Development of White Alloys Prototype for Accessories Cold Working Process

สถานการณ์ปัจจุบัน เนื่องจากผลกระทบของเศรษฐกิจโลกและปัญหาการแพร่ระบาดของไวรัสโควิด 19 ส่งผลกระทบต่อหลายอุตสาหกรรม อุตสาหกรรมเครื่องประดับต้องมีการปรับตัว เนื่องจากผู้บริโภคบางส่วน นิยมใช้เครื่องประดับแฟชั่นแทนการใช้เครื่องประดับแท้สีขาวซึ่งมีราคาแพง เช่น เงิน ทองขาว (White Gold)  แพลทินัม แพลเลเดียม เป็นต้น ส่งผลให้อุตสาหกรรมเครื่องประดับแฟชั่นมีการขยายตัวอย่างรวดเร็ว ปัจจุบันมีการนำเข้าโลหะผสมสำเร็จรูปเข้ามาจากต่างประเทศเพื่อผลิตสินค้า [1] โลหะผสมที่นิยมใช้ทำเครื่องประดับแฟชั่นในปัจจุบัน เช่น โลหะผสมทองแดง โลหะผสมดีบุก โลหะผสมสังกะสี เป็นต้น สำหรับโลหะผสมดีบุกและโลหะผสมสังกะสีนิยมขึ้นรูปโดยกระบวนหล่อ เนื่องจากกระบวนการขึ้นรูปเย็นมีหลายปัญหาในการผลิตจึงไม่เป็นที่นิยม สำหรับโลหะผสมทองแดง มีเนื้อโลหะสีแดงถึงเหลือง อาจมีการชุบเคลือบผิวด้วยโลหะเงินหรือโรเดียมให้เป็นสีขาว หลังใช้งานไประยะหนึ่ง ถ้าผิวเคลือบหลุด ล่อนลอก ทำให้เห็นเนื้อโลหะสีแดงข้างใน จะทำให้ขาดความสวยงามและดูด้อยคุณค่า ผู้บริโภคจึงหันมาสนใจโลหะผสมสีขาวมากขึ้น เนื่องจากผิวนอกและเนื้อภายในสีเหมือนกัน

         ที่ผ่านมาในอดีต โลหะผสมนิกเกิลซิลเวอร์ (Nickel Silver Alloy) หรือเยอรมันซิลเวอร์ (German Silver) เป็นโลหะผสมสีขาวที่นิยมใช้กันมานาน ส่วนผสมประกอบด้วยทองแดง นิกเกิล และสังกะสี โลหะผสมนี้มีความแข็งแรง เหนียวและขึ้นรูปง่าย ทนต่อการกัดกร่อน และทนการหมอง (Tarnishing) ได้ดี เนื้อโลหะมีสีขาวคล้ายเงินแต่ไม่มีเงินเป็นส่วนผสมเลย [2] แต่นิกเกิลเป็นโลหะที่ถูกรายงานว่าทำให้มนุษย์เกิดอาการแพ้เมื่อสัมผัสถูกผิวหนัง เนื่องจากนิกเกิลทำปฏิกิริยากับเหงื่อก่อให้เกิดผื่นแดง คันที่ผิวหนังที่สัมผัส [3] ดังรูปที่ 1 ต่อมาจึงมีกฎหมายควบคุมปริมาณนิกเกิลในเครื่องประดับเมื่อ ต้นปี ค.ศ. 2000 กฎหมายกำหนดปริมาณของนิกเกิลที่อนุญาตให้มีได้ในเครื่องประดับหรืออุปกรณ์ที่ต้องสัมผัสผิวหนัง ได้ไม่เกินร้อยละ 0.05 โดยน้ำหนัก ดังนั้นการพัฒนาโลหะผสมสีขาวเพื่อผลิตเครื่องประดับโดยไม่มีนิกเกิลเป็นส่วนผสมหรือมีได้แต่ไม่เกินร้อยละ 0.05 โดยน้ำหนัก จึงมีความสำคัญต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมเครื่องประดับภายในประเทศ เป็นการตอบสนองตลาดที่หันมาให้ความสำคัญกับการบริโภคผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรกับมนุษย์ ไม่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ สมบัติที่สำคัญของโลหะผสมสีขาวสำหรับผลิตเครื่องประดับ เช่น สมบัติการไหลที่ดีของโลหะผสม มีจุดหลอมเหลวไม่สูง สีออกโทนขาวได้จากการวัดค่า L*a*b* ตามมาตรฐาน JIS Z 8729 มีค่า L >75, -2 £ a* £3 และ -2 £ b* £10  [4] ความแข็งใกล้เคียงหรือเท่าโลหะผสมนิกเกิลซิลเวอร์ เพื่อไม่ให้แตกระหว่างขึ้นรูป และสมบัติการต้านทานการหมองดี

