1. บทนำ
ในสายเคเบิลสื่อสารที่ใช้ส่งสัญญาณความถี่สูง ตัวนำจะเกิดปรากฏการณ์สกินเอฟเฟกต์ และยิ่งความถี่ของสัญญาณที่ส่งสูงขึ้น ปรากฏการณ์สกินเอฟเฟกต์ก็จะยิ่งรุนแรงขึ้น ปรากฏการณ์สกินเอฟเฟกต์หมายถึงการส่งสัญญาณไปตามพื้นผิวด้านนอกของตัวนำภายในและพื้นผิวด้านในของตัวนำภายนอกของสายเคเบิลโคแอกเซียล เมื่อความถี่ของสัญญาณที่ส่งสูงถึงหลายกิโลเฮิร์ตซ์หรือหลายหมื่นเฮิร์ตซ์
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อราคาทองแดงในตลาดโลกพุ่งสูงขึ้นและทรัพยากรทองแดงในธรรมชาติเริ่มหายากขึ้นเรื่อยๆ การใช้ลวดเหล็กหุ้มทองแดงหรือลวดอะลูมิเนียมหุ้มทองแดงเพื่อทดแทนตัวนำทองแดงจึงกลายเป็นภารกิจสำคัญสำหรับอุตสาหกรรมการผลิตสายไฟและสายเคเบิล อีกทั้งยังเป็นการส่งเสริมการใช้งานลวดเหล็กหุ้มทองแดงด้วยส่วนแบ่งการตลาดขนาดใหญ่
แต่ลวดที่ชุบทองแดงนั้น เนื่องจากการเตรียมการก่อนการชุบ การชุบนิกเกิลก่อนการชุบ และกระบวนการอื่นๆ รวมถึงผลกระทบของสารละลายชุบ ทำให้เกิดปัญหาและข้อบกพร่องดังต่อไปนี้ได้ง่าย: ลวดดำคล้ำ การชุบก่อนการชุบไม่ดี ชั้นชุบหลักหลุดลอก ส่งผลให้เกิดลวดเสีย วัสดุสิ้นเปลือง ทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้น ดังนั้น การรับประกันคุณภาพของการชุบจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง บทความนี้กล่าวถึงหลักการและขั้นตอนการผลิตลวดเหล็กหุ้มทองแดงโดยการชุบด้วยไฟฟ้า ตลอดจนสาเหตุทั่วไปของปัญหาคุณภาพและวิธีการแก้ไข 1 กระบวนการชุบลวดเหล็กหุ้มทองแดงและสาเหตุของปัญหา
1.1 การเตรียมลวดก่อนใช้งาน
ขั้นแรก นำลวดไปแช่ในสารละลายด่างและสารละลายกัดกร่อน จากนั้นจึงใช้แรงดันไฟฟ้าระดับหนึ่งกับลวด (ขั้วบวก) และแผ่นโลหะ (ขั้วลบ) ขั้วบวกจะเกิดการตกตะกอนของออกซิเจนจำนวนมาก บทบาทหลักของก๊าซเหล่านี้คือ: หนึ่ง ฟองอากาศขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของลวดเหล็กและสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่อยู่ใกล้เคียงจะทำให้เกิดการกวนและลอกคราบทางกล จึงช่วยส่งเสริมการขจัดน้ำมันออกจากพื้นผิวของลวดเหล็ก เร่งกระบวนการสบู่และการอิมัลซิฟิเคชันของน้ำมันและไขมัน สอง เนื่องจากฟองอากาศขนาดเล็กที่เกาะอยู่ตามส่วนต่อประสานระหว่างโลหะและสารละลาย เมื่อฟองอากาศและลวดเหล็กหลุดออกไป ฟองอากาศจะเกาะติดกับลวดเหล็กที่มีน้ำมันจำนวนมากไปยังพื้นผิวของสารละลาย ดังนั้น บนฟองอากาศจะนำน้ำมันจำนวนมากที่เกาะติดกับลวดเหล็กไปยังพื้นผิวของสารละลาย จึงช่วยส่งเสริมการขจัดน้ำมัน และในขณะเดียวกันก็ป้องกันการเกิดการเปราะของไฮโดรเจนที่ขั้วบวก ทำให้ได้การชุบที่ดี
1.2 การชุบลวด
ขั้นแรก ลวดจะถูกเตรียมการและเคลือบด้วยนิกเกิลเบื้องต้นโดยการจุ่มลงในสารละลายชุบ และจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดให้กับลวด (แคโทด) และแผ่นทองแดง (แอโนด) ที่แอโนด แผ่นทองแดงจะสูญเสียอิเล็กตรอนและเกิดเป็นไอออนทองแดงสองวาเลนซ์อิสระในอ่างอิเล็กโทรไลต์ (อ่างชุบ):
Cu – 2e→Cu2+
ที่ขั้วแคโทด ลวดเหล็กจะถูกทำให้มีอิเล็กตรอนอีกครั้งด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส และไอออนทองแดงสองวาเลนซ์จะถูกสะสมบนลวดเพื่อสร้างลวดเหล็กหุ้มทองแดง:
Cu2 + + 2e→ Cu
Cu2 + + e→ Cu +
Cu + + e→ Cu
