Embed Size (px)
Citation preview
ดร.ปนดดา เชพเพรด
หองปฏบตการวเคราะหความเสยหายของวสด
และเทคโนโลยพนผว
หนวยวจยดานประสทธผลการใชงานวสด
ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาต
e-mail: [email protected]
ทความบบ
วศวกรรมพนผว ตอนท 1
การแขงขนทรนแรงดานราคาและตนทนของภาคอตสาหกรรมไดสงผลใหผผลตตองใชเครองมอและ
เครองจกรทำางานอยางหนกโดยมรอบการทำางานทสงขนภาระแรงกระทำาทสงขนการเปลยนแปลงอณหภม
ทเรวขน และสภาวะแวดลอมทกดกรอนมากขน เปนตน นอกจากนความรดหนาทางเทคโนโลยยงสงผลให
เครองจกรกลอตสาหกรรมมการพฒนาขดความสามารถขนเพอรองรบการขยายตวของเศรษฐกจโดยรวมปจจย
ตางๆเหลานเปนแรงผลกดนใหเกดการพฒนาวสดทางวศวกรรมทมประสทธภาพการทำางานทสงขนวศวกรรม
พนผว (surface engineering) เปนศาสตรอกแขนงหนงทมบทบาทสำาคญในการปรบปรงประสทธภาพการ
ทำางานยดอายชนสวนและทำาใหเครองจกรทำางานไดอยางเตมศกยภาพ
วศวกรรมพนผวมวตถประสงคเพอปรบปรงสมบตเฉพาะทพนผวของวสดใหเหนอกวาวสดหลกของชน
งานโดยทโครงสรางของชนงานโดยรวมไมไดรบผลกระทบการปรบปรงผวมเปาหมายทหลากหลายเชนเพอ
ใหทนตอการสกหรอ เพอเพมความตานทานการกดกรอนจากสารเคม เพอเปนฉนวนหรอตวนำาไฟฟา เพอใช
ซอมผวชนงานทสกหรอและเสยเนอโลหะไปใหหนาขนและเพอสรางพนผวทสวยงามเปนตน
วศวกรรมพนผว
การปรบแตงผวสมผส
- การทำาความสะอาดทางกล
และทาง เคม เช น ac id
cleaning,pickling,ultrasonic
bath,sandblasting
- การปรบแตงผวขนสดทาย
(f inishing) เชน mil l ing,
EDM, grinding, lapping,
electropolishing
- การยงเมดโลหะ(shotpeening)
วธทางความรอนเคมและ
การแพร
- การอบชบ เชน induction
hardening,flamehardening,
carburising,nitriding
- ก า ร เ ค ล อ บ ผ ว ท า ง เ ค ม
(conve rs ion coa t i ng )
เชนanodizing,chromating,
phosphating
- การฝ ง ไอออน ทผ ว ( i on
implantation)
การเคลอบผว
- การชบโลหะดวยไฟฟา/ไฟฟาเคม (electro/
electrolessplating)
- การชบสงกะส(galvanising)
- การทาส
- การเคลอบอนาเมล
- การเคลอบดวยไอทางกายภาพ (physical
vapourdeposition)
- การเคลอบดวยไอทางเคม (chemical
vapourdeposition)
- การพนคลอบดวยเปลวความรอน (thermal
spraying)
- การเชอมพอก(hardfacing)
มกราคม - มนาคม 2557
61
ตวอยางเทคนคทางวศวกรรมพนผว
อตสาหกรรมไทยใชเทคนคทางวศวกรรมพนผวกนอยางแพรหลายอยแลวตวอยางเชนการทำาความ
สะอาดผวงาน การปรบแตงผวขนสดทาย (surface finishing) การอบชบ (heat treatment) การเคลอบ
สารประกอบดวยกระบวนการทางเคม(conversioncoating)และการเคลอบผว(overlaycoating)บทความ
ชดนกลาวถงกระบวนการปรบแตงและเคลอบผวบางประเภททถงแมจะยงมการใชงานในแวดวงทจำากดแตก
มศกยภาพในการประยกตใช ในอตสาหกรรมหลายประเภทตอนแรกในบทความชดนกลาวถงกระบวนการพน
เคลอบดวยเปลวความรอน(Thermalspraying)และตวอยางการนำาไปใชงานซงมรายละเอยดดงตอไปน
1.การพนเคลอบดวยเปลวความรอน(ThermalSpraying)
