การชุบทองแดงเป็นกระบวนการของการลงชั้นทองแดงลงบนพื้นผิวของโลหะต่างๆ (อลูมิเนียม เหล็ก นิกเกิล ทองเหลือง) การชุบทองแดงช่วยให้โลหะดูน่าดึงดูดซึ่งนำไปใช้ในโครงการออกแบบต่างๆ ได้ นอกจากนี้ ชั้นทองแดงยังสามารถปรับปรุงการนำไฟฟ้าของผลิตภัณฑ์โลหะ ซึ่งช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ในการรักษาพื้นผิวต่อไปได้อย่างมาก
ใครก็ตามที่อย่างน้อยก็คุ้นเคยกับพื้นฐานของปฏิกิริยาเคมีเพียงเล็กน้อยก็สามารถเชี่ยวชาญเทคโนโลยีการชุบทองแดงอะลูมิเนียมที่บ้านได้
ประวัติศาสตร์การค้นพบทองแดง
ทองแดงเป็นโลหะชนิดแรกที่พิชิตมนุษย์และมีบทบาทสำคัญในประวัติศาสตร์ของการพัฒนาอารยธรรม เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นหลายพันปีก่อนคริสตกาล และไม่สามารถระบุวันที่ที่แน่นอนของการเริ่มต้นใช้โลหะพิเศษนี้ได้
ในสมัยโบราณ นักเก็ตทองแดงส่วนใหญ่ใช้ทำอาวุธและเครื่องมือในครัวเรือน สีแดง-นักเก็ตโลหะสีเขียวถูกนำมาใช้ในลักษณะเดียวกับหินธรรมดา ในอนาคต ผู้คนสังเกตเห็นว่าการแปรรูปวัสดุนี้ด้วยค้อนทำให้มีคุณสมบัติพิเศษ นี่คือที่มาของการตีขึ้นรูปเย็น
ต่อมาก็พบว่าโลหะหลอมเหลวและหลังจากเย็นตัวลงก็จะได้รูปแบบและคุณสมบัติอื่นๆ ระยะนี้เป็นช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาการขึ้นรูปร้อนของโลหะ
ลักษณะและองค์ประกอบของทองแดง
ทองแดงเป็นโลหะหนักสีแดงกุหลาบที่มีความนุ่มสูงและละลายที่ระดับ 1080℃ ค่าการนำไฟฟ้าของการเคลือบทองแดงนั้นสูงกว่าอลูมิเนียมถึง 1.7 เท่า ทองแดงยังมีค่าการนำความร้อนสูงอีกด้วย
คุณสมบัติเฉพาะหลายอย่างของโลหะเกิดจากการมีสิ่งสกปรกต่างๆ อยู่ในองค์ประกอบ ดังนั้นตามออกซิเจนซึ่งอยู่ในองค์ประกอบของทองแดงโลหะจะถูกแบ่งออกเป็นดังนี้:
- ทองแดงที่ไม่มีออกซิเจนมีสิ่งสกปรกน้อยกว่า 0.001%
- ทองแดงบริสุทธิ์มีออกซิเจน 0.001–0.01%
- ทองแดงบริสุทธิ์มีออกซิเจนประมาณ 0.03–0.05%
- ทองแดงสำหรับใช้งานทั่วไปมีออกซิเจน 0.05-0.08%
การมีอยู่ของตะกั่วหรือบิสมัทในทองแดงช่วยลดคุณสมบัติความเป็นพลาสติกของวัสดุ สิ่งเจือปนที่ละลายได้เล็กน้อย (กำมะถัน ตะกั่ว บิสมัท) เพิ่มความเปราะบางของโลหะ
ในกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส นอกจากออกซิเจนแล้ว ไฮโดรเจนยังสามารถเข้าสู่องค์ประกอบของโลหะผสมทองแดงได้
สมบัติทางกายภาพ
ทองแดงคุณภาพหลักคือความต้านทานต่ำและเป็นผลให้ค่าการนำไฟฟ้าสูงการเพิ่มขึ้นของสิ่งเจือปนของโลหะต่างๆ ในโลหะผสมทองแดงช่วยลดการนำไฟฟ้าของวัสดุได้อย่างมาก
การนำความร้อนสูงของทองแดงบริสุทธิ์จะลดลงอย่างมากเมื่อเติมสารผสมที่หลากหลายลงในองค์ประกอบ