2H + + 2e→ H2
เมื่อปริมาณกรดในสารละลายชุบไม่เพียงพอ คิวปรัสซัลเฟตจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสได้ง่าย กลายเป็นคิวปรัสออกไซด์ คิวปรัสออกไซด์จะถูกกักอยู่ในชั้นชุบ ทำให้ชั้นชุบหลวม Cu2SO4 + H2O [Cu2O + H2SO4]
I. ส่วนประกอบหลัก
สายเคเบิลใยแก้วนำแสงสำหรับใช้งานภายนอกอาคารโดยทั่วไปประกอบด้วยเส้นใยเปลือย ท่อหลวม วัสดุป้องกันน้ำ ส่วนประกอบเสริมความแข็งแรง และปลอกหุ้มด้านนอก มีโครงสร้างหลากหลายรูปแบบ เช่น โครงสร้างแบบท่อกลาง โครงสร้างแบบตีเกลียวหลายชั้น และโครงสร้างแบบโครงกระดูก
เส้นใยเปลือยหมายถึงเส้นใยนำแสงดั้งเดิมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 250 ไมโครเมตร โดยทั่วไปจะประกอบด้วยชั้นแกนกลาง ชั้นหุ้ม และชั้นเคลือบ เส้นใยเปลือยชนิดต่างๆ จะมีขนาดของชั้นแกนกลางแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เส้นใยแบบซิงเกิลโหมด OS2 โดยทั่วไปจะมีขนาด 9 ไมโครเมตร ในขณะที่เส้นใยแบบมัลติโหมด OM2/OM3/OM4/OM5 จะมีขนาด 50 ไมโครเมตร และเส้นใยแบบมัลติโหมด OM1 จะมีขนาด 62.5 ไมโครเมตร เส้นใยเปลือยมักมีการกำหนดรหัสสีเพื่อแยกความแตกต่างระหว่างเส้นใยหลายแกน
ท่อหลวมมักทำจากพลาสติกวิศวกรรมความแข็งแรงสูง PBT และใช้สำหรับรองรับเส้นใยเปลือย ท่อเหล่านี้ให้การปกป้องและบรรจุด้วยเจลกันน้ำเพื่อป้องกันน้ำซึมเข้าไปทำลายเส้นใย เจลยังทำหน้าที่เป็นตัวกันกระแทกเพื่อป้องกันความเสียหายของเส้นใยจากแรงกระแทก กระบวนการผลิตท่อหลวมมีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้แน่ใจว่าเส้นใยมีความยาวเกินพอ
วัสดุกันน้ำ ได้แก่ จาระบีกันน้ำสำหรับสายเคเบิล เส้นใยกันน้ำ หรือผงกันน้ำ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการกันน้ำของสายเคเบิลให้ดียิ่งขึ้น วิธีที่นิยมใช้กันโดยทั่วไปคือการใช้จาระบีกันน้ำ
องค์ประกอบเสริมความแข็งแรงมีทั้งแบบโลหะและแบบอโลหะ แบบโลหะมักทำจากลวดเหล็กเคลือบฟอสเฟต เทปอลูมิเนียม หรือเทปเหล็ก ส่วนแบบอโลหะส่วนใหญ่ทำจากวัสดุ FRP ไม่ว่าจะเป็นวัสดุชนิดใด องค์ประกอบเหล่านี้ต้องมีความแข็งแรงเชิงกลที่จำเป็นเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐาน รวมถึงความต้านทานต่อแรงดึง แรงดัด แรงกระแทก และแรงบิด
วัสดุหุ้มภายนอกควรคำนึงถึงสภาพแวดล้อมการใช้งาน รวมถึงคุณสมบัติกันน้ำ กันรังสียูวี และทนต่อสภาพอากาศ ดังนั้น วัสดุ PE สีดำจึงนิยมใช้ เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ดีเยี่ยมทำให้เหมาะสำหรับการติดตั้งภายนอกอาคาร
2. สาเหตุของปัญหาด้านคุณภาพในกระบวนการชุบทองแดงและแนวทางแก้ไข
2.1 อิทธิพลของการเตรียมผิวลวดก่อนการชุบต่อชั้นชุบ การเตรียมผิวลวดก่อนการชุบมีความสำคัญมากในการผลิตลวดเหล็กหุ้มทองแดงด้วยกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า หากฟิล์มน้ำมันและออกไซด์บนผิวลวดไม่ถูกกำจัดออกไปอย่างสมบูรณ์ ชั้นนิกเกิลที่ชุบไว้ก่อนจะไม่ถูกชุบอย่างดีและการยึดเกาะจะไม่ดี ซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่การหลุดลอกของชั้นทองแดงหลัก ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องตรวจสอบความเข้มข้นของสารละลายด่างและสารละลายกัดกร่อน กระแสไฟฟ้าของสารละลายกัดกร่อนและด่าง และการทำงานของปั๊ม หากไม่เป็นเช่นนั้นจะต้องซ่อมแซมโดยทันที ปัญหาคุณภาพทั่วไปในการเตรียมผิวลวดเหล็กก่อนการชุบและวิธีแก้ไขแสดงอยู่ในตาราง