การพนเคลอบดวยเปลวความรอนเปนเทคนคทยงใชงานไมกวางขวางนกในอตสาหกรรมไทย การ
ประยกตใชงานสวนใหญมวตถประสงคเพอปรบปรงความตานทานตอการสกหรอ (wear) และการกดกรอน
(corrosion) ใหแกชนสวนวศวกรรมตางๆ ตวอยางเชน ผวเคลอบเพอตานทานการสกหรอสำาหรบปะเกน
(gasket)ซลกนรว (mechanicalseal)เฟอง(gear)และรองลน(bearing)ผวเคลอบสำาหรบชนสวนรอง
นำาดายและสงทอ(threadguideandtextilecomponents)ผวเคลอบโลหะกดกรอน(sacrificialanode
coating)ผวเคลอบลดแรงเสยดทานสำาหรบอตสาหกรรมยางและสงทอและผวเคลอบตานทานการกดกรอนท
อณหภมสงเปนตนปจจบนมการนำาเทคนคนมาใช ในฝายซอมบำารงอยางแพรหลายมากขนในอตสาหกรรมการ
ผลตทมการใชเครองจกรหนกคอนขางมากจะพบวาประสทธภาพและประสทธผลของงานซอมบำารงเปนปจจย
สำาคญทสงผลตอตนทนการผลต บทความนแสดงตวอยางททำาใหเหนวาการพนเคลอบดวยเปลวความรอนไม
เพยงสามารถแกไขปญหาทางเทคนคของงานซอมบำารงไดเทานน แตยงสามารถแกไขไดอยางมประสทธภาพ
โดยใชตนทนทเหมาะสมอกดวย
การพนเคลอบดวยเปลวความรอน หมายถง กระบวนการพนอนภาคของแขง ของแขงกงของเหลว
และ/หรอ หยดของเหลว โดยใชลำากาซเปนตวขบเคลอนอนภาคเหลานใหไปตกกระทบทผวชนงาน เกดการ
เปลยนรปอยางถาวร(plasticdeformation)และเปลยนสถานะเปนของแขงเมออนภาคถกพนทบถมกนไป
เรอยๆจงเกดเปนชนผวเคลอบทตอเนองบนผวชนงานขนผวเคลอบทผลตโดยเทคนคการพนเคลอบดวยเปลว
ความรอนมความหนาคอนขางสงตงแตประมาณ20ไมครอน(0.02มม.)ไปจนถงความหนาทเกนกวา1มม.
ทงนขนอยกบหลายปจจยซงรวมทงประเภทวสดทนำามาพนเคลอบและเทคนคทใช ในการเคลอบดวย
การพนเคลอบดวยเปลวความรอนแบงเปนเทคนคยอยอกมากมาย ทงเทคนคทเหมาะสมกบงาน
อตสาหกรรมทวไปเทคนคทใชกบงานเฉพาะทางเทคนคทใช ในงานวจยหรอยงอยในขนตอนการพฒนาเชน
อารกไฟฟาสเปรย(electricarcspraying)พลาสมาสเปรยความดนตำ�(lowpressureplasmaspraying)ปนจดระเบด(detonationgun)สเลอรรพลาสมาสเปรย(slurryplasmaspraying)เปนตนสำาหรบเครอง
พนเคลอบฯทมใชงานอยางแพรหลายในภาคอตสาหกรรมสามารถจำาแนกออกไดเปน2กลมตามลกษณะการ
ปอนพลงงานใหแกลำากาซทใชพนไดแกเทคนคทใชการสนดาปของกาซเชอเพลง(combustion)และเทคนค
ทใชการปลดปลอยประจ(electricdischarge)
1.1กระบวนการพนเคลอบทใชการสนดาปของกาซเชอเพลง(Combustion-typethermalspraying)
กระบวนการพนเคลอบในกลมนใชพลงงานทปลดปลอยออกมาระหวางการสนดาปของกาซเชอเพลง
กบออกซเจนเพอสรางเปนลำากาซรอนลำากาซรอนนมหนาทหลอมอนภาคของแขงและขบเคลอนอนภาคหลอม/
กงหลอมนใหไปตกกระทบบนผวชนงาน
มกราคม - มนาคม 255762
การพนเคลอบทใชการสนดาปของกาซเชอเพลงยงแบงยอยไดอก2กลมคอ(1)การเผาไหมอยางตอ
เนองและ(2)การจดระเบดเปนจงหวะกระบวนการพนเคลอบทใชการเผาไหมอยางตอเนองไดรบความนยม
ในภาคอตสาหกรรมมากโดยเฉพาะอยางยงflamespraying,HighVelocityAirFuelspraying(HVAF)
และHighVelocityOxyFuelspraying(HVOF)ซงทง3เทคนคนรวมกนนบเปนสดสวนเกอบทงหมดของ