มักใช้ในอุตสาหกรรมคือผลิตภัณฑ์ทองแดงที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงในสภาพแวดล้อมต่างๆ ยกเว้นกรดอินทรีย์ แอมโมเนียและเกลือแอมโมเนียม การเพิ่มขึ้นของปริมาณสิ่งเจือปนในองค์ประกอบของทองแดงทำให้ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมลดลงอย่างมีนัยสำคัญ
การชุบโลหะด้วยทองแดงในทางปฏิบัติ
ขั้นตอนการชุบทองแดงของอะลูมิเนียมและโลหะอื่นๆ มีการใช้งานที่ค่อนข้างกว้าง ไม่เพียงแต่สำหรับใช้ในบ้านเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในระดับอุตสาหกรรมด้วย สำหรับโลหะหลายชนิด การเคลือบทองแดงสามารถใช้ได้ทั้งเป็นชั้นอิสระหลักและเป็นชั้นย่อยเพื่อการยึดเกาะอย่างมีประสิทธิภาพของการเคลือบหลักถัดไปกับโลหะฐานของผลิตภัณฑ์
ในกรณีส่วนใหญ่ การชุบทองแดงของอะลูมิเนียมในเวิร์กช็อปที่บ้านจะทำเพื่อวัตถุประสงค์ต่อไปนี้:
- เครื่องประดับตกแต่ง;
- ป้องกันชิ้นส่วนโลหะจากการกัดกร่อนและคาร์บูไรเซชัน
- ขจัดความเสียหายและข้อบกพร่องพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างซับซ้อนและบรรเทา
- ผลิตสำเนาผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัสดุต่างๆ
- สร้างแผ่นสำหรับบัดกรีอลูมิเนียมโดยไม่ต้องใช้องค์ประกอบที่เป็นกรด
- การเตรียมพื้นผิวเบื้องต้นของชิ้นส่วนก่อนชุบโครเมียม,ชุบเงิน ชุบนิเกิล
ประเภทชุบทองแดงผิวโลหะ
ขั้นตอนการชุบอลูมิเนียมทองแดงที่บ้านทำเองก็ได้ไม่ยาก ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์พิเศษและสารเคมีที่ออกฤทธิ์ การเคลือบคุณภาพสูงรับประกันได้ด้วยการยึดติดอย่างเข้มงวดกับเทคโนโลยีการชุบทองแดงอะลูมิเนียมและความรู้เกี่ยวกับกระบวนการต่อเนื่อง
การชุบทองแดงสำหรับพื้นผิวโลหะมี 2 ประเภทหลัก:
- ด้วยการแช่ชิ้นงานในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งผลิตภัณฑ์ถูกแช่ในอ่างที่มีสารเคมีเป็นบางส่วนหรือทั้งหมด การใช้วิธีนี้เป็นสิ่งที่สมเหตุสมผลในกรณีที่จำเป็นต้องทาทองแดงให้ทั่วผลิตภัณฑ์อย่างสม่ำเสมอ
- ชุบทองแดงโดยไม่ต้องจุ่มชิ้นส่วนในสารละลายเคมี วิธีนี้ทำได้ยากกว่า การใช้งานจะมีประสิทธิภาพมากหากจำเป็นต้องชุบทองแดงในบางพื้นที่ของผลิตภัณฑ์
ในทั้งสองกรณีนี้ การเปิดใช้งานของตัวแทนการชุบทองแดงเคมีอะลูมิเนียมจะดำเนินการทางไฟฟ้า ซึ่งต้องใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟคงที่
อุปกรณ์ทองแดงจุ่ม
เพื่อประสิทธิภาพการทำงานด้านเทคโนโลยีคุณภาพสูงของการชุบทองแดงอะลูมิเนียม จำเป็นต้องเตรียมอุปกรณ์ง่ายๆ เครื่องมือและวัสดุที่เหมาะสมสามารถซื้อได้จากเครือข่ายการจัดจำหน่ายหรือทำแยกกัน
ในการทำงานให้เสร็จสมบูรณ์ คุณจะต้องมีเอกสารดังต่อไปนี้และติดตั้ง:
