Ceramic Coatings
ว่าด้วยเรื่องกรรมวิธีการ “ลดความร้อน”เพื่อดึงสมรรถนะที่ซ้อนเร้นให้ยืนหยัดรับใช้เราไปอีกนานเท่านาน (ถ้าชิ้นส่วนอื่นๆมันไม่ขาดใจตายไปซะก่อนอ่ะนะ) รวมถึงป้องกันความร้อนไม่ให้ไปกล้ำกลายยังระบบหรือชิ้นส่วนอุปกรณ์อื่นๆที่อยู่ภายในห้องเครื่อง
…โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับพลพรรครักแรงทั้งหลาย ซึ่งย่อมทราบกันดีอยู่แล้วว่าไอ้เจ้า “ความร้อน” เนี่ย มันเป็น “ขวากหนาม” คอยทิ่มแทงซึ่งสมรรถนะที่จะได้มาจากการเค้นขุมพลังเป็นอย่างยิ่งเพราะปัจจัยหลักในการ “ดึง” หนักๆเร่งเนียนๆมันต้องอาศัยอากาศเย็นๆซึ่งมวลอากาศจะหนาแน่น และให้พลังงานยามถูกสันดาปได้รุนแรงกว่านั่นเอง
ความร้อนลดลง...ลู่ในการปลดปล่อย (ฝูง) ม้าก็มากขึ้น
พี่หรั่งเค้าระบุคำขึ้นต้นประโยคไว้น่าสนใจ ว่า “ใครจะเชื่อ...ว่า การเคลือบชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์จะช่วยปลุกเร้าให้เพิ่มได้?” ที่ระบุเช่นนี้ ก็เพราะมันมีที่มา...ส่วนประกอบต่างๆของขุมพลังเกือบ 100% เป็น “โลหะ” ซึ่งไม่ว่าจะเป็นชนิดใด ก็จะมีคุณสมบัติอย่างหนึ่งที่คล้ายคลึงกันชนิดแยกความแตกต่างไม่ค่อยจะออก คือ การดูดซับ และกระจายความร้อนของเนื้อโลหะ ที่ยังไงก็ต้องเป็นเหมือนกันทุกชนิด แล้วแต่ว่าประเภทไหนจะมาก-น้อยกว่ากันเท่านั้น และต้องไม่ลืมว่าเครื่องยนต์ต้องอาศัยการสันดาป (จะใน-นอกก็แล้วแต่) เรื่องอุณหภูมิสูงๆ มันจึงเลี่ยงไม่พ้น
ประเด็นหลักๆในการเพิ่ม (และถนอม) แรงม้า ด้วยการเคลือบเซรามิคจะอยู่ที่การลดความฝืดของหน้าสัมผัส (Friction Reduction) , ปกป้องจากความร้อน (Heat Resistance) และป้องกันการสึกกร่อน (Wear Protection) โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับ 2 ประเด็นแรก คือ ความฝืดกับความร้อนที่มีผลอย่างยิ่งกับสมรรถนะของตัวแรงโดยตรง...ในด้านของความฝืด
ที่เกิดจากการเสียดสีอันมีผลมาจากการสัมผัส-ถู-เคลื่อนที่ไปมาระหว่างชิ้นส่วน 2 ชิ้น มันย่อมจะต้องมีความร้อนมาข้องเกี่ยวด้วยเสมอ ถ้าเราสามารถลดแรงเสียดทานตรงจุดนั้นได้อย่างน้อยๆมันก็ช่วยให้ความร้อนที่สถิตอยู่ในชิ้นส่วน
อุปกรณ์นั้นๆลดลงและยังกินแรงเครื่องยนต์น้อยลงด้วยหรือแม้แต่อุปกรณ์ที่ลอยหน้าลอยตาอยู่กับที่ แต่ต้องผจญกับอุณหภูมิสูงๆตลอดเวลา (อย่างพวกเฮดเดอร์ หรือท่อทางเดินไอเสีย) ถ้าเราสามารถหาหนทางลดอุณหภูมิมิให้แผ่กระจายออกมาน้อยที่สุดได้ (ไม่ว่าจะภายนอก-ในเครื่องยนต์) มันก็เป็นปัจจัยช่วยอีกอย่างในการถูลู่ถูกังเอาม้าออกมาสู่โลกภายนอกมิใช่หรือ?
