Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 46 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) การทดสอบและประเมินสมรรถนะการทางานของ การวเิ คราะห์เชงิ เศรษฐศาสตร์ เครือ่ งต้นแบบ 1. การวเิ คราะห์และประเมินคา่ ใช้จา่ ยโดยเฉลยี่ การทดสอบเครือ่ งย่อยและอัดหญา้ อาหารสัตว์ มี วิธีการประเมินค่าใช้จ่ายโดยรวม เกี่ยวกับ วัตถุประสงค์เพ่ือศึกษาอัตราการทางานที่ดีท่ีสุด โดย ปัจจัยท่ีพิจารณาได้แก่ ความเร็วรอบในการทางานของ ต้นทุนในการใช้งานเครื่องโดยพิจารณาจาก เกษตรกรซ้ือ มอเตอร์ 1,300 1,500 และ 1,700 รอบต่อนาที ศึกษา เ ค ร่ื อ ง ย่ อ ย แ ล ะ อั ด ห ญ้ า อ า ห า ร สั ต ว์ แ ท น วิ ธี ก า ร ใ ช้ ใบมีดสาหรับย่อยหญ้าที่มุมคม 15 30 และ 40 องศา แรงงานคน ซ่ึงค่าใช้จ่ายโดยรวมจะประกอบด้วยต้นทุน ตามลาดับ ทาการทดสอบความเร็วรอบละ 3 คร้ัง เพ่ือ คงที่ (Fixed cost) และตน้ ทุนผันแปร (Variable cost) วิเคราะห์ผลทางสถิติ โดยทดสอบที่ระดับนัยสาคญั 0.05 โดยต้นทุนคงท่ีได้แก่ ค่าเสื่อมราคาของเครื่อง (คิดค่า พร้อมทั้งบันทึกค่ากระแสไฟฟ้าและเวลาที่ใช้ในการ เสอ่ื มราคาโดยวธิ ีเสน้ ตรงเม่ือประมาณอายุการใชง้ านของ ทดสอบเพ่ือคานวณหาความสามารถในการทางานและ เคร่ืองย่อยและอัดหญ้าอาหารสัตว์เท่ากับ 5 ปี) และค่า อัตราการส้ินเปลืองพลังงานไฟฟ้าของเครื่องย่อยและอัด เสียโอกาสของเงินทุน (คิดอัตราดอกเบี้ย 10 เปอร์เซ็นต์) หญ้าอาหารสัตว์ ซึ่งมสี มการค่าช้ผี ลการศึกษาดังน้ี ซ่ึงค่าใช้จ่ายท่ีเป็นต้นทุนคงที่จะไม่เปล่ียนแปลงไปตาม ปริมาณของการย่อยและอัดหญ้าอาหารสัตว์ อย่างไรก็ ก) ความสามารถในการทางานของเคร่ืองย่อย ต า ม ก า ร วิ เ ค ร า ะ ห์ จ ะ ไ ม่ คิ ด ต้ น ทุ น ค ง ท่ี เ กี่ ย ว กั บ ค่ า และอัดหญ้าอาหารสัตว์ (กิโลกรัมต่อชั่วโมง) คานวณได้ ประกันภัย ค่าภาษี ค่าโรงเรือน และค่าจ้างขนย้าย จากสมการท่ี 1 เคร่อื งไปทางานตามสถานท่ีตา่ ง ๆ เป็นตน้ สาหรบั ต้นทนุ ผันแปรซึ่งเป็นต้นทุนท่ีเปล่ียนแปลงไปตามปริมาณของ Ca W (1) การยอ่ ยและอดั หญ้าอาหารสตั ว์ ได้แก่ คา่ จ้างแรงงานคน t เพ่ือทางานร่วมกับเครื่อง ค่าไฟฟ้า ค่าบารุงรักษา และ ค่าซอ่ มแซม เปน็ ต้น (5) Ca = ความสามารถในการย่อยและอัดหญ้า อาหารสตั ว์ (กิโลกรมั ต่อชั่วโมง) 2. การวเิ คราะหร์ ะยะเวลาคนื ทุน (Pay-back period) เ ป็ น ก า ร ค า น ว ณ ห า ร ะ ย ะ เ ว ล า คื น ทุ น ข อ ง W = น้าหนักของหญ้าท้ังหมด (กโิ ลกรมั ) เคร่ืองจักรว่ามีระยะเวลานานเท่าไรเมื่อลงทุนในเครื่อง ยอ่ ยและอัดหญ้าอาหารสตั ว์ไปแลว้ จะได้รบั ผลตอบแทน t = เวลาท่ใี ช้ในการทางาน (ชวั่ โมง) กลับคืนมาในจานวนเงินเท่ากับท่ีลงทุนไปแล้วภายใน ระยะกี่ปี คานวณไดจ้ ากสมการท่ี 3 (5) ข) อัตราการสิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้าของเครื่อง ยอ่ ยและอดั หญา้ อาหารสัตว์ (กิโลวตั ต์-ชว่ั โมง) Wa IVt (2) PBP P (3) 1000 R Wa = อตั ราการสิ้นเปลืองพลงั งานไฟฟา้ PBP = ระยะเวลาในการคนื ทนุ (ปี) (กโิ ลวตั ต-์ ช่วั โมง) P = ราคาเคร่ืองจักร (บาท) R = กาไรสทุ ธติ อ่ ปี (บาทต่อปี) I = กระแสไฟฟ้า (แอมแปร์) V = แรงเคลื่อนไฟฟา้ (โวลต)์ t = เวลา (ชัว่ โมง)
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 47 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) 3. การคานวณหาจุดคุม้ ทุน (Break-even point) เน่ืองจากสามารถหมักหญ้าได้ทีละมาก ๆ แต่จาเป็นต้อง เป็นการคานวณหาเวลาที่ใช้ในการทางานของ ใช้รถในการบดอัดหญ้าเพ่ือให้หญ้าแน่น จึงค่อนข้างใช้ เคร่ืองต่อปีโดยคิดเปรียบเทียบค่าใช้จ่ายในการย่อยและ งบประมาณทสี่ งู กวา่ วธิ ีการหมกั หญา้ แบบดง้ั เดิม โดยสว่ น อัดหญ้าอาหารสัตว์ ระหว่างแรงงานคนกับเครอ่ื งตน้ แบบ ใหญ่เกษตรกรจะรวมกลุ่มกนั เพอื่ ใช้การหมักหญ้าแบบบ่อ โดยพิจารณาจากต้นทุนในการทางานโดยใช้แรงงานคน หมักต้ังพื้น (รูปที่ 9) จากการศึกษาข้อมูลข้างต้น พบว่า เท่ากับต้นทุนในการทางานโดยใช้เคร่ืองยอ่ ยและอดั หญา้ เกษตรกรรายย่อย ยังมีความต้องการใช้เคร่ืองจักรเพ่ือ อาหารสตั ว์ คานวณไดจ้ ากสมการท่ี 4 (5) อานวยความสะดวกในการทางาน มากข้ึน จึงดาเนินการ ออกแบบและพัฒนาเคร่ืองย่อยและอัดหญ้าอาหารสัตว์ BEP B Fc (4) เพ่ือให้เกษตรกรมีทางเลือกในการใช้เคร่ืองจักร เพ่ือลด VC ต้นทุนในการผลิต ในสภาวการณ์ท่ีแรงงานหายากและมี ค่าใชจ้ า่ ยสูง BEP = จุดคุ้มทุน (ชั่วโมงต่อปี) Fc = ค่าใชจ้ ่ายคงท่ี (บาท) B = อตั ราการรับจา้ ง (บาทต่อชั่วโมง) VC = ค่าใช้จ่ายผนั แปร (บาทต่อชัว่ โมง) ผลการศึกษาและอธปิ รายผล การทาหญ้าหมกั ในระดับเกษตรกร ผลการศึกษาการทาหญ้าหมักของเกษตรกร (ก) การย่อยหญ้าโดยใชเ้ ครอ่ื งย่อย พบว่า เกษตรกรรายย่อย นิยมการหมักหญ้าโดยใช้ แรงงานคนและเคร่ืองดูดฝุ่นช่วยในการดูดอากาศออก (ข) การใช้เครื่องดดู ฝ่นุ ดดู อากาศออกจากถงุ หมกั เนื่องจากใช้งบประมาณในการทาหญ้าหมักต่า และไม่ รูปที่ 8 การหมกั หญ้าโดยใชเ้ ครื่องย่อยและเครอื่ งดดู ฝุ่น ต้องการพื้นท่ีในการทางานมาก เช่น เกษตรกรผู้เลี้ยง โคนมแถบจังหวัดนครราชสมี า จังหวัดลพบุรี และจังหวดั ช่วยดูดอากาศ สระบุรี เป็นต้น การหมักหญ้าแบบใช้เครื่องย่อยและ เครื่องดูดฝุ่นช่วยดูดอากาศ (รูปท่ี 8) เป็นการประยุกต์ การทางานให้สะดวกสบายข้ึน เพราะขาดแคลนแรงงาน