2.2 ความเสถียรของสารละลายชุบนิกเกิลขั้นต้นมีผลโดยตรงต่อคุณภาพของชั้นชุบขั้นต้น และมีบทบาทสำคัญในขั้นตอนการชุบทองแดงต่อไป ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องวิเคราะห์และปรับอัตราส่วนองค์ประกอบของสารละลายชุบนิกเกิลขั้นต้นอย่างสม่ำเสมอ และต้องมั่นใจว่าสารละลายชุบนิกเกิลขั้นต้นนั้นสะอาดและปราศจากสิ่งปนเปื้อน
2.3 อิทธิพลของสารละลายชุบหลักต่อชั้นชุบ สารละลายชุบประกอบด้วยคอปเปอร์ซัลเฟตและกรดซัลฟิวริกเป็นส่วนประกอบสองอย่าง อัตราส่วนของส่วนประกอบทั้งสองนี้มีผลโดยตรงต่อคุณภาพของชั้นชุบ หากความเข้มข้นของคอปเปอร์ซัลเฟตสูงเกินไป จะเกิดการตกผลึกของคอปเปอร์ซัลเฟต หากความเข้มข้นของคอปเปอร์ซัลเฟตต่ำเกินไป ลวดจะไหม้ได้ง่ายและประสิทธิภาพการชุบจะลดลง กรดซัลฟิวริกสามารถปรับปรุงการนำไฟฟ้าและประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้าของสารละลายชุบโลหะด้วยไฟฟ้า ลดความเข้มข้นของไอออนทองแดงในสารละลายชุบโลหะด้วยไฟฟ้า (ผลของไอออนชนิดเดียวกัน) จึงช่วยปรับปรุงการโพลาไรซ์ของแคโทดและการกระจายตัวของสารละลายชุบโลหะด้วยไฟฟ้า ทำให้ขีดจำกัดความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น และป้องกันการไฮโดรไลซิสของคิวปรัสซัลเฟตในสารละลายชุบโลหะด้วยไฟฟ้าไปเป็นคิวปรัสออกไซด์และการตกตะกอน เพิ่มความเสถียรของสารละลายชุบโลหะ นอกจากนี้ยังลดการโพลาไรซ์ของแอโนด ซึ่งเอื้อต่อการละลายของแอโนดตามปกติ อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าปริมาณกรดซัลฟิวริกสูงจะลดความสามารถในการละลายของคอปเปอร์ซัลเฟต เมื่อปริมาณกรดซัลฟิวริกในสารละลายชุบโลหะไม่เพียงพอ คอปเปอร์ซัลเฟตจะไฮโดรไลซิสเป็นคิวปรัสออกไซด์ได้ง่ายและติดอยู่ในชั้นชุบ ทำให้สีของชั้นชุบเข้มขึ้นและหลุดลอก เมื่อมีกรดซัลฟิวริกมากเกินไปในสารละลายชุบ และปริมาณเกลือทองแดงไม่เพียงพอ ไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาบางส่วนที่ขั้วแคโทด ทำให้พื้นผิวของชั้นชุบมีลักษณะเป็นจุดๆ ปริมาณฟอสฟอรัสในแผ่นทองแดงฟอสฟอรัสก็มีผลกระทบสำคัญต่อคุณภาพของการเคลือบเช่นกัน ควรควบคุมปริมาณฟอสฟอรัสให้อยู่ในช่วง 0.04% ถึง 0.07% หากน้อยกว่า 0.02% จะทำให้เกิดฟิล์มได้ยาก ป้องกันการเกิดไอออนทองแดง จึงทำให้มีผงทองแดงในสารละลายชุบเพิ่มขึ้น หากปริมาณฟอสฟอรัสมากกว่า 0.1% จะส่งผลต่อการละลายของขั้วแอโนดทองแดง ทำให้ปริมาณไอออนทองแดงสองวาเลนซ์ในสารละลายชุบลดลง และเกิดตะกอนที่ขั้วแอโนดจำนวนมาก นอกจากนี้ ควรล้างแผ่นทองแดงเป็นประจำเพื่อป้องกันไม่ให้ตะกอนขั้วบวกปนเปื้อนสารละลายชุบและทำให้ชั้นชุบไม่เรียบและเป็นรอยขรุขระ
3. บทสรุป
จากการดำเนินการตามขั้นตอนที่กล่าวมาข้างต้น ทำให้ผลิตภัณฑ์มีการยึดเกาะและความต่อเนื่องที่ดี คุณภาพคงที่ และประสิทธิภาพยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการผลิตจริง มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อคุณภาพของชั้นชุบโลหะ เมื่อพบปัญหาแล้ว ควรวิเคราะห์และศึกษาอย่างทันท่วงที และควรดำเนินการแก้ไขอย่างเหมาะสม
วันที่โพสต์: 14 มิถุนายน 2565