- แหล่งจ่ายไฟ DC 6-8 โวลต์พร้อมอุปกรณ์ปรับกระแสไฟที่ราบรื่นและแอมป์มิเตอร์ หากไม่มีการปรับ ควรรวมรีโอสแตตและแอมมิเตอร์ในวงจรด้วย พวกเขาจะต้องควบคุมกระบวนการ หากไม่มีแหล่งจ่ายไฟอยู่กับที่ ก็สามารถใช้แบตเตอรี่แบบโครน่าได้
- อาบน้ำแบบพิเศษที่ทำจากวัสดุที่ไม่โดนอิเล็กโทรไลต์ (แก้ว, พลาสติก) ขนาดของภาชนะถูกเลือกตามขนาดของชิ้นงาน
- อิเล็กโทรดทองแดง ซึ่งทำหน้าที่จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอิเล็กโทรไลต์ในระหว่างการชุบทองแดงของอะลูมิเนียม และยังชดเชยการสูญเสียโลหะระหว่างปฏิกิริยา
- อิเล็กโทรไลต์ที่มีองค์ประกอบขึ้นอยู่กับวัสดุของชิ้นงานดั้งเดิม
การเตรียมน้ำยาชุบทองแดง
การหาโซลูชั่นสำเร็จรูปสำหรับการชุบทองแดงอลูมิเนียมในเครือข่ายการจัดจำหน่ายเป็นเรื่องยาก โดยปกติผู้ผลิตจะอนุญาตให้ขายสารสำเร็จรูปหลังจากนำเสนอเอกสารที่เกี่ยวข้อง ดังนั้นคนส่วนใหญ่จึงทำน้ำยาชุบทองแดงอะลูมิเนียมเองจากคอปเปอร์ซัลเฟตเองที่บ้าน
สำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้ คุณจะต้อง:
- กรดกำมะถันสีน้ำเงิน;
- น้ำกลั่น;
- กรดไฮโดรคลอริก
คุณสามารถเตรียมสารละลายได้ก็ต่อเมื่อปฏิบัติตามสูตรอย่างถูกต้องเท่านั้น ในการทำเช่นนี้ คอปเปอร์ซัลเฟต (20 กรัม) ต้องละลายในน้ำ 1 ลิตรจากนั้นเติมกรด 2-3 มล. ลงในกระแสบาง ส่วนผสมจะถูกผสมอย่างทั่วถึงจนคริสตัลทั้งหมดละลายหมด
อิเล็กโทรไลต์สำเร็จรูปสำหรับชุบทองแดงของอลูมิเนียมด้วยคอปเปอร์ซัลเฟตควรไม่มีกลิ่นและมีสีฟ้าสดใส
เทคโนโลยีชุบทองแดงแบบจุ่ม
การชุบทองแดงของโลหะอลูมิเนียมโดยวิธีการจุ่มชิ้นงานในอิเล็กโทรไลต์ให้สมบูรณ์นั้นดำเนินการตามเทคโนโลยีต่อไปนี้:
- ทำความสะอาดพื้นผิวของชิ้นงานด้วยกระดาษทรายหรือแปรง จากนั้นนำไปล้างในสารละลายโซดาร้อนและล้างใต้น้ำไหล
- อิเล็กโทรดสองอันถูกแขวนไว้ในภาชนะที่เตรียมไว้ ซึ่งเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งพลังงาน
- ช่องว่างอยู่ระหว่างอิเล็กโทรดซึ่งเชื่อมต่อกับขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟ
- อิเล็กโทรไลต์ที่เตรียมไว้จะถูกเทลงในภาชนะที่ใช้งานได้ ระดับสารละลายต้องอยู่เหนือด้านบนของอิเล็กโทรด
- โดยใช้อุปกรณ์ปรับแต่ง ค่าปัจจุบันของการทำงานจะถูกตั้งไว้ ค่าของพารามิเตอร์ขึ้นอยู่กับการคำนวณ 10-15 mA ต่อ 1 ซม.2 ของพื้นที่ของชิ้นงานที่ประมวลผล
- หลังจาก 20 นาที เครื่องจะปิดและนำชิ้นงานออกจากอ่าง
- อิเล็กโทรไลต์ที่ตกค้างจะถูกชะล้างออกด้วยน้ำและส่วนที่แห้ง
ระยะเวลาในการดำเนินการเป็นค่าโดยประมาณ สามารถควบคุมได้ด้วยสีของสารเคลือบและความสม่ำเสมอของการกระจาย ยิ่งต่อสายไฟนาน ชั้นทองแดงอะลูมิเนียมก็จะหนาขึ้น
เครื่องมือชุบทองแดงแบบจุ่ม