เครองพนเคลอบแบบทใชการสนดาปของกาซเชอเพลงทมใชงานในภาคอตสาหกรรม
เทคนคทกประเภททใชกระบวนการพนเคลอบทใชการเผาไหมอยางตอเนองมหลกการทำางานคลายคลง
กน เรมตนจากการผสมกาซเชอเพลง (เชน กาซโพรเพน กาซอะเซทลน กาซไฮโดรเจน ฯลฯ) กบกาซทม
ออกซเจนอสระ(เชนกาซออกซเจนหรออากาศ)เขาดวยกนในปนพนกาซผสมนจะสนดาปในหองสนดาป
ภายในปนพนหรอสนดาปทนททพนออกมาจากปนจากนนเราสามารถปอนวสดพนเคลอบ(วสดทจะกลายเปน
ผวเคลอบ)ซงอาจจะอยในรปอนภาคผงลวดโลหะหรอเซรามกส/คอมโพสตอดแทงเขาไปโดยตรงทบรเวณ
กาซสนดาปวสดพนเคลอบไดรบความรอนจากกาซทแวดลอมในบรเวณนจนเรมหลอมเหลวในขณะเดยวกน
แรงดนจากการขยายตวของกาซจะขบเคลอนอนภาคหลอม/กงหลอมนใหพนออกไปจากหนาปนพน จนไปตก
กระทบทผวชนงานแขงตวและเกดเปนชนผวเคลอบขนมา
เทคนคในกลมนสามารถใชพนผวเคลอบประเภทโลหะ โลหะผสม และโลหะคอมโพสต (เชน Cer-
met) ได ปจจบนกระบวนการพนเคลอบทใชการเผาไหมอยางตอเนองกลายเปนเทคนคมาตรฐานในงานซอม
บำารงหลายๆงานโดยเฉพาะผวเคลอบทงสเตนคารไบดโคบอลต(WC-Co)ผลตดวยเทคนคHVOFทนำามา
ใชทดแทนการเคลอบโครเมยมแขง (hardchromeelectroplating) ไดอยางอยางมประสทธภาพและเปน
เทคโนโลยทางเลอกทสะอาดกวาการชบโครเมยมแขงแบบเดม
ภาพท 1 ปนพนเคลอบ HVOF ทใชการสนดาปของกาซเชอเพลง
มกราคม - มนาคม 2557
63
การพนเคลอบทใชการจดระเบดเปนจงหวะหรอทรจกในชอทางการคาวาdetonationgunspraying
หรอD-gunใชเครองมอและหลกการจดวางคลายกบการพนเคลอบแบบเผาไหมอยางตอเนองแตปรบใหการ
สนดาปเกดขนเปนจงหวะหรอรอบแทนการเผาไหมแบบตอเนองการสนดาปหนงรอบเรมตนทการผสมกาซเชอ
เพลงและกาซออกซเจนเขาดวยกนในหองสนดาปภายในปนพนแลวจงปอนวสดพนเคลอบซงอยในรปของผง
จำานวนหนงเขาไปในกาซผสม จากนนจงจดหวเทยนใหเกดการสนดาปของกาซ อณหภมและแรงดนของกาซ
จากการสนดาปทำาใหอนภาคผงพนกลมนเรมหลอมและถกพนออกไปยงผวชนงานดวยความเรวสง เกดการ
เปลยนรปแบบถาวรระหวางการตกกระทบ และแขงตวกลายเปนผวเคลอบ สดทายจงจบรอบดวยการเปาไล
กาซในหองสนดาปดวยกาซไนโตรเจนทงหมดนคอ1รอบการสนดาปหรอการจดระเบดเมอรอบการจดระเบด
เกดขนตดตอกนกจะสรางเปนชนผวเคลอบขน
ภาพท 3 ปนพนเคลอบทใชการจดระเบดเปนจงหวะ
ภาพท 2 โครงสรางภาคตดขวางของผวเคลอบทงสเตนคารไบดโคบอลตทผลตโดยเทคนค HVOF เนอผวเคลอบมลกษณะ
เปนคอมโพสตเซอรเมตระหวางโลหะโคบอลต และอนภาคเซรามกของทงสเตนคารไบดโคบอลต
มกราคม - มนาคม 255764
การพนเคลอบชนงานอตสาหกรรมมกใชการจดระเบดทความเรวรอบสง(ซงอาจสงไดถง15รอบตอ
วนาท)ขนอยกบเครองมอและอปกรณทใชเมอเปรยบเทยบกบการพนเคลอบแบบเผาไหมอยางตอเนองเชน
HVOFsprayingการพนเคลอบทใชการจดระเบดเปนจงหวะสามารถเรงอนภาคผงพนเคลอบใหมความเรวใน
อากาศและความเรวขณะตกกระทบทสงกวาสงผลใหผวเคลอบทพนดวยเทคนคนสามารถเปลยนรปอยางถาวร
ไดมากกวาและมความหนาแนนและแรงยดเกาะกบชนงานทดกวาทำาใหชนงานสำาเรจมคณภาพสงกวาโดยรวม
1.2กระบวนการพนเคลอบทใชการปลดปลอยประจ(Electricdischargethermalspraying)
