนิม ดังนั้นจึงจะขึ้นสนิมได้ง่ายหากไม่มีน้ำมัน แม้จะมีน้ำมันเคลือบอยู่ การทดสอบการพ่นละอองเกลือก็ยังสามารถทนทานได้เพียง 3-5 ชั่วโมงเท่านั้น
4. พาร์ติชั่นชุบโลหะด้วยไฟฟ้า
การชุบแคดเมียมมีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมทางทะเล เมื่อเทียบกับการเคลือบผิวแบบอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ต้นทุนการบำบัดของเหลวเสียในกระบวนการชุบแคดเมียมด้วยไฟฟ้าค่อนข้างสูง โดยมีราคาประมาณ 15-20 เท่าของการชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้า ดังนั้นจึงไม่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมทั่วไป ใช้เฉพาะในสภาพแวดล้อมเฉพาะ เช่น ชิ้นส่วนยึดที่ใช้ในแท่นขุดเจาะน้ำมันและเครื่องบิน HNA
5. การชุบโครเมียม
การเคลือบโครเมียมมีความเสถียรสูงในบรรยากาศ ไม่เปลี่ยนสีและไม่หมองง่าย มีความแข็งสูงและทนทานต่อการสึกหรอได้ดี โดยทั่วไปแล้วการชุบโครเมียมบนชิ้นส่วนยึดใช้เพื่อการตกแต่งเท่านั้น ไม่ค่อยได้ใช้ในอุตสาหกรรมที่ต้องการความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง เนื่องจากชิ้นส่วนยึดชุบโครเมียมคุณภาพดีมีราคาสูงพอๆ กับสแตนเลส จึงจะใช้ชิ้นส่วนยึดชุบโครเมียมแทนก็ต่อเมื่อความแข็งแรงของสแตนเลสไม่เพียงพอเท่านั้น
เพื่อป้องกันการกัดกร่อน ควรชุบทองแดงและนิกเกิลก่อนชุบโครเมียม การเคลือบโครเมียมสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงถึง 1200 องศาฟาเรนไฮต์ (650 ℃) แต่ก็มีปัญหาเรื่องการเปราะตัวเนื่องจากไฮโดรเจนคล้ายกับการชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้า
6. การชุบนิกเกิล
ส่วนใหญ่ใช้ในบริเวณที่ต้องการทั้งคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนและการนำไฟฟ้าที่ดี ตัวอย่างเช่น ขั้วต่อขาออกของแบตเตอรี่รถยนต์
7. การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน
การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนเป็นการเคลือบด้วยสังกะสีโดยวิธีการแพร่ความร้อนเมื่อถูกความร้อนจนเป็นของเหลว ความหนาของชั้นเคลือบอยู่ระหว่าง 15 ถึง 100 ไมโครเมตร และควบคุมได้ยาก แต่มีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนได้ดีและมักใช้ในงานวิศวกรรม ในระหว่างกระบวนการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน จะเกิดมลภาวะรุนแรง รวมถึงเศษสังกะสีและไอระเหยของสังกะสี
เนื่องจากชั้นเคลือบที่หนา ทำให้เกิดความยากลำบากในการขันเกลียวภายในและภายนอกของตัวยึด นอกจากนี้ เนื่องจากอุณหภูมิของกระบวนการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน จึงไม่สามารถใช้กับตัวยึดที่มีเกรดสูงกว่า 10.9 (340~500 ℃) ได้
8. การแทรกซึมของสังกะสี
การชุบสังกะสีแบบแทรกซึม (Zinc infiltration) เป็นการเคลือบด้วยผงสังกะสีโดยใช้ความร้อนแบบโลหะวิทยา มีความสม่ำเสมอดี และสามารถสร้างชั้นเคลือบที่สม่ำเสมอได้ทั้งในเกลียวและรูตัน ความหนาของการเคลือบอยู่ที่ 10-110 ไมโครเมตร และสามารถควบคุมความคลาดเคลื่อนได้ที่ 10% ความแข็งแรงในการยึดเกาะและประสิทธิภาพในการป้องกันการกัดกร่อนกับพื้นผิวดีที่สุดเมื่อเทียบกับการเคลือบสังกะสีแบบอื่นๆ (เช่น การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้า การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน และดาโครเมต) กระบวนการผลิตปราศจากมลพิษและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากที่สุด
9. ดาโครเมต
ไม่มีปัญหาเรื่องการเปราะแตกเนื่องจากไฮโดรเจน และความสม่ำเสมอของแรงบิดในการรับแรงกดก็ดีมาก หากไม่คำนึงถึงโครเมียมและปัญหาสิ่งแวดล้อมแล้ว ดาโครเมทจึงเหมาะสมที่สุดสำหรับชิ้นส่วนยึดที่มีความแข็งแรงสูงและต้องการคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนสูง
วันที่เผยแพร่: 19 พฤษภาคม 2023
