กระบวนการเคลือบสีเงินสำหรับชิ้นส่วนพลาสติกและโลหะ: สายพ่น UV เทียบกับเครื่องเคลือบสุญญากาศ

การเคลือบสีเงินได้กลายเป็นส่วนประกอบสำคัญในการตกแต่งในอุตสาหกรรมต่างๆ ตั้งแต่ภายในรถยนต์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคไปจนถึงเครื่องใช้ในครัวเรือน ซึ่งเป็นที่ต้องการในด้านความเงางามของโลหะ ความทนทานต่อการกัดกร่อน และความหลากหลายด้านสุนทรียภาพ เทคโนโลยีที่โดดเด่นสองอย่าง—การพ่น UV และการเคลือบสุญญากาศ (Physical Vapor Deposition, PVD)—ตอบสนองความต้องการที่แตกต่างกันของพื้นผิวพลาสติกและโลหะ ในขณะที่การพ่น UV ให้ความคุ้มค่าและปรับตัวเข้ากับรูปทรงที่ซับซ้อนได้ การเคลือบสุญญากาศให้ความทนทานที่เหนือกว่าและโลหะแท้ คุณภาพ. บทความนี้มีรายละเอียดเวิร์กโฟลว์ทั้งหมดของทั้งสองกระบวนการ ตั้งแต่การเตรียมการเบื้องต้น (การขัดเงาและการทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง) ไปจนถึงขั้นตอนการเคลือบหลัก รวมถึงองค์ประกอบของสี UV เงินและการเลือกเป้าหมายการเคลือบสุญญากาศ โดยเน้นที่การปรับตัวเฉพาะพื้นผิวสำหรับชิ้นส่วนพลาสติกและโลหะ

การเตรียมการเบื้องต้น: การขัดเงาและการทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง

การเตรียมการเบื้องต้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันการยึดเกาะของสารเคลือบ ความสม่ำเสมอ และอายุการใช้งาน เนื่องจากข้อบกพร่องบนพื้นผิว สิ่งปนเปื้อน (น้ำมัน ฝุ่น ออกไซด์) หรือเศษซากที่เหลืออยู่ อาจทำให้เกิดการลอก การเกิดฟอง หรือความเงาที่ไม่สม่ำเสมอ กระบวนการนี้แตกต่างกันเล็กน้อยระหว่างพื้นผิวพลาสติกและโลหะเนื่องจากความแตกต่างในด้านความแข็ง ความทนทานต่อความร้อน และรูพรุนของพื้นผิว

การขัดเงา: เทคนิคเฉพาะพื้นผิว

การขัดเงามีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างพื้นผิวที่เรียบเนียน ปราศจากข้อบกพร่อง ซึ่งช่วยเพิ่มคุณสมบัติสะท้อนแสงของการเคลือบสีเงินและลดข้อบกพร่องที่มองเห็นได้

สำหรับชิ้นส่วนพลาสติก

พื้นผิวพลาสติก (เช่น ABS, PC, PMMA) ค่อนข้างนุ่ม (Shore D 60-85) และมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยขีดข่วน ซึ่งต้องใช้วิธีการขัดเงาอย่างอ่อนโยน:

• การเลือกสารกัดกร่อน: ใช้กระดาษทรายชนิดละเอียด (P1500-P2000) หรือน้ำยาขัดเงาเพชร (1-3 μm) เพื่อหลีกเลี่ยงการเสียรูปของวัสดุ สำหรับข้อกำหนดความเงาสูง การขัดเงาขั้นสุดท้ายด้วยผ้าไมโครไฟเบอร์และสารประกอบขัดเงา (มีอะลูมินาหรือซิลิกา) จะได้ความหยาบของพื้นผิว Ra ≤ 0.05 μm

• อุปกรณ์: การขัดเงาด้วยมือหรือเครื่องขัดแบบวงโคจรความเร็วต่ำ (1000-1500 RPM) ป้องกันความร้อนสูงเกินไป ซึ่งอาจทำให้ชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติกบิดเบี้ยว ชิ้นส่วนพลาสติกที่มีพื้นผิวข้ามการขัดเงาแบบรุนแรงเพื่อรักษาลวดลายพื้นผิวดั้งเดิม โดยต้องการเพียงการทำความสะอาดเบาๆ เพื่อกำจัดสารปล่อยแม่พิมพ์

สำหรับชิ้นส่วนโลหะ

พื้นผิวโลหะ (เช่น อะลูมิเนียม เหล็ก โลหะผสมสังกะสี) แข็งกว่า (HV 100-300) และทนต่อการขัดเงาที่เข้มงวดกว่า:

• ลำดับสารกัดกร่อน: การขัดหยาบด้วยกระดาษทรายอะลูมิเนียมออกไซด์ (P400-P800) จะขจัดรอยเครื่องจักร ตามด้วยการขัดเงาปานกลาง (P1000-P1200) และการขัดเงาละเอียด (P1500-P2000) ด้วยน้ำยาเซเรียมออกไซด์ สำหรับผิวแบบกระจก เครื่องขัดล้อผ้า (2000-3000 RPM) พร้อมน้ำยาโครเมียมออกไซด์จะให้ค่า Ra ≤ 0.02 μm

• การกำจัดเสี้ยน: ก่อนการขัดเงา ชิ้นส่วนโลหะจะผ่านการกำจัดเสี้ยนเพื่อขจัดขอบที่แหลมคม ซึ่งอาจทำให้สารเคลือบสะสมหรือแตกร้าว

การทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง: การกำจัดสิ่งปนเปื้อนหลายขั้นตอน

การทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงใช้คลื่นเสียงความถี่สูง (40-80 kHz) เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากรูพรุนขนาดเล็กและพื้นผิวที่ซับซ้อน ซึ่งทำได้ดีกว่าวิธีการทำความสะอาดแบบดั้งเดิมสำหรับชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อน

หมายเหตุสำคัญ: ความถี่อัลตราโซนิกถูกตั้งค่าเป็น 40 kHz สำหรับพลาสติก (ลดความเสียหายจากการเกิดโพรงอากาศ) และ 60-80 kHz สำหรับโลหะ (ช่วยเพิ่มการกำจัดสิ่งปนเปื้อน) ชิ้นส่วนจะถูกวางในตะกร้าตาข่ายพร้อมซับในแบบนุ่มเพื่อหลีกเลี่ยงรอยขีดข่วนระหว่างการทำความสะอาด

สายพ่น UV: กระบวนการเคลือบสีเงิน

การพ่น UV ใช้สารเคลือบที่บ่มด้วย UV สีเงินผ่านการพ่นด้วยไฟฟ้าสถิต ซึ่งให้การบ่มที่รวดเร็ว การปล่อย VOC ต่ำ และความสม่ำเสมอของสีที่ดีเยี่ยม เหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนพลาสติกและส่วนประกอบโลหะที่สึกหรอน้อย

องค์ประกอบสี UV เงิน

วัสดุหลักที่กำหนดผิวสีเงินและประสิทธิภาพคือสีที่บ่มด้วย UV ซึ่งมีสูตรดังนี้:

• ระบบเรซิน: อะคริเลตโอลิโกเมอร์ (ยูรีเทนอะคริเลตเพื่อความยืดหยุ่น อีพ็อกซีอะคริเลตเพื่อความแข็ง) และโมโนเมอร์ (ไตรเมทิลอลโพรเพนไตรอะคริเลต, TMPTA) สร้างเมทริกซ์ฟิล์ม สำหรับพลาสติก โอลิโกเมอร์ที่ยืดหยุ่น (การยืดตัวเมื่อขาด ≥ 50%) ป้องกันการแตกร้าว สำหรับโลหะ โอลิโกเมอร์แข็ง (ความแข็ง ≥ 2H) ช่วยเพิ่มความทนทานต่อรอยขีดข่วน

• เม็ดสีเงิน: ผงเกล็ดอะลูมิเนียม (วางเงินอะลูมิเนียม) เป็นสารให้สีหลัก โดยมีขนาดอนุภาค 5-20 μm และการบำบัดพื้นผิว (สารเชื่อมต่อไซเลน) เพื่อปรับปรุงการกระจายตัวและความทนทานต่อสภาพอากาศ การโหลดเม็ดสี (10-15% โดยน้ำหนัก) ควบคุมความเงางามของโลหะ—การโหลดที่สูงขึ้นจะสร้างผิวที่สว่างและสะท้อนแสงได้ดีขึ้น

• สารเติมแต่ง: สารเริ่มต้นภาพถ่าย (1-ไฮดรอกซีไซโคลเฮกซิลฟีนิลคีโตน, HCPK) ดูดซับแสง UV (365 nm) เพื่อกระตุ้นการบ่ม สารช่วยไหล (โพลีอีเทอร์ดัดแปลงโพลีไซลอกเซน) ป้องกันผิวส้ม สารป้องกันสีเหลือง (สารดูดซับ UV เบนโซไตรอาโซล) รักษาความเงางามของเงิน

• ตัวทำละลาย: สารเจือจาง VOC ต่ำ (เอทิลอะซิเตท, ไอโซบิวทิลอะซิเตท) ปรับความหนืด (15-20 วินาที, ถ้วย DIN 4 มม.) เพื่อความสามารถในการพ่น โดยมีตัวทำละลายตกค้างน้อยที่สุด ( เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดฟอง

กระบวนการพ่นและบ่ม

1. การใช้งานไพรเมอร์ (ตัวเลือก): สำหรับพลาสติกที่มีการยึดเกาะไม่ดี (เช่น PP) จะมีการพ่นไพรเมอร์ที่บ่มด้วย UV (อะคริลิก + โพลีโอเลฟินคลอริเนต) ก่อน โดยมีความหนาของฟิล์มแห้ง (DFT) 5-8 μm จะถูกบ่มล่วงหน้าด้วยหลอด UV (80-100 mJ/cm²) เป็นเวลา 10-15 วินาที

2. การพ่นสี UV เงิน: ปืนพ่นไฟฟ้าสถิต (แรงดันไฟฟ้า 60-80 kV, แรงดันพ่น 0.3-0.5 MPa) ใช้สีเงินใน 1-2 ชั้น ทำให้ได้ DFT 15-25 μm ระยะพ่นคือ 20-30 ซม. โดยมีความเร็วสายพาน 1-2 ม./นาที เพื่อให้แน่ใจว่าครอบคลุมสม่ำเสมอ

3. ขั้นตอนการแฟลชออฟ: ชิ้นส่วนจะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 5-10 นาที เพื่อให้ตัวทำละลายระเหย ลดการเกิดรูเข็มระหว่างการบ่ม

4. การบ่มด้วย UV: หลอดปรอท (กำลังไฟ 80-120 W/cm) หรือหลอด LED UV (365 nm) จะบ่มสารเคลือบด้วยความเร็วสายพาน 3-5 ม./นาที โดยมีปริมาณพลังงานรวม 300-500 mJ/cm² เวลาในการบ่มคือ 1-3 วินาที ทำให้เกิดการเชื่อมขวางเต็มที่ (ปริมาณเจล ≥ 95%)

5. การใช้งานท็อปโค้ท (ตัวเลือก): ใช้ท็อปโค้ท UV ใส (DFT 10-15 μm) สำหรับการใช้งานที่มีการสึกหรอสูง บ่มด้วย UV เพิ่มเติม (200-300 mJ/cm²) เพื่อเพิ่มความทนทานต่อรอยขีดข่วน (ความแข็งของดินสอ ≥4H) และความทนทานต่อสารเคมี

เครื่องเคลือบสุญญากาศ: กระบวนการเคลือบสีเงิน

การเคลือบสุญญากาศ (แมกนีตรอนสปัตเตอร์) จะสะสมฟิล์มโลหะเงินบางๆ ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศสูง ให้การยึดเกาะที่เหนือกว่า ทนต่อการสึกหรอ และโลหะแท้ คุณภาพ. เป็นที่ต้องการสำหรับชิ้นส่วนโลหะประสิทธิภาพสูงและส่วนประกอบพลาสติกระดับพรีเมียม

การเลือกวัสดุเป้าหมายสำหรับการเคลือบสีเงิน

เป้าหมายกำหนดความบริสุทธิ์ ความทนทาน และต้นทุนของผิวสีเงิน ตัวเลือกหลักสองแบบถูกนำมาใช้:

• เป้าหมายอะลูมิเนียม (Al): ตัวเลือกทั่วไป (ความบริสุทธิ์ 99.99%) ให้ความเงางามสีเงินสดใสคล้ายกับอะลูมิเนียมขัดเงา อะลูมิเนียมมีความคุ้มค่า เสถียรทางเคมี และสร้างชั้นออกไซด์หนาแน่น (Al₂O₃) ซึ่งช่วยเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อน ขนาดเป้าหมายแตกต่างกันไปตามขนาดห้อง (โดยทั่วไป 300×100×5 มม. สำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็ก) โดยมีผลผลิตการสปัตเตอร์ 1.2 อะตอม/ไอออน

• เป้าหมายเงิน (Ag): สำหรับผิวสีเงินบริสุทธิ์ สะท้อนแสง (เช่น พื้นผิวกระจก) ใช้เป้าหมายเงินบริสุทธิ์ 99.99% เงินมีการสะท้อนแสงเป็นพิเศษ (≥95% สำหรับแสงที่มองเห็นได้) แต่มีความนุ่มนวลกว่า (HV 60-80) และมีราคาแพงกว่าอะลูมิเนียม มักใช้สำหรับการใช้งานระดับไฮเอนด์ (เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรูหรา การตกแต่งรถยนต์) พร้อมท็อปโค้ทป้องกันเพื่อป้องกันการเสื่อมเสีย