ในกระบวนการพนเคลอบแบบนพลงงานไฟฟาจะเปลยนรปไปเปนพลงงานความรอนทใช ในการหลอม
วสดพนเคลอบการพนเคลอบทใชพลงงานไฟฟาแบงไดเปน2กลมหลกไดแกการพนเคลอบแบบอารก(two-
wireelectricarcspraying)และการพนเคลอบดวยเปลวพลาสมา(plasmaspraying)
ภาพท 5 โครงสรางภาคตดขวางของผวเคลอบอะลมเนยมซลคอน (AlSi) ทผลตดวยการพนเคลอบแบบอารก
ผวเคลอบมปรมาณรพรนตำ�มากและแนบตดกบผวชนงานด
ภาพท 4 ปนพนเคลอบแบบอารก
มกราคม - มนาคม 2557
65
ในการพนเคลอบแบบอารกวสดพนเคลอบจะตองอยในรปของลวดทมผวทนำาไฟฟา(ลวดโลหะหรอ
ปลอกลวดโลหะ)ในการพนเคลอบแตละครงจะใชลวด2เสนทำาหนาทเปนอเลกโทรดในวงจรไฟฟาลวด2เสน
นจะถกปอนเขามาคนละฝงของปนพนเพอใหปลายลวดมาแตะกนทหนาปน(ภาพท4)เมอกระแสไฟฟาถกสง
ผานเสนลวดกจะเกดการอารกทปลายลวดทอยดานหนาปนความรอนทปลดปลอยออกมาจากการอารกจะเพม
สงขนสงผลใหปลายลวดไดรบอณหภมสงขนเรอยๆจนกระทงถงจดหลอมเหลวของวสดลวดในขณะเดยวกนจะ
เปาลำาอากาศหรอกาซทความดนสงมาทปลายลวดจากดานหลงปนลำาอากาศนจะตองมความดนสงเพยงพอท
จะฉกวสดลวดทกำาลงหลอมเหลวใหหลดออกจากปลายลวดกลายเปนละอองหลอมเหลวซงจะเคลอนทไปในลำา
อากาศจนกระทงไปตกกระทบกบผวชนงานทตองการเคลอบเกดการแขงตวและสรางเปนชนผวเคลอบขนมา
เปลวพนของกระบวนการพนเคลอบแบบอารกมความยาวมากกวาเปลวพนทไดจากกระบวนการพน
เคลอบทใชการสนดาปของกาซเชอเพลงมาก ซงหมายถงระยะพนทยาวกวา ระยะพนโดยทวไปของการพน
เคลอบแบบอารกจะอยระหวาง300-600มม.ขนอยกบแรงดนของลำาอากาศความดนสงทใชระยะพนทยาว
กวาปกตนเองทำาใหการพนเคลอบแบบอารกเปนกระบวนการทมความคลองตวสงสามารถนำาไปปรบใชกบหนา
งานหลากหลายรปแบบโดยเฉพาะอยางยงงานโครงสรางขนาดใหญมพนททตองการพนกวางและตองกำาหนด
ตนทนการพนตอตารางเมตรใหตำ�ยกตวอยางเชนทอนำ�ของหมอไอนำ� (boiler tube) เหลกโครงสรางของแทนขดเจาะกลางทะเล(off-shorestructure)และลำาตวเรอ(shiphull)เปนตนวสดผวเคลอบทพนไดดวย
เทคนคนสวนใหญจะเปนกลมโลหะเชนAl,Zn,NiAlและFeAlนอกจากนกยงมวสดคอมโพสตระหวางเซรามก-
โลหะบางตวทสามารถพนไดโดยใชลวดโลหะทมไสเซรามก
ภาพท 6 ปนพนเคลอบดวยเปลวพลาสมา
การพนเคลอบดวยเปลวพลาสมาทใช ในภาคอตสาหกรรม แบงเปนเทคนคยอยตามสภาวะแวดลอม
ในการพนเคลอบเชนการพนเคลอบดวยเปลวพลาสมาในบรรยากาศปกต(airหรอatmosphericplasma
spraying)การพนเคลอบทความดนตำ�(low-pressureplasmaspraying)และการพนเคลอบในบรรยากาศกาซเฉอย (inert-atmosphere plasma spraying) เปนตน เทคนคทนยมใชมากทสดคอ การพนเคลอบใน
บรรยากาศปกตเนองจากเครองมอ อปกรณ และการตดตงมความซบซอนนอยกวา ตนทนทงดานเครองมอ
และการปฏบตการกตำ�กวาและยงมความคลองตวในการทำางานทสงกวาอกดวย
แคโทด แอโนดนำ�หลอเยน
มกราคม - มนาคม 255766
ปนพนเคลอบดวยเปลวพลาสมาในบรรยากาศปกตมหลกการทำางานพนฐานดงแสดงในภาพท 6
กระบอกปนพนมหวพน (nozzle) ททำามาจากทองแดงสวมอยดานใน และทำาหนาทเปนขวแอโนด ตรงกลาง
