Protect your Tools: การเคลือบผิวช่วยป้องกันและดูแลรักษาเครื่องมือ

เครื่องมือในอุตสาหกรรมที่ขาดการดูแลรักษาที่ดี โดยเฉพาะบริเวณพื้นผิวของเครื่องมือที่ต้องเผชิญกับสภาวะรุนแรงต่างๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ แรงดัน และผลจากกระบวนการผลิตวัสดุ สามารถดูแลและป้องกันเครื่องมือในการใช้งานเหล่านี้ได้ด้วยการเคลือบผิว หรือ Coatings นั่นเอง

การเคลือบสามารถใช้กับพื้นผิวในการปกป้องเครื่องมือสำหรับการใช้งาน ในปัจจุบันมีวิธีการเคลือบผิวหลากหลายแบบในตลาดให้เลือกได้ตามต้องการ ตัวอย่างเช่น KIMW Forschungs-GmbH (KIMW-F) ซึ่งเป็นองค์กรที่ไม่แสวงหาผลกำไร ตั้งอยู่ในเมือง Lüdenscheid ประเทศเยอรมนี มีความเชี่ยวชาญในการเคลือบผิวแบบ CVD – chemical vapour deposition หรือที่เรียกว่า การเคลือบด้วยไอเคมี ในกระบวนการนี้จะมีการใช้สารตั้งต้นของโลหะ-อินทรีย์ (MO-CVD) ที่สามารถลดอุณหภูมิการเคลือบผิวลงให้อยู่ที่ระหว่าง 200°C ถึง 500°C ทำให้สามารถผลิตวัสดุที่ซับซ้อนและยากๆ ได้ ด้วยวิธีการนี้ CVD จึงสามารถเคลือบผิวเครื่องมือที่ซับซ้อนและปรับแต่งได้โดยไม่เเกิดการเปลี่ยนแปลงค่าความถูกต้องของมิติและคุณสมบัติทางกล ยิ่งไปกว่านั้น การเคลือบผิวแบบ CVD นี้มี Crevice-resistant สูงและเหมาะอย่างยิ่งสำหรับงาน 3 มิติ (3D capability) อีกทั้งยังสามารถใช้สำหรับการเคลือบแบบเนื้อเดียวกัน (Homogeneous coatings) และการเคลือบตามรูปร่าง (Contour-conform coatings) แม้ว่าจะมีรูปร่างซับซ้อนแบบใดก็ตาม

คุณสมบัติของการเคลือบผิว (ความหนา ความเป็นผลึก ความหนาแน่น) ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของกระบวนการ (Process parameters) สามารถควบคุมการไหลเข้าของสารตั้งต้นและสารอื่นๆ การจ่ายก๊าซ ความดันและอุณหภูมิในเครื่องปฏิกรณ์ ตลอดจนอุณหภูมิของเครื่องระเหยได้อย่างแม่นยำ ด้วยการเลือกพารามิเตอร์กระบวนการนี้ ความสอดคล้องเชิง 3 มิติ (3D conformity) และการเคลื่อนย้ายช่องว่างของสารเคลือบสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามลักษณะเป้าหมาย หากเปรียบเทียบกับกระบวนการที่ใช้พลาสมา ซึ่งใช้อัตราส่วนภาพ (Aspect ratios) ที่สูงมาก (ความลึกของรู / เส้นผ่านศูนย์กลางของรู) ก็สามารถเคลือบผิวให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยกระบวน CVD เช่นกัน 