ครบถ้วนทุกกระบวนความ ด้วย Ceramic Coating
ว่าแล้วก็เข้าเรื่องกันซักที...สาธยายกันมายืดยาวตั้งแต่ต้น ก็เพียงแต่จะบอกคุณๆว่า เมืองนอกเมืองนาเค้ามีกรรมวิธีในการเพิ่มสมรรถนะโดยการเคลือบชิ้นส่วน (ที่เป็นโลหะ) ด้วยเซรามิค (Ceramic Coating) เพื่อลดปัจจัยทั้ง 3 (ดั่งที่กล่าวไปแล้วข้างต้น) มานานแล้ว โดยมีเหตุจูงใจมาจากการดั้นด้นหาสสารที่จะนำมาใช้เคลือบเพื่อลดซึ่งความฝืดของผิวสัมผัส แล้วผลที่ตามมาก็คือการลดอุณหภูมิคั่งค้างที่อยู่ในเนื้อของวัสดุ รวมถึงความสึกหรอก็จะน้อยตามลงไปด้วยนั่นเอง ซึ่งทั้งหมดล้วนแต่เป็นผลดีต่อบรรดาชิ้นส่วนที่ต้องเคลื่อนที่อยู่ภายในเครื่องยนต์ทั้งสิ้น หลักๆแล้วก็เพื่อทำหน้าที่เป็น “เกราะ” คอยปกป้องผิวสัมผัสของโลหะที่ต้องเสียดสีกัน (ไม่ว่าเป็นชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดก็ตาม) รวมถึงความลื่นของผิวเซรามิคที่มีมากกว่าโลหะ อันจะช่วยลดแรงเสียดทานได้เป็นอย่างดี...และจำเลยในคดีนี้ก็ตกอยู่กับ “เซรามิค” ที่ครบถ้วนทุกคุณสมบัติ ไม่ว่าจะเป็นวัตถุที่ทนความร้อนได้สูง, มีความแข็งแรง และมีแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสต่ำ
5 ชนิดของการเคลือบ แล้วแต่ความต้องการ
ในการเคลือบด้วยเซรามิคนั้น จะมีอยู่ 5 รูปแบบของผลลัพธ์ที่ต้องการ ว่าจะเคลือบเพื่ออะไร โดยข้อมูลของต่างประเทศเค้าจะแบ่งออกเป็น
1. Thermal Barrier (เคลือบเพื่อกันความร้อน)
2. Anti-Friction (เคลือบเพื่อเพิ่มความลื่นให้กับหน้าสัมผัส)
3. Oil-Shedding (เคลือบป้องกันการเกาะตัวของน้ำมัน)
4. Thermal Barrier Coating for Exhaust System (เคลือบเพื่อลดอุณหภูมิสำหรับท่อทางเดินท่อไอเสีย)
5. Anti-Corrosive and Salt-Shedding (เคลือบเพื่อป้องกันการกัด-สึก-ผุกร่อน)
ทั้งนี้ก็เพื่อดึงเอาคุณสมบัติที่โดดเด่นของสสาร (แล้วแต่ส่วนผสมของเซรามิค) ที่ใช้ในการห่อหุ้มให้มีประโยชน์ และมีประสิทธิภาพสูงสุดในการปกป้องหรือป้องกันที่ต้องการนั้นๆ เช่น ต้องการลดความฝืดของหน้าสัมผัส สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องเคลื่อนไหว หรือเสียดสีไปมา (จะในแนวดิ่ง-นอนหรือหมุนเป็นวงกลมก็ตาม) ก็จะเคลือบแบบ Anti-Friction หรือกับพวกชิ้นส่วนที่ต้องอมความร้อนอยู่เป็นนิจ อย่าง เฮดเดอร์ หรือ ท่อทางเดินไอเสีย ก็ต้องแบบ Thermal Barrier Coating for Exhaust System และถ้าว่างจัด (รวมถึงงบเหลือ) จะเอาพวกท่อทางเดินไอดีไปเคลือบ Thermal Barrier เพื่อกันความร้อนจะมากล้ำกลายกับไอดีได้