ในการตัดย่อยหญ้า จึงนิยมใช้เครื่องย่อยวัสดุทาง การเกษตร มาทดแทนแรงงานคน และใช้เครือ่ งดูดฝุ่นมา ช่วยดูดอากาศที่อยู่ในถุงออก เพื่อให้หญ้าคงสภาพอยู่ได้ ไม่เน่าเสีย (4) การหมักหญ้าแบบถังหมักทรงสูง เหมาะ กับฝูงโคท่ีเล้ียงขนาดใหญ่ เพราะราคาในการติดตั้ง ค่อนข้างแพง บ่อหมักแบบนี้มีการสูญเสียค่อนข้างน้อย และใชแ้ รงงานคนน้อย เพราะเป็นการใชเ้ คร่ืองจกั รทั้งส้ิน การหมักหญ้าแบบบ่อหมักตั้งพ้ืน (4) นิยมใช้กันทั่วไป
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 48 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) ความสามารถในการทางานของเคร่ืองยอ่ ยและอดั หญา้ อาหารสตั ว์ (ก) ข้นั ตอนการเกบ็ เกีย่ วหญา้ ดว้ ยเครอื่ งเก็บเกีย่ ว จากการวเิ คราะห์ทางสถติ ิพบว่า ความสามารถใน (ข) บ่อหมกั แบบพื้นคอนกรตี การทางานของเครอ่ื งย่อยและอัดหญ้าอาหารสตั ว์ มคี วาม แตกต่างกันทางสถิติท่ีระดับนัยสาคัญ 0.05 ในการ ทดสอบที่องศาใบมีด 15 และ 40 องศา แต่ไม่มีความ แตกตา่ งกนั ทางสถติ ิในการทดสอบท่อี งศาใบมีด 30 องศา ผลการทดสอบความสามารถในการทางานท่ีความเร็ว รอบมอเตอร์ 1,300 รอบต่อนาที มีค่าเท่ากับ 104.9 กิโลกรัมต่อช่ัวโมง ทมี่ มุ คมใบมดี 15 องศา ความสามารถ ในการทางานที่ดีที่สุดมีค่าเท่ากับ 229.4 กิโลกรัมต่อ ช่ัวโมง ท่ีมมุ คมใบมดี 40 องศา และความเรว็ รอบมอเตอร์ เท่ากับ 1,500 รอบต่อนาที ซึ่งเป็นค่าที่เหมาะสมในการ ใช้เคร่ืองย่อยและอัดหญ้าอาหารสัตว์ ซ่ึงนาไปใช้ในการ วิเคราะห์และประเมินผลทางเศรษฐศาสตร์วิศวกรรม ต่อไป (รูปที่ 10) รปู ที่ 11 แสดงลกั ษณะของหญ้าทย่ี ่อย ได้ท่ีมุมคมใบมีด 15 30 และ 40 องศา ตามลาดับ ซึ่ง ขนาดของหญ้าเนเปียร์ท่ีย่อยได้ที่มมุ คมใบมีด 40 องศามี ความเหมาะสมสาหรบั เป็นอาหารสัตว์ รูปที่ 12 และ 13 แสดงหญ้าที่ถูกสับย่อยและอัดสาหรับทาหญ้าหมัก และ ก้อนหญา้ หมัก ตามลาดบั (ค) การใชร้ ถบดอดั หญา้ ใหแ้ นน่ (ง) การใชพ้ ลาสตกิ ดา ปดิ ดา้ นบนเพอื่ ปอ้ งกนั น้าและ รูปที่ 10 ความสามารถในการทางานของเคร่ืองย่อยและ อากาศซมึ เขา้ บอ่ อัดหญ้าอาหารสัตว์ท่ีมุมคมใบมีด 15 30 และ 40 องศา (ab อักษรที่แตกต่างกันในแต่ละชุดการ รูปที่ 9 การหมกั หญา้ แบบบอ่ หมกั ตั้งพ้นื ทดสอบ แสดงว่าความสามารถในการยอ่ ยและอัดหญา้ อ า ห า ร สั ต ว์ มี ค ว า ม แ ต ก ต่ า ง กั น ท า ง ส ถิ ติ ที่ ร ะ ดั บ นัยสาคญั 0.05)