ของกระบอกมแทงทงสเตน(W)ทำาหนาทเปนขวแคโทดดานหลงของปนพนมการปอนกาซพลาสมาเขามาโดย
กาซพลาสมามกเปนกาซผสมระหวางH2,N
2และArสวนบางกรณอาจมการนำาHeมาใชบาง
กาซพลาสมานจะปอนเขามาทหวพนทมขวแอโนด-แคโทดซงมศกยไฟฟาตางกน ทำาใหเกดการอารก
ขนระหวางขว เมอกาซพลาสมาผานเขามาระหวางขวแอโนด-แคโทดกจะไดรบพลงงานทปลดปลอยออกมา
จากการอารกและเปลยนสถานะจากกาซไปเปนพลาสมาทมพลงงานสงเกดเปนลำาเปลวของพลาสมา(plasma
jet)พงออกมาดานหนาปนพนบรเวณกลางลำาเปลวของพลาสมามพลงงานทหนาแนนทสดและมอณหภมสงถง
10,000°C(หรออาจจะสงกวานน)อณหภมระดบนทำาใหวสดสวนใหญหลอมเหลวไดวสดพนเคลอบซงอยใน
รปของผงจะปอนเขาสลำาเปลวพลาสมานและเรมหลอมทนททเขาสบรรยากาศพลาสมา ในขณะเดยวกนแรง
ดนของลำาเปลวพลาสมากขบเคลอนอนภาคผงทกำาลงหลอมเหลวใหไปตกกระทบบนผวชนงานเกดเปนชนผว
เคลอบขน
การพนเคลอบดวยเปลวพลาสมานยมใช ในการผลตผวเคลอบเซรามกโลหะและโลหะทนความรอนสง
(refractory metal) ทงนเนองจากอณหภมเปลวทสงกวาเทคนคอนมากจงหลอมวสดทมจดหลอมเหลวสงได
งายผวเคลอบฉนวนความรอน(thermalbarriercoating)ทใชงานทอณหภมสงเชนในเครองยนตใบพด
กงหนกาซและในเตาปฏกรณเปนตวอยางทโดดเดนอนหนงทผลตจากเซอรโคเนยทเพมเสถยรภาพบางสวน
ดวยอตเทรย(Y2O
3-partiallystabilizedZrO
2)พนดวยเทคนคการพนเคลอบดวยเปลวพลาสมามหนาทเปน
ฉนวนกนความรอนระหวางบรรยากาศในเตากบวสดโครงสรางผนงเตาทำาใหโครงสรางผนงรบอณหภมตำ�ลงและมอายงานทนานขนได
ภาพท 7 ภาคตดขวางแสดงโครงสรางจลภาคของผวเคลอบฉนวนความรอนซงม 2 ชน ไดแก ผวเคลอบ NiCrAlY และ
ZrO2-Y
2O
3 ทง 2 ชนพนเคลอบดวยเปลวพลาสมา
1.3ตวอยางการใชงาน
การพนเคลอบดวยเปลวความรอนเปนเทคนคทสามารถสรางผวเคลอบไดหลายประเภทสรางผวเคลอบ
ไดอยางรวดเรว และมความคลองตวในการทำางานคอนขางสง จงมการใชงานในอตสาหกรรมหลายประเภท
ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาตไดพฒนาวสดและเทคนคการพนเคลอบและถายทอดผลงานวจยไปใช
งานจรงในอตสาหกรรมไทยแลวหลายกรณดงตวอยางทนำาเสนอตอไปน
1.3.1ผวเคลอบโลหะกดกรอน
เทคนคการพนเคลอบแบบอารกสามารถผลตผวเคลอบสงกะสและสงกะสอะลมเนยม(ZnและZnAl)
ทมคณภาพสงไดงายและมตนทนตำ�ผวเคลอบสงกะสแบบนมปรมาณรพรนตำ�กวา0.5%และยดเกาะกบชนงานในกลมเหลกไดดเทคนคการพนเคลอบสงกะสแบบอารกมความคลองตวทำาใหสามารถพนเคลอบโครงสราง
วศวกรรมขนาดใหญทหนางานไดงายนอกจากนสงกะสและสงกะสผสมเกดการกดกรอนในนำ�ทะเลไดงาย(อยในฝงแอโนดของอนกรมแกลแวนก (galvanic series) ททดสอบในนำ�ทะเล) เหตผลเหลานทำาใหผวเคลอบสงกะสเหมาะทจะใชเปนผวเคลอบโลหะกดกรอน เพอใชตานทานการกดกรอนจากนำ�ทะเลใหแกโครงสรางแทนขดเจาะและโครงสรางสะพานในทะเล
จากการทดสอบการกดกรอนของชนงานเหลกกลาคารบอนตำ�ทเคลอบสงกะสดวยเทคนคการพนเคลอบแบบอารกโดยทดสอบแบบแชในนำ�ทะเลทอณหภม55-60°Cพบวาผวเคลอบไมมรองรอยการแตกหรอหลดรอนจากชนงานไมมการกดกรอนเกดขนทชนงานเหลกกลาและทรอยตอของผวเคลอบกบชนงานเหลกกลาผว
