กระบวนการปรับผิวโลหะโดยวิธี

Fine shot peening

Fine shot peening process

      กระบวนการปรับปรุงผิวด้วยการพ่นยิงอนุภาคขนาดเล็ก หรือ Fine shot peening เป็นการปรับปรุงผิวของวัสดุเพื่อเพิ่มความแข็งแรงที่ผิวโดยการยิงอนุภาคทรงกลมขนาดเล็ก ขนาดเส้นผ่านสูนย์กลางตั้งแต่ 0.04-2 มิลลิเมตร เข้าไปกระทบกับผิวของวัตถุด้วยความเร็วสูงที่มากกว่า 100 เมตร/วินาที โดยอนุภาคในการปรับผิวที่จะมีมากมายหลายชนิดขึ้นอยู่ความต้องการในการใช้งาน โดยค่าความแข็งของอนุภาคที่ใช้จะจำเป็นต้องมีค่าที่สูงกว่าวัสดุที่จะทำการปรับผิว ซึ่งการปรับผิวด้วยการพ่นยิงด้วยอนุภาคละเอียดจะทำให้เกิดเป็นหลุมขึ้นที่ผิวของวัสดุที่แสดงถึงการเกิดการเปลี่ยนรูปถาวร โดยจะส่งผลให้ผิวของวัสดุมีค่าความแข็งเพิ่มมากขึ้น และเกิดความเค้นอัดตกค้างเกิดขึ้น ส่งผลให้วัสดุที่ผ่านกระบวนการนี้มีค่าความดัดล้า และความแข็งแรงดัดของวัสดุเพิ่มมากขึ้น รวมไปถึงผลของค่าความแข็งที่เพิ่มมากขึ้นจะช่วยยับยั้งการเกิด Crack ได้ดีมากยิ่งขึ้น ซึ่งสามารถช่วยยืดอายุการใช้งานของวัสดุได้ โดยหากเปรียบเทียบกับกระบวนการปรับผิวอื่นการปรับปรุงผิวด้วยการพ่นยิงด้วยอนุภาคละเอียดจะมีข้อดีที่มากกว่าคือ สามารถปรับผิวบริเวณรูหรือร่องได้ ไม่ทำให้คุณสมบัติอื่นของวัสดุเปลี่ยนแปลงหรือเปลี่ยนแปลงน้อยมาก และใช้เวลาในการปรับผิวและต้นทุนที่ทุกกว่า ปัจจุบันกระบวนการดังกล่าวมักถูกนำมาปรับใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆมากมาย เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์ อุตสาหกรรมเครื่องบิน เป็นต้น เพื่อใช้ในการยืดอายุอุปกรณ์ต่างๆ เช่นเพลา เกียร์ หรือแม้กระทั่ง Turbine blade ของเครื่องบิน

องค์ความรู้ของบริษัท

      ปัจจุบันทางบริษัทร่วมมือกับมหาวิทยาลัยในการดำเนินการศึกษาอิทธิพลของตัวแปรต่างๆของกระบวนปรับผิวด้วยการพ่นยิงอนุภาคละเอียดอย่างต่อเนื่อง ทั้งชนิดของอนุภาค ขนาดของอนุภาค ความดันในการพ่นยิง ระยะห่าง บรรยายกาศในการพ่นยิง และอีกมากมาย โดยได้ผ่านการศึกษาในวัสดุหลากหลายชนิด เช่น โลหะเหล็กกล้าไร้สนิม(SUS316L) ไทเทเนียมอัลลอย (Ti6Al4V, Ti6Al7Nb) ซึ่งผลที่ได้พบว่าสามารถเพิ่มความแข็งแรงให้กับวัสดุต่างๆได้ ซึ่งมีพลังงานที่สูงมากจะทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปถาวรเป็นหลุดเกิดขึ้น ซึ่งเป็นผลให้โครงสร้างของเกรนของวัดสุเกิดการเปลี่ยนแปลงไป จนนำไปสู่ค่าความแข็งของวัสดุบริเวณนั้นเปลี่ยนแปลงไป และเมื่อเกิดการคืนรูปจะไม่สามารถคืนรูปได้หมดจึงเกิดเป็นความอัดตกค้างบริเวณนั้น และมีค่าความแข็งที่บริเวณใกล้เคียงผิวเพิ่มมากขึ้น เป็นผลให้วัสดุสามารถรับแรงดัดได้ดีมากยิ่งขึ้น ทนต่อการสึกหรอได้ดีมากยิ่งขึ้น จนนำมาสู่การยึดอายุการใช้งานให้ได้นานกว่าเดิมถึงหลายเท่าตัว ซึ่งปัจจุบันทางบริษัทได้มีองค์ความรู้ที่สำคัญของกระบวนการนี้มากมาย เช่น ของอนุภาคที่นำมาใช้ในการพ่นยิง ระยะเวลาที่จำเป็นต่อการพ่นยิง รวมไปถึงเงื่อนไขการพ่นยิงต่างๆอีกมากมาย ซึ่งจะส่งผลประสิทธิทั้งทางกลและทางกายภาพของวัสดุ โดยทางบริษัทได้ศึกษาไปถึงค่าความแข็งที่เพิ่มมากขึ้นที่ผิวดังรูปที่ 1 ค่าความเค้นอัดตกค้างดังรูปที่ 2 และค่าอื่นๆอีกมากมาย