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 49 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) (ก) (ข) รปู ท่ี 13 กอ้ นหญา้ หมัก (ค) อตั ราการสนิ้ เปลืองพลงั งานไฟฟา้ รูปที่ 11 หญ้าที่ถูกสับย่อยที่มุมองศาของใบมีด 15 30 จ า ก ก า ร วิ เ ค ร า ะ ห์ ท า ง ส ถิ ติ พ บ ว่ า อั ต ร า ก า ร และ 40 องศา (ก) ลักษณะหญ้าท่ีย่อยได้ที่มุม ส้ินเปลืองพลังงานไฟฟ้าของเครื่องย่อยและอัดหญ้า คมใบมีด 15 องศา (ข) ลักษณะหญ้าที่ยอ่ ยไดท้ ี่ อาหารสัตว์มีความแตกต่างกันทางสถิติท่ีระดับนัยสาคัญ มุมคมใบมีด 30 องศา (ค) ลักษณะหญ้าท่ีย่อย 0.05 ในการทดสอบท่ีมมุ คมใบมดี 40 องศา แตไ่ มม่ ีความ ได้ที่มุมคมใบมดี 40 องศา แตกต่างกันทางสถิติในการทดสอบที่องศาใบมีด 15 และ 30 องศา จากผลการทดสอบพบว่า อัตราการส้ินเปลือง พลังงานไฟฟ้าของเครื่องย่อยและอัดหญ้าอาหารสัตว์ท่ี องศาใบมีด 40 องศา ความเร็วรอบมอเตอร์ 1,500 รอบ ต่อนาที จะมีอัตราการสิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้า 1.53 กิโลวัตต์-ช่ัวโมง และนาไปใช้ในการวิเคราะห์เชิง เศรษฐศาสตรว์ ศิ วกรรม (รปู ท่ี 14) รปู ที่ 12 หญา้ ที่ถกู สบั ยอ่ ยและอดั สาหรับทาหญา้ หมัก รูปท่ี 14 การส้ินเปลอื งพลังงานไฟฟ้าของเครื่องย่อยและ อัดหญ้าอาหารสัตว์ ที่มุมคมใบมีด 15 30 และ 40 องศา (ab อักษรที่แตกต่างกันในแต่ละชุดการ ทดสอบ แสดงว่าพลังงานไฟฟ้าท่ีใช้มีความแตกต่างกัน ทางสถิตทิ ีร่ ะดับนัยสาคัญ 0.05)
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 50 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) ผลการวิเคราะหแ์ ละประเมินผลเชงิ เศรษฐศาสตร์ และอัดหญ้าอาหารสัตว์ จะช่วยลดค่าใช้จ่ายของ เกษตรกร ทาให้เกษตรกรมีรายได้สูงข้ึน ซึ่งจะสามารถ จากผลการทดสอบเครือ่ งย่อยและอัดหญ้าอาหาร แข่งขนั กบั ประเทศในกลุ่มประชาคมเศรษฐกจิ อาเซียนได้ สัตว์ท่ีได้ออกแบบและพัฒนาข้ึนโดยใช้แรงงานคน ปฏิบัติงาน 1 คน กาลังไฟฟ้าเฉล่ีย 1.53 กิโลวัตต์-ชั่วโมง กิตตกิ รรมประกาศ ความสามารถในการย่อยและอัดหญ้าอาหารสัตว์ 229.4 กิโลกรัมต่อชั่วโมง ค่าใชจ้ ่ายในการสร้างเครอ่ื ง 25,000 บาท งานวิจัยน้ีได้รับการสนับสนุนจากงบประมาณ สามารถคิดค่าใช้จ่ายในการทางาน ระยะเวลาคืนทุนและ รายจ่ายประจาปี 2561 ของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราช จุดคุ้มทุนของเคร่ืองย่อยและอัดหญ้าอาหารสัตว์ โดยผล มงคลธัญบุรี โดยคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (วช.) การวเิ คราะหพ์ บว่า มีจุดคุ้มทนุ ในการทางาน 195 ชว่ั โมง ขอขอบคุณภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร์ ต่อปี เมื่อพิจารณาชั่วโมงการทางานของเครื่องย่อยและ มหาวิทยาเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี ท่ีสนับสนุน อัดหญ้าอาหารสัตว์ท่ี 600 ชั่วโมงต่อปี จะมีระยะเวลาใน งบประมาณ สถานท่ีและอุปกรณใ์ นการทดสอบตา่ ง ๆ การคืนทุน 1.5 ปี ค่าใช้จ่ายในการใช้เคร่ืองย่อยและอัด หญา้ อาหารสัตว์ 0.35 บาทตอ่ กโิ ลกรมั เอกสารอา้ งองิ สรปุ ผล 1. กลุมสารสนเทศและขอมูลสถิติ ศูนยเทคโนโลยี สารสนเทศและการส่ือสาร กรมปศุสัตว์. ข้อมูลเกษตรกร ขั้นตอนการทาหญ้าหมักในระดับเกษตรกรจะเริม่ ผ้เู ล้ียงสัตวร์ ะดับจังหวัด [อินเทอร์เนต็ ]. 2560 [สบื ค้นเมอื่ จากการย่อยหรือสับหญ้าด้วยมีดและนาไปหมักใน วันที่ 6 ธ.ค. 2561]. จาก: http://ict.dld.go.th/th2/ กระสอบหรือถุงพลาสติกโดยการอัดและมัดกระสอบให้ images/stories/stat_web/monthly/2 5 6 0 / T3 - แน่นสนิท ซ่ึงในข้ันตอนน้ีจะใช้แรงงานคนและค่าใช้จ่าย 1.pdf. สูง เพื่อช่วยทุ่นแรง เพ่ิมความสะดวกรวดเร็วในการ ทางาน ตลอดจนลดค่าใช้จ่ายในการทาหญ้าหมักของ 2. กรมปศุสตั ว์ กระทรวงเกษตรและสหกรณ์. การ เกษตรกร จึงมีแนวคิดในการพัฒนาเคร่ืองย่อยและอัด เลี้ยงโคนม. [อินเทอร์เน็ต]. กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์ชุมนุม หญา้ อาหารสตั ว์สาหรบั เกษตรกรรายยอ่ ย เคร่ืองยอ่ ยและ สหกรณก์ ารเกษตรแหง่ ประเทศไทย จากดั ; 2550 [สบื คน้ อัดหญ้าอาหารสตั วท์ ี่พัฒนาขึ้นมีสว่ นประกอบหลัก ไดแ้ ก่ เม่ือวันที่ 6 ธ.ค. 2561]. จาก: http://breeding. โครงสร้างของเครื่อง ชุดอัดหญ้า ชุดใบมีดสับย่อย ชุด dld.go.th/th/images/document/dairy/dairy2550. กระบอกไฮดรอลิกส์ และระบบส่งกาลัง ผลการศึกษา pdf. พบวา่ มมุ องศาใบมดี ท่ี 40 องศา ที่ความเรว็ รอบมอเตอร์ 1,500 รอบต่อนาที มีความเหมาะสมในการการทางาน 3. กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์ มากท่ีสุด โดยมี ความสามารถในการทางานเฉล่ียเท่ากับ พลังงาน. คู่มือการปลูกหญ้าเนเปียร์ปากช่อง 1 229.4 กิโลกรัมต่อชั่วโมง อัตราการสิ้นเปลืองพลังงาน [อินเทอร์เน็ต]. 2556 [สืบค้นเมื่อวันท่ี 11 พ.ย. 2561]. ไฟฟ้าเฉล่ีย 1.53 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ซ่ึงการใช้เคร่ืองย่อย จาก : http://www.dpo.go.th/wp-content/uploads /2015/01.pdf.
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 51 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) 4. กรมปศุสัตว์ กระทรวงเกษตรและสหกรณ์. หญ้าหมัก. [อินเทอร์เน็ต]. กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์ชุมนุม สหกรณ์การเกษตรแหง่ ประเทศไทย จากดั ; 2544 [สืบค้น เ มื่ อ วั น ท่ี 1 1 พ . ย . 2 5 6 1 ] . จ า ก : http://pvlo- cmi.dld.go.th. 5. Hunt D. Farm Power and Machinery Management. 10th ed. Iowa: Iowa State University Press; 2001.