เคลอบสงกะสเกดการกดกรอนจากดานบนทำาใหสญเสยเนอผวเคลอบไปเรอยๆตามระยะเวลาการทดสอบซง
เปนกลไกในการปองกนการกดกรอนแบบแกลแวนกของเหลกกลาดวยโลหะกดกรอนนนเอง
ภาพท 8 โครงสรางภาคตดขวางของผวเคลอบสงกะสทใชเปนโลหะกดกรอน
1.3.2ผวเคลอบสารหลอลนของแขง
ในกระบวนการผลตผลตภณฑยางและพลาสตก ชนสวนและอปกรณทใช ในการขนรปผลตภณฑมก
ทำามาจากโลหะทมความแขงสง โดยเฉพาะอยางยงเหลกกลาชบแขงและเหลกกลาชบโครเมยมแขง (hard
chrome plated steel) ถงแมวาโลหะกลมนจะมความลนผวทดในระดบหนงแตยงพบวาในการใชงานจรง
ผวสมผสระหวางโพลเมอร (ยางและพลาสตก) และโลหะยงมความเสยดทานคอนขางสง ทงนเนองจากเนอ
โพลเมอรในระดบจลภาคบางสวนเกดการยดตดอยบนผวโลหะในระหวางการทำางานชวงแรกทำาใหสมบตทาง
กลและทางกายภาพของผวโลหะคอยๆเปลยนแปลงไปซงรวมถงความเรยบผวทลดลงและสมประสทธความ
เสยดทานทสงขนดวยสวนชนสวนทอยในสายการผลตแบบตอเนองเชนแมพมพฉดแมพมพตดมดตดตว
ผลกยางสายพานลำาเลยงและคดแยกนนการทสมประสทธความเสยดทานเพมขนและมคาไมคงทจะทำาใหเกด
ปญหาในขนตอนการผลตจนอาจทำาใหสายการผลตตองหยดชะงกลงได
มกราคม - มนาคม 2557
67
วธการแกไขปญหาวธหนงไดแกผวเคลอบโมลบดนม(Mo)ทพนเคลอบดวยการพนเคลอบแบบอารก
หรอการพนเคลอบดวยเปลวพลาสมาซงชวยลดการยดตดของเนอโพลเมอรสงผลใหความเสยดทานระหวาง
ผวโมลบดนมและเนอโพลเมอรมคาลดลงเมอเทยบกบเหลกกลาชบแขง สวนชนงานบางประเภททนอกจาก
จะตองการผวทลนแลว ยงตองมความแขงทคอนขางดดวย เชน ชนสวนทใช ในการผลตโพลเมอรเสรมแรง
(reinforced polymer composite) เราสามารถเตมเฟสทสองทมความแขงสงขนเขาไปในเนอผวเคลอบได
ในกรณของผวเคลอบโมลบดนมพบวาNiBSiและNiCrBSiเปนวสดทมการยดเกาะกบโมลบดนมทดจงสราง
เปนผวเคลอบโลหะ-โลหะคอมโพสตทมคณภาพสงไดงายผวเคลอบคอมโพสต(Mo-Ni(Cr)BSi)มความแขงท
สงขนและสามารถตานทานการสกหรอไดดขนแตจะมคาสมประสทธความเสยดทานทสงขนสมบตทางกลเหลา
นสามารถปรบใหเหมาะสมกบความตองการได ในระดบหนงโดยการปรบสดสวนของโมลบดนมตอNi(Cr)BSi
ภาพท 9 ชนสวนทใช ในกระบวนการผลตโพลเมอร
เสรมแรงเกดการสกหรอแบบขดถจากอนภาคเสรมแรง
ทมความแขงสง
ภาพท 10 โครงสรางภาคตดขวางของผวเคลอบ
Mo-NiCrBSi
ภาพท 11 อตราการสกหรอของผวเคลอบ Mo-NiCrBSi ทสวนผสมตางๆ (Mix25 = Mo-25wt.%NiCrBSi,
Mix50 = Mo-50wt.%NiCrBSi และ Mix75 = Mo-75wt.%NiCrBSi)
มกราคม - มนาคม 255768
มกราคม - มนาคม 2557
69
1.3.3ผวเคลอบเซรามกสำาหรบอตสาหกรรมการแปรรปอาหาร
การปนเปอนของโลหะและโลหะหนกในอตสาหกรรมการผลตและแปรรปอาหารเปนปญหาสำาคญทได
รบความสนใจเปนอยางมากในกระบวนการแปรรปอาหารเชนการตบด(pulverising)พชผลทางการเกษตร
ใหมขนาดเลกลงเพอใชเปนสวนประกอบในการผลตอาหารพบวาชนสวนโลหะของเครองจกรกลทใช ในการบด
เกดการสกหรอและการกดกรอนไดงายทำาใหอนภาคขนาดเลกของโลหะหลดเขาไปเปนสงปนเปอนในผลตผล
ทางการเกษตรอนภาคโลหะเหลานมขนาดเลกกวาทจะมองเหนไดดวยตาเปลาทำาใหกำาจดไดยากถาหากกำาจด
ไมหมดกจะปนเปอนในอาหาร