อะไรบ้าง...ที่เคลือบเซรามิคได้
เห็นรายนามของชิ้นส่วนที่นำไปเคลือบได้ก็เกิดความสงสัยขึ้นนิดๆเพราะเท่าที่ดู พี่เค้าสามารถจัดการได้กับทุกชิ้นเลย ตามลำดับที่เค้าเรียงมาก็ว่ากันตั้งแต่ชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์ เพลาข้อเหวี่ยง, แคมชาร์ฟ, แบริ่งทั้งหลาย, ก้านสูบ, สลักก้านสูบ, หัว-กระโปรงลูกสูบ, ฝาสูบ, วาล์วไอดี-ไอเสีย, รีเทนเนอร์, กระเดื่องกดวาล์ว, ก้านกระทุ้ง, จานจ่าย และท่อร่วมไอดี ส่วนถ้าเป็นฝั่งไอเสีย ก็จะมีเฮดเดอร์ หรือจะเล่นตั้งแต่หลังเฮดเดอร์ไปจนสุดหม้อพักเลยก็ได้ถ้าอยากเคลือบ และสุดท้ายกับระบบเบรก ที่หากใครเบื่อสีซ้ำๆของโรงงาน หรือต้องการให้คาลิเปอร์ทานทนต่ออุณหภูมิได้ดีกว่าเดิม ก็สามารถนำคาลิเปอร์ไปเคลือบได้เช่นกัน
แต่ชิ้นส่วนหลักๆที่นิยมนำมาเคลือบเซรามิค ก็ไม่พ้นพวกที่ต้องผจญกับความร้อนสูงๆอย่างเฮดเดอร์ หรือพวกท่อทางเดินไอเสียต่างๆเพราะเมื่อเซรามิคไปเคลือบอยู่ตามพื้นผิวต่างๆแล้ว มันจะไม่อนุญาตให้ความร้อนสูญเสียไปเหมือนกับผิวท่อเหล็ก (หรือโลหะอื่น) แบบเดิมๆการเดินทางของแก็สไอเสียจะระบายออกได้เร็วกว่า เนื่องจากอากาศที่มีความร้อนจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่า ยิ่งรวมกับพื้นผิวของเซรามิคที่ราบเรียบกว่าด้วยแล้วล่ะก็ คิดดูล่ะกันว่าไอเสียมันจะเดินทางได้เร็วและเป็นระเบียบขนาดไหน ซึ่งนั่นหมายถึงพละกำลังที่ได้เพิ่มขึ้นด้วยนั่นเอง
ส่วนลูกสูบเค้าจะแยกเป็น 2 ส่วน คือหัวลูกสูบ กับกระโปรงลูกสูบการเคลือบด้วยเซรามิคจัดได้ว่าเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพ และความทนทานให้กับลูกสูบได้อีกทาง นอกเหนือจากการเปลี่ยนชุดลูกสูบแต่ง (พี่แพงหูตูบ) ด้วยข้อดีที่จะช่วยสะท้อนความร้อนมหาศาลจากแรงจุดระเบิดส่งคืนสู่ห้องเผาไหม้อันจะเป็นการเพิ่ม
ประสิทธิภาพให้กับการจุดระเบิดได้เป็นอย่างดี เพื่อความลื่นให้กับผิวสัมผัสของกระโปรงลูกสูบ ช่วยลดความเสียหายอันเกิดจากการชิงจุด และเพิ่มความแข็งแรงให้กับเนื้อวัสดุ แม้ต้องเผาไหม้ด้วยอัตราส่วนผสมบางกว่าปกติก็ยังสามารถ (ในบางกรณีที่ส่วนผสมบางกว่าปกติโดยไม่ตั้งใจ)