กระบวนการสปัตเตอร์แมกนีตรอน

1. การโหลดและการติดตั้ง: ชิ้นส่วนที่ผ่านการเตรียมการแล้วจะถูกติดตั้งบนอุปกรณ์ติดตั้งแบบหมุน (การหมุนของดาวเคราะห์, 5-10 RPM) เพื่อให้แน่ใจว่ามีการเคลือบที่สม่ำเสมอ ชิ้นส่วนพลาสติกใช้อุปกรณ์ติดตั้งอุณหภูมิต่ำเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายจากความร้อน

2. การอพยพสุญญากาศ: ห้องจะถูกอพยพไปยังแรงดันพื้นฐาน 1×10⁻³ Pa โดยใช้ปั๊มเทอร์โบโมเลกุล ขจัดอากาศและความชื้นที่ทำให้เกิดข้อบกพร่องของฟิล์ม (รูเข็ม การเกิดออกซิเดชัน)

3. การทำความสะอาดด้วยการระดมยิงไอออน: ก๊าซอาร์กอน (Ar) ถูกนำมาใช้ (แรงดัน 1×10⁻¹ Pa) และใช้ไบแอสลบ (-300 ถึง -500 V) กับชิ้นส่วน ไอออนอาร์กอนจะระดมยิงพื้นผิว ขจัดสิ่งปนเปื้อนที่เหลืออยู่และเปิดใช้งานพื้นผิว (ช่วยเพิ่มการยึดเกาะ) ขั้นตอนนี้ใช้เวลา 5-10 นาที

4. การสปัตเตอร์และการสะสม: เป้าหมายจะได้รับพลังงานด้วยแหล่งจ่ายไฟ DC (2-5 kW) สร้างพลาสมาที่ทำให้ก๊าซอาร์กอนเป็นไอออน ไอออนอาร์กอนจะระดมยิงเป้าหมาย ปล่อยอะตอมโลหะ (Al หรือ Ag) ที่สะสมบนชิ้นส่วนที่หมุน พารามิเตอร์หลัก:

◦ แรงดันการสะสม: 2×10⁻² Pa (อัตราการไหลของอาร์กอน 20-30 sccm)

◦ อุณหภูมิการสะสม: 80-120°C สำหรับพลาสติก, 150-200°C สำหรับโลหะ

◦ ความหนาของฟิล์ม: 50-200 nm (ควบคุมความเงางามของเงิน—ฟิล์มที่หนากว่าจะสะท้อนแสงได้ดีกว่า)

1. การบำบัดหลังการสะสม: หลังจากการสะสม ห้องจะถูกล้างด้วยไนโตรเจน และชิ้นส่วนจะถูกทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิห้อง (20-30 นาที) มักมีการสปัตเตอร์ชั้นป้องกันบางๆ (SiO₂ หรือ Al₂O₃, 20-50 nm) เพื่อเพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอและป้องกันการเสื่อมเสีย (สำคัญสำหรับเป้าหมายเงิน)

การตรวจสอบหลังการเคลือบและการควบคุมคุณภาพ

ทั้งสองกระบวนการต้องมีการทดสอบอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ:

• การทดสอบการยึดเกาะ: การทดสอบแบบตัดขวาง (ASTM D3359) พร้อมคะแนน 100/100 (ไม่มีการลอก) สำหรับโลหะ การทดสอบเทป (3M 610) สำหรับพลาสติก (ไม่มีการกำจัดสารเคลือบ)

• การตรวจสอบสุนทรียภาพ: การประเมินด้วยสายตาภายใต้แสงมาตรฐาน D65 ตรวจสอบความไม่สม่ำเสมอ รูเข็ม หรือการเบี่ยงเบนของสี (ΔE ≤ 1.0 สำหรับโทนสีเงิน)

• คุณสมบัติทางกายภาพ: ความแข็งของดินสอ (≥2H สำหรับการพ่น UV, ≥3H สำหรับการเคลือบสุญญากาศ), ความทนทานต่อการขัดถู (≥500 รอบด้วยน้ำหนัก 500 กรัม, ASTM D4060) และความทนทานต่อการกัดกร่อน (การทดสอบสเปรย์เกลือ 48 ชั่วโมง, ASTM B117—ไม่มีสนิมหรือเปลี่ยนสี)

• ความหนาของฟิล์ม: เกจวัดความหนาดิจิทัล (ความแม่นยำ 1 μm สำหรับการเคลือบ UV, 1 nm สำหรับการเคลือบสุญญากาศ) ตรวจสอบการปฏิบัติตาม DFT

การเปรียบเทียบกระบวนการและสถานการณ์การใช้งาน