KIMW-F ทำงานกับเครื่องปฏิกรณ์แบบ hot-wall CVD จำนวน 5 ขนาด 

ในช่วงระยะเวลาไม่กี่ปีที่ผ่านมา KIMW-F สามารถพัฒนาเทคโนโลยีการเคลือบ CVD ก้าวไปอีกขั้นและในปัจจุบันมีการเพิ่มเครื่องปฏิกรณ์แบบ hot-wall CVD จำนวนทั้งหมด 5 เครื่องที่มีขนาดต่างกัน สำหรับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์นั้น ปริมาตรทั้งหมดภายในห้องเคลือบ (Coating chamber) จะถูกนำส่งไปที่อุณหภูมิที่ต้องการโดยแหล่งความร้อนภายนอก ซึ่งภายนอกของระบบที่เกี่ยวข้องถูกดัดแปลงอย่างจำเพาะให้เข้ากับปริมาตรของเครื่องปฏิกรณ์และระบบการเคลือบที่นำไปใช้ รวมทั้งสารประกอบตั้งต้นที่เกี่ยวข้อง สารเคมีที่เป็นของเหลว ของแข็ง หรือที่ละลายน้ำที่ใช้สำหรับการสะสมของเลเยอร์ (Layer deposition) จะถูกป้อนเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ โดยระบบการจ่ายสารที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ เครื่องอัดรีดขนาดเล็กที่ได้รับการจดสิทธิบัตรนี้ จะใช้ในการถ่ายทอดสารตั้งต้นที่เป็นผง สำหรับเทคโนโลยีนี้ได้รับพัฒนาและสร้างขึ้นจาก KIMW-F 

ในโรงงานที่เล็กที่สุดซึ่งใช้สำหรับการพัฒนาของเลเยอร์ขึ้นใหม่ (Layer redevelopment) และการเพิ่มประสิทธิภาพของการสะสมของเลเยอร์จะขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของกระบวนการ ตัวอย่างเช่นการเคลือบเหรียญที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 มม. สำหรับห้องปฏิกิริยาของโรงงานนำร่องออกแบบมาให้มีขนาดเล็ก เพื่อให้เกิดการควบคุมกระบวนการผลิตที่รวดเร็วด้วยอัตราการเติบโตของเลเยอร์ที่สูงและการหมุนเวียนวัสดุน้อยที่สุดได้ในเวลาเดียวกัน ซึ่งจะช่วยลดเวลาและต้นทุนในการพัฒนาสารเคลือบได้เป็นอย่างมาก

---

•  TECH FOCUS: การเคลือบผิวเพื่อเพิ่มผลิตภาพ คุณภาพ และผลกำไร
• เมื่อ “การแก้ปัญหา” ของลูกค้าแต่ละรายกลายเป็นมาตรฐานในการผลิต
• การเคลือบผิวช่วยยืดอายุการใช้งานเครื่องจักร
• เทรนด์และนวัตกรรมของวัสดุอุตสาหกรรม 10 อันดับปี 2022

---

จากระบบสายพานลำเลียงสารตั้งต้นแบบเดียวกัน ทำให้กระบวนเพิ่มขนาดเป็นไปได้ง่ายขึ้นด้วยระบบ CVD ในขนาดที่ใหญ่ขึ้น โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางเครื่องปฏิกรณ์ 90 มม. สำหรับการเคลือบหลายเลเยอร์ของสารตั้งต้นที่นำเข้ามาในสารละลาย มีคุณสมบัติที่สามารถลำเลียงสลับกันได้ สามารถประยุกต์ใช้กับพื้นผิวในระบบที่มีปริมาตร 70  ลิตรและเส้นผ่านศูนย์กลาง 208 มม. โครงสร้างการเคลือบในลักษณะนี้สามารถมั่นใจในความทนทานของมวลสาร(Media) และป้องกันการกัดกร่อน หากเทียบกับโรงงานอื่นที่มีขนาดแบบเดียวกันจะทำงานด้วยระบบนำส่งของแข็งแบบที่จดสิทธิบัตร (The patented solids delivery system) เครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ที่สุดจาก 5 เครื่อง ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 540 มม. ไม่เพียงมีขนาดใหญ่เท่านั้นแต่มีพื้นที่สำหรับการเคลือบเม็ดมีดเครื่องใหญ่เข้าไปได้อีกด้วย 