รูปที่ 1 ลักษณะผื่นแพ้นิกเกิล

         จากการสืบค้นข้อมูลสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข US 2010/0061884 A1 [4] ระบุว่าการผสมเหล็กในโลหะผสมทองแดงทำให้โลหะผสมมีสีออกโทนขาวมาก มีประสิทธิภาพเทียบเท่านิกเกิล แต่เติมเหล็กได้ในปริมาณน้อย เนื่องจากความสามารถในการละลายของเหล็กในทองแดงต่ำ จากข้อมูลสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข US 6,340,446 B1 [5] ระบุว่าการผสมแมงกานีสในโลหะผสมทองแดงทำให้โลหะผสมมีสีออกโทนขาวและต้านทานการหมองดี การผสมอะลูมิเนียมในโลหะผสมทองแดงช่วยเพิ่มความสว่างและเปลี่ยนสีโลหะเป็นโทนเหลืองเหมือนสังกะสี และทำให้ความแข็งเพิ่มขึ้น นอกจากนั้นโลหะในกลุ่มไทเทเนียม ซิลิคอนและโครเมียมทำให้โลหะผสมมีสีออกโทนขาวและช่วยป้องกันการระเหยของสังกะสีและการเกิดออกซิเดชั่นของแมงกานีส จากงานวิจัยของ Zhang และคณะ[6] พบว่าการเติมดีบุกไม่เกินร้อยละ 4.4 โดยน้ำหนัก มีผลต่อสีของโลหะผสม Cu-Mn-Zn เพียงเล็กน้อย แต่ช่วยให้โลหะผสมต้านทานการหมองได้ดี เนื่องจากเกิดฟิล์มออกไซต์ปกป้อง (Protective oxide film)

          จากที่กล่าวมาข้างต้น พบว่ามีความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนสีของในโลหะผสมทองแดงให้เป็นสีขาว โดยการเติมธาตุเหล็ก ไทเทเนียม ซิลิกอน และโครเมียม เป็นต้น แต่โลหะเหล่านี้มีข้อจำกัดในเรื่องความสามารถในการละลาย สังกะสีเป็นโลหะที่มีจุดเดือดต่ำ ระเหยเป็นไอง่ายมักมีการสูญหายของสังกะสีในการผลิตต้องระมัดระวัง แมงกานีสเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันกับออกซิเจนในอากาศเกิดเป็นสแลกลอยขึ้นที่ผิวน้ำโลหะขณะหลอมเหลว นอกจากนี้ยังพบปัญหาเนื่องจากความแข็งของโลหะผสมสูงเกินไป ทำให้ความสามารถในการขึ้นรูปเย็นต่ำ มักแตกหักระหว่างดัด โค้ง งอ ระหว่างทำชิ้นงานรูปพรรณ เป็นปัญหาในการขึ้นรูปโดยกระบวนการขึ้นรูปเย็น จึงเป็นที่มาของงานวิจัยนี้เพื่อพัฒนาโลหะผสมสีขาวต้นแบบสำหรับการขึ้นรูปเย็นเครื่องประดับแฟชั่น โดยมีโลหะทองแดง แมงกานีส และสังกะสีเป็นส่วนผสมหลักและมีการเติมธาตุผสมอื่นๆ ที่ยังไม่เคยมีใครเคยทำและรายงานไว้ก่อนเป็นธาตุผสมรอง เพื่อปรับสีโลหะผสมให้ขาวและมีสมบัติอื่นที่เหมาะสมสำหรับงานเครื่องประดับ ความแข็งของชิ้นงานไม่เกิน 200 HV ค่าปริภูมิสีมีค่า L* มีค่ามากกว่าหรือเท่ากับ 75,   a* มีค่าอยู่ระหว่าง -2 และ 3 ,   b* มีค่าอยู่ระหว่าง -2 และ 10  (ค่า L ³75, -2 £ a* £ 3 และ -2  £ b* £10)  หากโครงการวิจัยนี้สำเร็จลุล่วงด้วยดี จะสามารถเขียนบทความวิจัยระดับนานาชาติและ/หรือจดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ได้ นอกจากนั้นยังเป็นประโยชน์กับอุตสาหกรรมผลิตเครื่องประดับและอุตสาหกรรมอื่นที่เกี่ยวข้อง  ออกแบบผลิตภัณฑ์ใหม่ปราศจากนิกเกิลเข้าสู่ตลาด เพิ่มความหลากหลาย และเพิ่มทางเลือกให้ลูกค้า ขยายช่องทางการตลาดทั้งในประเทศไทยและส่งออก ลดการนำเข้าวัตถุดิบจากต่างประเทศ