ข้อดีและข้อจำกัดของกระบวนการนี้

ข้อดี

• ไม่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติหลักของวัสดุ
• สามารถควบคุมค่าความเรียบผิวได้
• ไม่เปลี่ยนแปลงขนาดชิ้นงาน
• คุณสมบัติที่ผิวที่เพิ่มขึ้นไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อผิวหลุดลอกออก
• ใช้ระยะเวลาที่รวดเร็ว
• สามารถทำบนชิ้นงานขนาดเล็กได้

ข้อจำกัด

• ต้องมีความเข้าใจในเลือกตัวแปรที่จะนำมาใช้ในการปรับผิว
• ชนิดและขนาดของอนุภาคมีมากกว่า 1,000 ชนิด จึงต้องมีความรู้ในการเลือกอนุภาคที่เหมาะสมในการนำมาใช้งาน
• ผู้ที่ควบคุมต้องมีความชำนาญในระดับนึงเพื่อควบคุมประสิทธิภาพของกระบวนการ
• วัสดุที่ถูกนำมาพ่นยิงจะให้ผลที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับสมบัติของวัดสุนั้นๆ ผู้ที่พ่นยิงจึงต้องมีการวิจัยวัสดุใหม่ๆอย่างต่อเนื่อง

การประยุกต์ใช้งานในงานด้านวิศวกรรมต่างๆ

       เกียร์ของยานยนต์หรือเครื่องจักรต่างๆ (Gear) เพื่อยืดอายุการใช้งานป้องกันการสึกหรอจากการคบกันของฟันเกียร์
      แหนบรถยนต์ (Lift spring) เพื่อยืดอายุการใช้งานโดยการสร้างความเค้นอัดตกค้างเพื่อรับความแข็งแรงดัดล้า
      ใบพัดทั้งในส่วนของเครื่องบินและโรงไฟฟ้า (Turbine blade) เพื่อยืดอายุการใช้งานจากการปะทะกับแรงลมหรือแรงดันต่างๆและลดสัมประสิทธิ์แรงเสียดที่ผิวใบ เพลา (Shaft) เพื่อยืดอายุการใช้งานจากการรับแรงในรูปแบบต่างๆ
      อุปกรณ์ทางการแพทย์ (Medical device) เพื่อป้องกันการแตกหักเสียหายและยืดอายุการใช้งาน โครงสร้างโลหะต่างๆ (Metal structure) เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้โลหะต่างๆในโครงสร้างป้องกันการแตกหัก หรือเสียหายจากการกระแทกหรือรับแรงต่างๆ
      เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat exchanger) เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสกับความร้อนเพื่อสร้างเพิ่มเทความร้อนได้ดีมากยิ่งขึ้น
      ท่อ (Pipe) เพื่อความความเร็วในการไหลของของไหลจากการลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่ผิวของท่อ