นอกจากปญหาดานความปลอดภยแลว โลหะปนเปอนยงทำาใหอาหารมกลน ส และรสชาตท
เปลยนแปลงไป ดงนน เพอทจะลดปรมาณสงปนเปอนผผลตจงเลอกใชชนสวนเครองจกรอปกรณทผลต
จากโลหะทมความตานทานการกดกรอนและการสกหรอด หรอเลอกใช โลหะเกรดทใชกบอาหารไดอยางเชน
เหลกกลาไรสนมAISI316นอกจากนกสามารถเลอกใชชนงานเหลกกลาทเคลอบผวดวยเซรามกโดยผวเคลอบ
อะลมนา (Al2O
3) ทพนเคลอบดวยเทคนคการพนเคลอบดวยเปลวพลาสมาเปนหนงในตวเลอกทเหมาะสม
ทงทางดานความทนทานตอการสกหรอและการกดกรอน
ภาพท 12 ใบตบดทผลตจากเหลกกลาคารบอนตำ�เคลอบผวดวยอะลมนาเกดการสกหรอขนชากวา
ใบตบดแบบอน
ภาพท 13 โครงสรางภาคตดขวางของผวเคลอบ
Al2O
3/TiO
2 ทใชเคลอบใบตบด
การทดสอบการใชงานจรงของใบตบดทผลตจากเหลกกลาคารบอนตำ�เคลอบผวดวยอะลมนาในเครองตบดแบบแนวนอนขนาดเลกและใชแกลบเปนวสดทถกตบดโดยจะทดสอบใบมดหลายชนดพรอมกนซงรวมถง
ใบมดมาตรฐานทใชอยในปจจบนเชนเหลกกลาชบแขงผลการทดสอบโดยวดปรมาตรการสกหรอของใบตบด
พบวาใบตบดแบบเคลอบอะลมนามปรมาตรการสกหรอราว40%ของใบตบดแบบเหลกกลาชบแขงและเปน
เพยง5%ของใบตบดทผลตจากเหลกกลาไรสนมAISI316
1.3.4ผวเคลอบเพอปรบปรงสมบตทางความรอนของชนงาน
การนำาความรอนของวสดเปนสมบตสำาคญทตองพจารณาในการใชงานทอณหภมสงในกลมนเราแบงชน
งานเปน2ประเภทคอ(1)ชนงานทตองการความสามารถในการนำาและกระจายความรอนทดเชนแผนหรอ
ทอนำาความรอนในเครองแลกเปลยนความรอน(heatexchanger)ลกกลงบนสายพานลำาเลยงในการผลตเหลก
Al2O
3/TiO
2
มกราคม - มนาคม 255770
ภาพท 14 แผนลำาเลยงชนงานในเตาอบคลายเครยด
ภาพท 15 ใบพดกวนสงกะสหลอมเหลว
แทงหลอ(ingot)แทนวางชนงานในเตาอบชบเปนตนและ(2)ชนงานทตองการความเปนฉนวนความรอน
เชนผนงเตาปฏกรณใบพดสำาหรบกวนโลหะหรอเกลอหลอมเหลวชนสวนอปกรณตางๆในเครองยนตกงหน
กาซ(gasturbineengine)เปนตนถงแมวาสมบตทางความรอนจะเปนปจจยสำาคญทมผลตอประสทธภาพ
การทำางานของเครองมอนนๆแตในหลายกรณกลบพบวาจำาเปนตองผลตชนสวนเหลานจากโลหะในกลมเหลก
เนองจากเหตผลดานราคาเทคนคการขนรปและสมบตทางกลอนๆโดยเฉพาะอยางยงความแขงแรงและความ
เหนยวในกรณนเราสามารถนำาชนงานไปเคลอบผวเพอปรบปรงความสามารถในการนำาความรอนหรอความเปน
ฉนวนทผวใหเหมาะสมได
สวนชนงานทตองการใหมการนำาและกระจายความรอนทดเพอใหสามารถควบคมอณหภมของชนงาน
และบรเวณใกลเคยงไดคงทและสมำ�เสมอเราสามารถเคลอบผวดวยอะลมเนยมอะลมเนยมผสมหรอทองแดงได ทงนมกจะใชเปนผวเคลอบอะลมเนยมพนเคลอบดวยเทคนคการพนเคลอบแบบอารกเนองจากมตนทนท
คอนขางตำ�สามารถควบคมปรมาณออกไซดในผวไดดในระดบหนงและผวเคลอบมการยดเกาะกบเหลกกลาทด
มกราคม - มนาคม 2557
71
ในกรณของงานทตองการผวทเปนฉนวนความรอนเพอลดการสญเสยพลงงานจากระบบหรอเพอลด
อณหภมทชนงานไดรบสามารถเคลอบผวดวยวสดในกลมเซรามกดวยเทคนคการพนเคลอบดวยเปลวพลาสมา
ไดโดยทวไปจะเลอกใชวสดในกลมเซอรโคเนย(ZrO2)เชนZrO
2-Y
2O
3หรอZrO
2-MgOเนองจากเปนวสดท