งานชุบทองแดงช่องว่างโลหะโดยไม่ต้องแช่ในอิเล็กโทรไลต์จะดำเนินการกับผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถแช่ในอ่างได้อย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้ วิธีนี้มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการประมวลผลแต่ละส่วนของผลิตภัณฑ์
ในการดำเนินการทางเทคโนโลยีสำหรับการชุบทองแดงโดยไม่ต้องแช่ในอิเล็กโทรไลต์ จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ต่อไปนี้:
- แปรงเคมีทำจากลวดทองแดงตีเกลียว เพื่อจุดประสงค์นี้ คุณต้องถอดฉนวนที่ปลายด้านหนึ่งของเส้นลวด แล้วแยกตัวนำแต่ละตัวออกเล็กน้อย เพื่อให้จับแปรงได้สะดวก ควรมัดด้วยไม้หรือดินสอ
- ควรใช้ที่ว่างสำหรับทำงานในภาชนะที่ไม่มีด้านสูง สะดวกในการใช้พอร์ซเลนธรรมดาหรือจานแก้ว นอกจากนี้ คุณจะต้องมีภาชนะสำหรับอิเล็กโทรไลต์ซึ่งแปรงจะถูกจุ่มลงอย่างต่อเนื่อง แก้วสามารถใช้เพื่อการนี้ได้
- แหล่งจ่ายไฟไม่แตกต่างจากแหล่งจ่ายไฟที่ใช้ในเทคโนโลยีการแช่
เคลือบทองแดงแบบจุ่ม
เทคโนโลยีสำหรับงานชุบทองแดงอะลูมิเนียมโดยไม่ต้องจุ่มชิ้นงานในอิเล็กโทรไลต์มีดังนี้
- แปรงที่เตรียมไว้ล่วงหน้าเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟ
- เทสารละลายอิเล็กโทรไลต์ซึ่งคล้ายกับสูตรที่ใช้ในกรณีจุ่มชิ้นส่วน เทลงในภาชนะสำหรับเปียกแบบแปรง
- ว่างทำความสะอาดและล้างไขมันก่อนหน้านี้ในภาชนะเปล่า ใช้ตัวเชื่อมต่อ ส่วนเชื่อมต่อกับลบของแหล่งพลังงาน
- จุ่มแปรงลงในอิเล็กโทรไลต์แล้วเลื่อนไปวางบนชั้นทองแดง สำคัญมากที่แปรงจะไม่สัมผัสพื้นผิวของชิ้นส่วน
- หลังจากทาชั้นทองแดงแล้ว ชิ้นงานจะถูกล้างใต้น้ำไหลและทำให้แห้ง
ในกระบวนการทำงาน คุณต้องแน่ใจว่ามีชั้นอิเล็กโทรไลต์อยู่ระหว่างชิ้นงานกับแปรงเสมอ ในการทำเช่นนี้ จะต้องจุ่มแปรงลงในภาชนะด้วยสารละลายอย่างต่อเนื่อง
ความปลอดภัยในการทำงาน
งานทั้งหมดกับสารเคมีและแหล่งไฟฟ้าต้องปฏิบัติตามข้อควรระวังที่จำเป็น
การชุบทองแดงของอลูมิเนียมในเขตที่อยู่อาศัยเป็นสิ่งต้องห้ามโดยเด็ดขาด เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ ควรใช้ห้องเอนกประสงค์ โรงรถ หรือโรงจอดรถ อุปกรณ์ไฟฟ้าต้องต่อสายดิน
ควรปฏิบัติตามคำแนะนำต่อไปนี้เพื่อปกป้องสุขภาพของมนุษย์:
- อุปกรณ์ป้องกันทางเดินหายใจ
- เพื่อไม่ให้สารเคมีเข้าตา จำเป็นต้องใส่แว่น
- งานทั้งหมดควรสวมใส่เสื้อผ้าพิเศษ (ถุงมือยาง ผ้ากันเปื้อนผ้าน้ำมัน รองเท้าพิเศษ)
กระบวนการเคลือบผลิตภัณฑ์อะลูมิเนียมด้วยชั้นทองแดงนั้นไม่ยากเป็นพิเศษแม้แต่กับผู้ที่ไม่ค่อยคุ้นเคยกับปฏิกิริยาเคมี ซื้อหรือการทำอุปกรณ์ที่เหมาะสมจะไม่ทำให้เกิดปัญหาพิเศษใดๆ แต่ผลิตภัณฑ์จำนวนมากที่ดูเหมือนจะสูญเสียรูปลักษณ์ที่น่าดึงดูดจะได้รับชีวิตที่สอง