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 52 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) โฟโตอเิ ล็กโตรคะตะไลติกสำหรับผลติ ออกซเิ จนจำกกำรแยกนำ้ โดยใชข้ ั้วไฟฟ้ำ แอโนดทงั สเตนออกไซดท์ ี่เตรียมดว้ ยเทคนิคกำรจ่มุ เคลอื บ Photoelectrocatalytic oxygen production from water splitting using WO3 photoanode fabricated by dip coating technique ฟำรจุ น์ สุภนนั ทิน1 ณฐั พงษ์ เพชรแสน1 อนุรตั น์ ภูวำนคำ3 และ ฉัตรชยั พลเชี่ยว1,2* Farut Supanantin1, Nattapong Petsaen1, Anurut Poowancum3 and Chatchai Ponchio1,2* 1ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั เทคโนโลยีราชมงคลธัญบรุ ี อ.ธญั บุรี จ.ปทมุ ธานี 12110 2หนว่ ยวิจัยเฉพาะทางดา้ น “เคมีวสั ดุขั้นสงู ” สถาบนั วิจยั และพัฒนา มหาวทิ ยาลัยเทคโนโลยรี าชมงคลธัญบรุ ี อ.ธญั บรุ ี จ.ปทมุ ธานี 12110 3สาขาวิชาวิศวกรรมเซรามิก สานักวชิ าวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี อ. เมอื ง จ. นครราชสีมา 30000 1Department of chemistry, Faculty of science and technology, Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Pathumtani 12110, THAILAND 2Advance Materials Design and Development (AMDD) Research Unit, Institute of Research and Development, Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Klong 6, Thanyaburi, THAILAND 3School of Ceramic Engineering, Institute of Engineering, Suranaree University of Technology, Muang, Nakhon Ratchasima, 30000, THAILAND *Corresponding Author E-mail: [email protected] ARTICLE INFO ABSTRACT Article history: This research has developed tungsten oxide (WO3) anode Received 4 April 2019 electrode fabrication to enhance photoelectrocatalytic water Accept 26 June 2019 Online 30 June 2019 oxidation property. The WO3 thin film was fabricated on a conducting glass fluorine doped tin oxide (FTO) substrate by a simple dip coating doi.org/10.14456/rj-rmutt.2019.5
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 53 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) Keywords: method. The photoelectrocatalytic property was studied by Photoelectrocatalytic, measuring the photocurrent from water oxidation reaction at an WO3 electrode, applied potential of 1 V in NaCl electrolyte solution under visible light dip coating method irradiation. Moreover, the catalytic mechanisms at the electrode surface were studied with the mechanism of photocatalytic (PC), electrocatalytic (EC), and photoelectrocatalytic (PEC) by comparing the dissolved oxygen (DO) value in water. The result found that the dipping times are the main effect with the photoelectrocatalytic property of the fabricated WO3 by dip coating technique and found that at 15 min is the optimized condition. It was found that the PEC mechanism presents a higher efficiency for oxygen production than EC and PC mechanism, respectively. The research shows that this introduced dip coating method can fabricate the WO3 thin film for high-efficiency oxygen evolution with the simple method and suitable for further scaling up application. บทคัดยอ่ พบว่ากลไก