นอกจากการเคลือบออกไซด์ที่มีความหลากหลายแล้ว (การดัดแปลงของเซอร์โคเนียมออกไซด์ อะลูมิเนียมออกไซด์โครเมียมออกไซด์ คอปเปอร์ออกไซด์ และซิลิโคนออกไซด์) ยังมีการเคลือบสำหรับวัสดุแข็งได้เช่นกัน เช่น โครเมียมคาร์ไบด์ และทังสเตนคาร์ไบด์ รวมทั้งการเคลือบทองแดงโลหะ ซึ่งสามารถนำไปใช้กับพื้นผิวเครื่องมือแบบต่างๆ ได้KIMW-F เป็นองค์กรที่มีความรู้ความชำนาญอย่างมากในการผลิตสารเคลือบหลายเลเยอร์ โดยแต่ละเลเยอร์เมื่อรวมกันแล้วจะเสริมคุณสมบัติของกันและกันให้ดีขึ้น และคุณสมบัติที่มีความแตกต่างกันในแต่ละเลเยอร์สามารถปรับให้เข้ากับความต้องการได้ 

จากการปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการและการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ให้มีความเหมาะสมที่สุดต่อการใช้งาน นำไปสู่การพัฒนากฟังก์ชั่นการทำงานของสารเคลือบในหลายด้าน เช่นการเคลือบฉนวนความร้อนและไฟฟ้า การเคลือบเพื่อป้องกันการกัดกร่อน การเคลือบสำหรับการปรับปรุงการขึ้นรูป และการลดการเคลือบในกระบวนการฉีดขึ้นรูปตลอดจนการเคลือบป้องกันการสึกหรอและการเคลือบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเช่นกัน 

การวิเคราะห์การเคลือบส่งผลต่อการปรับประสิทธิภาพการเคลือบให้เหมาะสมที่สุด 

สเตปการเพิ่มศักยภาพนั้นมีการเชื่อมโยงโดยตรงต่อการวิเคราะห์เลเยอร์ (Layer analysis) เป็นวิธีการใหม่ที่เพิ่งนำมาประยุกต์ใช้ การวิเคราะห์นี้ทำให้ KIWM-F สามารถตรวจสอบคุณสมบัติของเลเยอร์แและศักยภาพของเลเยอร์ได้โดยตรงบนไซต์ โดยการใช้ไมโครสโคปแบบดิจิทัล กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนนิง (SEM (รวมเครื่องตรวจจับ EDX)) เครื่องวิเคราะห์การเรืองแสงด้วยรังสีเอกซ์ อุปกรณ์วัดทางกลไมโครนาโน และอิมพีแดนซ์สเปกโตรมิเตอร์(Impedance spectrometer) รวมทั้งการวิเคราะห์คุณสมบัติของเลเยอร์ ตัวอย่างเช่น ความแข็ง ความหนาของเลเยอร์ องค์ประกอบ ความต้านทานการสึกหรอ การยึดเกาะ ความพรุน ไตรโบโลยี และความหนาแน่นของสาร(Media density) 

นอกเหนือจากการใช้ระบบเคลือบแบบไตรโบโลยีและการใช้พลาสมาระยะไกล (Remote plasma) สำหรับการคุณสมบัติการยึดเกาะและการเคลือบส่วนประกอบพลาสติกแล้ว ขณะนี้ KIMW-F ยังมุ่งเน้นไปที่การใช้สารเคลือบเพื่อการใช้งานตามต้องการในอุตสาหกรรมอื่น ๆ ในอนาคตอีกเช่นด้วย 

อ้างอิง: https://www.etmm-online.com/protect-your-tools-coatings-for-almost-every-application-a-95d608beb6d8b1bd3b307841c32c5c5f/

บทความที่เกี่ยวข้อง:

Tech Focus: การเคลือบผิวเพื่อเพิ่มผลิตภาพ คุณภาพ และผลกำไร

การเคลือบผิวช่วยยืดอายุการใช้งานเครื่องจักร

About The Author