การศึกษาอิทธิพลของสารเคลือบผิวแม่พิมพ์ปั๊มเหรียญกษาปณ์ ชนิดราคา 1 บาท

Abstract

ปัจจุบันการผลิตเหรียญกษาปณ์ชนิดราคา 1 บาท มีปริมาณการผลิตที่มากกว่าชนิดราคาอื่น ๆ ซึ่งเป็นไปตามตามความต้องการของระบบเศรษฐกิจ ความเสียหายของแม่พิมพ์เกิดจากการสึกหรอของผิวเคลือบฟิล์มแข็งด้วยกระบวนการแบบ Physical Vapor Deposition (PVD) มากกว่าสาเหตุอื่น ด้วยเหตุนี้งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาอิทธิพลของสารเคลือบผิวที่ส่งผลต่อการเกิดการสึกหรอของแม่พิมพ์ ซึ่งผลของการศึกษาจะสามารถนำไปใช้เพื่อยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ให้ยาวนานขึ้น การยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ปั๊มเหรียญกษาปณ์ชนิดราคา 1 บาท ใช้วิธีการชุบแบบ PVD สารเคลือบผิวชนิดไทเทเนียมไนไตร (TiN) และไทเทเนียม คาร์บอนไนไตร (TiCN) ที่ความหนาประมาณ 3 ไมครอน (μm) บนวัสดุทาแม่พิมพ์เหล็กกล้างานเย็น ชนิดไมโครคลีน (MICROCLEAN) และกระบวนการเตรี ยมพื้นผิวแม่พิมพ์ด้วยการขัดผงขัดเพชร (Diamond Compound) ขนาด 3 ไมครอน และ 6 ไมครอน หลังการเคลือบผิว PVD นาแม่พิมพ์เข้าสู่กระบวนการผลิตเหรียญ 1 บาท ใช้เหรียญตัวเปล่าโลหะไส้เหล็กเคลือบนิกเกิลตีตราด้วยเครื่องที่แรงกด 350 กิโลนิวตัน ที่ความเร็ว 800 เหรียญต่อนาที จากนั้นวัดความหนาของผิวเคลือบที่สึกหรอไประหว่างการใช้งานความแข็งของผิวเคลือบแม่พิมพ์ ลักษณะทางกายภาพและการยึดเกาะของผิวเคลือบแม่พิมพ์ ผลการทดสอบพบว่าแม่พิมพ์ที่ชุบเคลือบผิวด้วย TiN และใช้ผงขัดเพชรขนาด 3 ไมครอน ขัดแม่พิมพ์หลังการเคลือบผิว PVD เมื่อนำไปผลิตเหรียญกษาปณ์จะได้เหรียญจำนวน 1.4 ล้านเหรียญ ต่อแม่พิมพ์ 1 คู่ มีอายุการใช้งานของแม่พิมพ์เพิ่มขึ้นจากเดิมเป็น 1.4 เท่า จากการทดลองพบว่าสารเคลือบ TiCN มีค่าความแข็งของผิวเคลือบสูงกว่า TiN แต่จะมีความแข็งแรงในการยึดเกาะต่ำทำให้ต้านทานการสึกหรอได้ไม่ดี เห็นได้จากความหนาของผิวเคลือบ TiCN ลดลงมากกว่า TiN เมื่อเทียบกับอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ในจำนวนเหรียญสำเร็จที่เท่ากัน

According to the need of the economic system, the manufacturing of one-baht coins was larger than other types of coins. The coin die damages were usually caused by the wearing out of the Physical Vapor Deposition (PVD) film coating. To extend the lifetime of coin dies, this research aimed to study the effect of different coatings on one-baht coin stamping dies. In order to extend the lifetime of one-baht coin stamping dies, 3 μm Titanium Nitride (TiN) and 3 μm Titanium Carbon Nitride (TiCN) were used as coating substances on MICROCLEAN cold work die steel. After the coating, a 3 μm diamond compound and a 6 μm diamond compound were used in a pre-treatment process. Then, nickel plated steel blank coins were stamped in the dies with the striking pressure of 350 kilonewton/meter² at the speed of 800 coins per minute. Lastly, the thickness of the worn coatings, the coating hardness, the physical characteristics of the coating and the adhesion strength of the coating were studied. The study revealed that a pair of stamping dies coated with 3 μm TiN that were polished with a 3 μm diamond compound could produce 1.4 million coins. The coin die lifetime was 1.4 times longer. Moreover, the TiCN coating hardness was greater than that of the TiN coating. However, the adhesion strength of the TiCN coating was so low that its wear resistance rate was also low. It was found that, at the same amount of usage, the TiCN coating thickness was lower than that of the TiN coating.