มคาการนำาความรอนทตำ�และมสมประสทธการขยายตวเนองจากการเปลยนแปลงอณหภม(thermalexpan-sioncoefficient)ทคอนขางสงเมอเทยบกบเซรามกทวไปทำาใหเมอพนเคลอบลงบนโลหะแลวนำาไปใชงานท
อณหภมสงจะไมคอยเกดปญหาการหลดรอนตามมา
1.3.5ผวเคลอบเพอตานทานการกดกรอนทอณหภมสง
ชนสวนหรอระบบเครองจกรกลซงทำางานทอณหภมสงเชนเตาปฏกรณเตาเผาวตถดบชวมวลเตา
เผาขยะโรงพยาบาลใบพดระบายอากาศของหอหลอเยนเบาหลอมโลหะหมอไอนำ�ฯลฯมกจะเกดออกซเดชนและการกดกรอนทอณหภมสงรปแบบตางๆเชนซลฟเดชนไนไตรเดชนการกดกรอนจากฮาโลเจนและการ
กดกรอนจากโลหะหลอมเหลวเปนตนนอกจากนชนสวนบางประเภทยงตองทนตอการสกหรอในขณะใชงานท
อณหภมสงอกดวยยกตวอยางเชนใบพดระบายอากาศของหอหลอเยนมไอรอนทอณหภมสงกวา100°Cวง
ผาน ซงไอรอนมขเถาจากการเผาไหมปนมาดวย ทำาให ใบพดเกดออกซเดชนและการกดเซาะ (erosion) ขน
พรอมกนหรอหวพนไฟในเตาเผาขนาดใหญทตองทนอณหภมสงถง400°Cและในขณะทำางานมแรงปะทะจาก
การเผาไหมของกาซเชอเพลงตลอดเวลาทำาใหหวพนไฟมการสนสะเทอนอยางตอเนองซงทำาใหเกดการสกหรอ
แบบถครด(fretting)ไดการทชนงานเกดการสกหรอและการกดกรอนทอณหภมสงพรอมกนเชนนทำาใหชนงาน
มอายสนลงมาก
เราสามารถนำาผวเคลอบนกเกลโครม-โครเมยมคารไบด (NiCr-Cr3C2) หรอ นกเกลโครม-ทงสเตน
คารไบด (NiCr-WC) ทผลตดวยเทคนค HVOF มาใช ในการตานทานการสกหรอทอณหภมสงไดอยางม
ประสทธภาพสดสวนโดยนำ�หนกขององคประกอบเคมสามารถเลอกใช ใหเหมาะสมกบสมบตทางกลทตองการโดยทวไปจะใชNiCrประมาณ20-25%โดยนำ�หนกNiCrทำาหนาทเปนเนอหลกหรอตวประสานใหแกผวเคลอบทำาใหผวเคลอบมความทนทานตอการแตกหก(fracturetoughness)ทดสามารถยดเกาะกบชนงาน
ไดดและยงชวยตานทานการกดกรอนไดดอกดวยสวนอนภาคคารไบด(ไดแกCr3C2และWC)ซงเปนสาร
เสรมแรงมหนาทเพมความแขงและความสามารถในการตานทานการสกหรอใหแกผวเคลอบ
ภาพท 16 ใบพดทมกาซรอนและอนภาคผงฝนวงผานจงเกดการสกกรอน นำามาพนเคลอบดวยผวเคลอบ NiCr-Cr3C
2
มกราคม - มนาคม 255772
1.4หองปฏบตการวเคราะหความเสยหายของวสดและเทคโนโลยพนผว
หองปฏบตการวเคราะหความเสยหายของวสดและเทคโนโลยพนผว ภายใตศนยเทคโนโลยโลหะ
และวส ดแหงชา ต ไ ดพฒนาเทคโนโลยการพน เคลอบด วยเปลวความรอนเพ อแก ไข ปญหา
ของภาคอตสาหกรรม โดยเฉพาะอยางยงปญหาดานการสกหรอและการกดกรอนของชนสวน
เครองจกรอตสาหกรรมดวยเทคโนโลยดานวศวกรรมพนผวบทบาทของเราไมเพยงใหคำาแนะนำาแนวทางแกไข
ปญหาและใหบรการงานพนเคลอบฯแตยงรวมถงงานวจยและพฒนารวมกบภาคอตสาหกรรมและการถายทอด
เทคโนโลยสผ ใชงานอกดวยหองปฏบตการมเครองมอและอปกรณดานการพนเคลอบฯทครบครนครอบคลม
งานพนเคลอบฯไดหลายรปแบบผสนใจสามารถสอบถามขอมลและรบบรการงานพนเคลอบไดท
ภาพท 17 โครงสรางภาคตดขวางของผวเคลอบ NiCr-Cr3C
2 ทผลตโดยเทคนค HVOF
เนอผวเคลอบมลกษณะเปนคอมโพสตเซอรเมตระหวาง NiCr และอนภาค Cr3C
2
หองปฏบตการวเคราะหความเสยหายของวสดและเทคโนโลยพนผว
ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาต
โทร.025646500ตอ4633(กตตชย)หรอ4232(ดร.ปนดดา)