ส่วนการเคลือบห้องเผาไหม้ และช่องพอร์ทก็จะได้ประโยชน์ในด้านของความแข็งแรงของเนื้อวัสดุเช่นกัน รวมถึงการเดินทางของแก็สไอเสียที่ไหลได้เร็ว และเป็นระเบียบกว่า ลดการสะสมความร้อนจากการเผาไหม้ชิ้นส่วนต่างๆ ส่วนชิ้นส่วนอื่นๆที่อยู่บนฝาสูบไม่ว่าจะเป็นแค็มชาฟท์, วาล์ว, สปริงวาล์ว, ฯลฯ ก็จะได้ผิวสัมผัสที่แข็งและลื่นกว่าเดิม ซึ่งจะช่วยให้น้ำมันเครื่องที่ขึ้นไปหล่อลื่นตามส่วนต่างๆ ไหลกลับลงอ่างได้เร็วขึ้นกว่าเดิมเป็นการป้องกันแรงดันน้ำมันเครื่องไม่เพียงพอได้อีกทาง (แต่น้ำมันเครื่องต้องไม่ขาดนะ)...ต่อกันที่ท่อร่วมไอดี ข้อดีกันแรกเลยคือ การป้องกันความร้อนไม่ให้มาข้องแวะกับอากาศที่กักเก็บอยู่ภายใน อันจะเป็นการผดุงไว้ซึ่งอากาศเย็นๆ ก่อนส่งต่อไปยังห้องเผาไหม้ ให้ได้มาซึ่งไอดีที่มีความหนาแน่น และพละกำลังในการจุดระเบิดอันสูงส่ง
ขั้นตอนในการเคลือบเซรามิค
ว่าด้วยวัตถุดิบที่ใช้เป็นส่วนผสมในการเคลือบเซรามิค ไม่ได้มีแค่ผงเซรามิค (Oxide Ceramic Powder) แต่เพียงอย่างเดียว แต่ยังมีทังสเตน, โครเมี่ยม, เซอร์โครเมี่ยม และไทเทเนียมผสมอยู่ด้วย (แล้วแต่ความต้องการในด้านคุณสมบัติต่างๆ) โดยอุปกรณ์ที่ใช้ก็จะประกอบไปด้วยหัวพ่นแรงดันสูง ซึ่งจะอยู่กับรูปแบบการเคลือบ ซึ่งก็จะมีอยู่ 6 แบบคือ Cold Spraying, Flame Spraying, High Velocity Oxy Fuel (HVOF) Spraying, Arc Spraying, Plasma Spraying และ Detonation Spraying... จากข้อมูลเท่าที่สืบค้นได้จะมีแค่ Cold Spraying กับ Plasma Spraying ที่นิยมใช้กับ “ตัวแรง 4 ล้อ” ซะส่วนใหญ่...แบบ Cold Spraying จะมีอุปกรณ์-ขั้นตอนไม่ยุ่งยากเท่าไหร่นัก แต่เจ๋งสุดต้องแบบ Plasma Spraying ซึ่งต้องใช้เปลวไฟพลาสมา (ใช้ Plasma Gas เป็นเชื้อเพลิง) ที่มีอุณหภูมิถึง 10,000C มาหลอมละลายส่วนผสมต่างๆก่อนที่จะถูกแรงดันของเปลวไฟไล่ตะเพิดให้ไปเกาะติดกับชิ้นงานอีกที โดยความหนาของผิวเซรามิคที่เคลือบเสร็จแล้วจะอยู่ที่ประมาณ 0.0003-0.001นิ้ว หรือประมาณ 0.00762-0.0254 มม. ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ในการใช้งานของชิ้นงานนั้น
เริ่มแรก คือ การนำชิ้นส่วนนั้นๆไปทำความสะอาดเพื่อขจัดคราบสกปรกต่างๆ ด้วยการยิงทราย ทั้งยังช่วยขัดผิวโลหะให้ขาวผ่องเป็นยองใย โดยต้องไม่ปกคลุมด้วยสนิม, สี, หรือสิ่งเจือปนใดๆ ที่มีอยู่ก่อน จากนั้นจึงนำเข้าไปอบด้วยความร้อนเพื่อขับไล่ความชื้นที่อาจแทรกซึมอยู่ในเนื้อโลหะออกให้หมด
หลังจากที่ทำการเคลือบเสร็จเรียบร้อยแล้ว ก็จะเข้าสู่กระบวนการตรวจสอบคุณภาพชิ้นงานโดยรอบ แล้วจึงนำชิ้นงานออกมาผึ่งที่อุณหภูมิปกติเพื่อให้สารละลายหรือน้ำที่ใช้ในการพ่นระเหยตัวและหลังจากนั้น
ก็จะนำเข้าห้องอบอีกรอบเพื่ออบด้วยความร้อนให้เนื้อของเซรามิคเข้าที่เข้าทางอีกที ซึ่งตรงนี้จะมีเคล็ด (ไม่) ลับอยู่นิดนึงตรงที่ต้องให้ชิ้นงานอยู่ในรูปแนวดิ่ง เพื่อให้ความร้อนเข้าสู่ทุกอณูของของชิ้นงานได้อย่างทั่วถึง โดยอุณหภูมิที่ใช้อบในครั้งนี้จะอยู่ที่ 175F (79.4C) ซึ่งจะใช้เวลาในการอบประมาณ 10 นาที จากนั้นความหฤโหดก็จะบังเกิดกับการเร่งความร้อนสู่อุณหภูมิ 600F (316C) เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ก็เป็นอันเสร็จสิ้นกระบวนการเคลือบเซรามิคแบบ Cold Spraying ส่วนแบบ Plasma Spraying ก็จะคล้ายๆกัน เพียงแต่ไม่ต้องมีการอบให้ยุ่งยาก เนื่องจากอุณหภูมิที่ใช้ก็ร้อน “โลกแตก” อยู่แล้ว ซึ่งหลังเสร็จสิ้นขั้นตอนดังกล่าวแล้วก็จะมีฟิล์มเซรามิคเคลือบหนาประมาณ 0.001นิ้ว (0.0254 มม.) อยู่รอบชิ้นงาน ซึ่งหากว่าผิวที่เคลือบหนาไปก็จะมีอีกขั้นตอนในการขัดเพื่อทำให้ผิวเคลือบบางลง โดยตวามหนาจะขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ที่จะนำชิ้นส่วนนั้นไปใช้งานเป็นหลัก...หลังจากนั้นจะเข้าสู่กระบวนการขัดผิว เพื่อดึงความเปล่งปลั่งจากเนื้อเซรามิค ด้วยหัวขัดแบบ Microbright แล้วก็จะเสร็จสรรพออกมาเป็นชิ้นงานที่สวยเด่น กับคุณสมบัติที่ควรคู่อย่างยิ่งกับการอัพเกรดสมรรถนะ
ถ้าสรุปตามข้อดีที่พี่หรั่งเค้าสาธยายมา Ceramic Coatings คือ อีกหนทางในการเพิ่มแรงม้า-แรงบิดได้อย่างง่ายๆ (แต่ต้องเสียตังค์) ด้วยคุณสมบัติเด่นหลายๆข้อ ไม่ว่าจะเป็นลดความฝืด, เพิ่มการหล่อลื่น, ลดความร้อนสะสม, เพิ่มประสิทธิภาพในการเผาไหม้, ลดการชิงจุด, ลดการเกาะตัวของเขม่า และช่วยให้การเดินทางของแก็สไอเสียภายในห้องเผาไหม้และท่อทางเดินไอเสียเร็วและเป็นระเบียบยิ่งขึ้น ที่สำคัญในการเคลือบเซรามิคช่วยทำให้ชิ้นส่วนนั้นๆ หน้าตาดีขึ้นมาในทันที รวมถึงยังป้องกันกันผุกร่อนได้เป็นอย่างดี ข้อดีเพียบ ส่วนข้อเสียก็คงจะมีเพียงอย่างเดียว คือ “เสียตังค์” เพิ่ม และถ้าอยากทำก็ต้องข้ามน้ำข้ามทะเลไปทำถึงต่างเดนเท่านั้น เพราะเท่าที่ทราบบ้านเรายังไม่เห็นมีใครรับทำเลยอ่ะ...เฮ่อ ได้แต่ดู (อีกและ)
ที่มา นิตยสารนักเลงรถ ปีที่ 24 ฉบับที่ 279 ประจำเดือนมิถุนายน 2549
0 ความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น