PEC ให้ประสิทธิภาพการผลิตออกซิเจนสูง กว่ากลไก EC และ PC ตามลาดบั การวิจัยแสดงให้เหน็ วา่ งานวิจัยนี้ได้พัฒนาการเตรียมข้ัวไฟฟ้าแอโนด วิธีการจุ่มเคลือบท่ีนาเสนอน้ีสามารถเตรียมฟิล์มบาง ทังสเตนออกไซด์ (WO3) เพ่ือเพ่ิมคุณสมบัติโฟโต WO3 สาหรับการพัฒนาการผลิตออก ซิเจ น ให้ มี อิเล็กโตรคะตะไลติกในการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของ ประสิทธิภาพสูงด้วยวิธีการที่เรียบง่ายและเหมาะสาหรับ น้า ฟิล์มบางของ WO3 ถูกตรึงบนกระจกน้าไฟฟ้า การขยายขนาดเพื่อประยุกต์ใชง้ านตอ่ ไป ฟลูออรีนเจือดีบุกออกไซด์ (FTO) โดยวิธีการจุ่มเคลือบ แบบง่าย ศึกษาสมบัติโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกโดยการ คำสำคัญ: โฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติก วิธีจุ่มเคลือบ ข้ัวไฟฟ้า วัดค่ากระแสจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของน้าที่ศักย์ไฟฟ้า ทงั สเตนออกไซด์ 1 โวลต์ ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์โซเดียมคลอไรด์ ภายใต้การฉายแสงช่วงตามองเห็น นอกจากนี้ยังศึกษา บทนำ กลไกการเร่งปฏิกิริยาท่ีผิวหน้าขั้วไฟฟ้า ด้วยกลไกโฟโต คะตะไลติก (PC) อิเล็กโทรคะตะไลติก (EC) และโฟโต การพัฒนาเทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติก อิเล็กโตรคะตะไลติก (PEC) โดยการเปรียบเทียบค่า (Phoelectrocatalytic, PEC) ในกระบวนการแยกน้าให้ ออกซิเจนละลายในน้า ผลการศึกษาพบว่า เวลาท่ีใช้ใน เป็นไฮโดรเจนและออกซเิ จน ได้รับความนิยมมากเพราะมี การจุ่มข้ัวไฟฟ้าส่งผลต่อสมบัติโฟโตอเิ ล็กโตรคะตะไลติกของ ประสิทธิภาพสูงในการผลิตออกซิเจนและไฮโดรเจน (1-5) ข้ัวไฟฟ้า WO3 ที่เตรียมโดยเทคนิคการจุ่มเคลือบและ การพัฒนาวัสดุสารก่ึงตัวนาที่เหมาะสมส่วนใหญ่จะ พบว่าที่เวลาการจุ่ม 15 นาทีเป็นสภาวะท่ีเหมาะสมท่ีสุด พัฒนาสารก่ึงตัวนาโลหะออกไซด์ ซึ่งมีหลายชนิด เช่น TIO2 (3, 6-8) BiVO4 (9-12) Fe2O3 (13-15) แ ล ะ WO3
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 54 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) (16-20) ซ่ึงไดร้ บั ความสนใจใช้เป็นข้วั ไฟฟ้าแอโนดสาหรบั HCl 18 มิลลิลิตร 55 37% (v/v) H2O2 16 มิลลิลิตร และ การเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันในสารละลายน้า เพราะมี เอทานอล 60 มิลลิลิตร เป็นระยะเวลา 15 นาที และ ประสิทธิภาพสูงและมีความเสถียรมาก โดยเฉพาะอย่าง ควบคุมอุณหภูมิสารละลายท่ี 80 องศาเซลเซียส จากนั้น ยง่ิ WO3 ทม่ี ชี ว่ งแถบพลังงานค่อนข้างแคบ คือ 2.5-2.8 eV นาขั้วไฟฟ้า FTO/WO3 ที่เตรียมได้ไปเผาท่ีอุณหภูมิ และมีค่าศักย์ไฟฟ้าของแถบช้ันวาเลนท์ไปทางด้านบวก 500 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 30 นาที แล้วนาขั้วไฟฟา้ ไป มาก ทาให้มีศักยภาพในการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ศึ กษา ส ม บั ติการดู ดกลืนแสงด้วย เค รื่อง UV-Vis ภายใต้การเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงช่วงตามองเห็นได้ดีมาก spectrophotometer (SHIMADZU, UV-2401PC) และ จากงานวิจัยท่ีผ่านมานั้น ผู้วิจัยได้ศึกษาสมบัติของสาร สมบัติโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกสาหรับการเกิดปฏิกิริยา กึ่งตัวนาที่ตอบสนองกับแสงในช่วงตามองเห็น ซึ่งมีมาก ออกซิเดชันสารละลาย 0.1 M NaCl ด้วยการควบคุม ในแสงธรรมชาติ ได้ศึกษาการเตรียมสารก่ึงตัวนา WO3 ศักย์ไฟฟ้าเท่ากับ 1 โวลต์ โดยใช้เคร่ืองวิเคราะห์ทาง เพื่อนาไปออกซไิ ดซน์ ้าใหก้ ลายเปน็ ออกซิเจน ด้วยวิธีหมุน เคมีไฟฟ้า (METEK, Versa STAT 3) ภายใต้การกระตุ้น เคลือบ (spin coating) (16, 21, 22) แต่อย่างไรก็ตาม ด้วยแสงช่วงตามองเห็นโดยใช้หลอดทังสเตนท่ีมีกาลังไฟ วิธีการดังกล่าวยังมีข้อจ้ากัดในการขยายขนาดสเกลและ เ ทีย บ เ ท่า 60 วัต ต์ แ ล ะ ศึ กษา กลไ กการ เร่งการ กระบวนการยังมีความยุ่งยาก ผู้วิจัยจึงสนใจพัฒนา เกิดปฏิกิริยาที่ข้ัวไฟฟ้าโดยติดตามค่าการ ละลาย เทคนิคการจุ่มเคลอื บ (23-26) ซ่ึงเป็นเทคนิคที่น่าสนใจที่ ออกซิเจนในน้า (Dissolved oxygen, DO) ด้วยเครื่อง สามารถตอบโจทย์ดังกล่าวได้ คือ เป็นเทคนิคท่ีง่าย DO meter (HORIBA, D0110) เ พ่ื อ ท ด ส อ บ แ ล ะ สะดวก ราคาถูก และท่ีสาคัญยังสามารถขยายขนาดได้ เ ป รี ย บ เ ที ย บ ป ร ะ สิ ท ธิ ภ า พ ก า ร ผ ลิ ต อ อ ก ซิ เ จ น จ า ก เป็นอย่างดี ดังนั้นงานวิจัยน้ีจึงสนใจพัฒนาเทคนิคจุ่ม กระบวนการแยกนา้ โดยจัดอปุ กรณ์ดงั แสดงในรปู ที่ 1 เ ค ลื อ บ ส า ห รั บ เ ต รี ย ม ข้ั ว ไ ฟ ฟ้ า WO3 เ พื่ อ ใ ห้ มี ประสิทธิภาพสูงในการผลิตออกซิเจนจากการออกซิไดซ์ น้าภายใต้สภาวะเร่งด้วยแสงธรรมชาติ โดยจุดเด่นของ งานวิจัยนี้คือสามารถพัฒนาเทคนิคการเตรียมฟิล์มบาง ของ WO3 ด้วยเทคนิคจุ่มเคลือบได้เป็นอย่างดีและ สามารถผลติ ออกซิเจนเพื่อเพิ่มปรมิ าณออกซิเจนท่ลี ะลาย น้า (Dissolved oxygen ; DO) ให้ถึงค่ามาตรฐานของ การมีชีวิตได้ของสัตว์น้า ซ่ึงอีกหนึ่งทางเลือกของ กระบวนการที่มีประสิทธิภาพ สะดวก และประหยัดใน การเตมิ ออกซิเจนในแหลง่ น้าได้เปน็ อย่างดี วธิ ีดำเนินกำรวจิ ยั รูปท่ี 1 การจัดอุปกรณ์สาหรับศึกษาการเกิดออกซิเจน ด้วยเทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติก น า ก ร ะ จ กน า ไ ฟ ฟ้ า Fluorine doped tin oxide (FTO) ขนาด กว้างxยาว เทา่ กับ 2x3 เซนตเิ มตรท่ี ทาความสะอาดเรียบรอ้ ยแลว้ จุ่มลงไปในสารละลายผสม ของ H2WO4 0.6 กรัม C2H2O4 0.28 กรัม 37% (v/v)
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 55 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) ผลกำรศกึ ษำและอธิปรำยผล แถบของขั้วไฟฟ้าดังแสดงในรูปท่ี 2 จะไดค้ ่าพลังงานแถบ ของ FTO/WO3 เท่ากับ 2.8 eV ซ่ึงสอดคล้องกับค่า สมบตั ิการดูดกลนื แสงของขั้วไฟฟา้ พลังงานแถบของ WO3 สามารถยืนยันสมบตั ิการดดู กลนื คลื่นแสงของขั้วไฟฟา้ FTO/WO3 ในช่วงแสงที่ตามองเห็น จาการศึกษาสมบัติเชิงแสง พบว่า ขั้วไฟฟ้า (Visible light) ทาให้มปี ระสิทธภิ าพในการเกิดปฏิกิริยาได้ FTO/WO3 เรม่ิ ดูดกลืนแสงตง้ั แต่ความยาวคล่นื 450 nm ดีในแสงธรรมชาติเหมาะกบั การนาไปใชใ้ นงานจรงิ ต่อไป (λ(nm) เม่ือนาไปคานวณค่าพลังงานแถบ (Band gap energy, Eg) ได้จากสมการท่ี 1 และการหาความสัมพันธ์ Eg = 1240 (1) ระหว่างสัมประสิทธิ์ค่าการดูดกลืนแสงกับค่าพลังงาน λ(nm) รูปที่ 2 กราฟแสดงการดดู กลนื แสงและความสมั พันธ์ระหว่างสัมประสิทธ์คิ า่ การดดู กลนื แสงกับค่าพลงั งานแถบของ ขวั้ ไฟฟา้ FTO และ FTO/WO3 สมบัตโิ ฟโตอิเลก็ โตรคะตะไลตกิ จากการพิจารณาค่ากระแสจากปฏิกิริยาออกซิเดชันใน สารละลายน้าภายใต้การเร่งด้วยแสงช่วงตามองเห็น ดัง สิ่งสาคัญของการพัฒนาขั้วไฟฟ้าสารกึ่งตัวนา แสดงในรูปท่ี 3 พบว่า ระยะเวลาการจุ่ม ต้ังแต่ 10 – 15 นาที สาหรับเทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลตกิ คือ การติดตาม ได้ค่ากระแสแปรผันตามระยะเวลาท่ีจุ่มซ่ึงเกิดจากการ ประสิทธิภาพในการเกิดปฏิกิริยาที่ข้ัวไฟฟ้าจากการวัด เพ่ิมปริมาณทังสเตนออกไซด์ที่ผิวหน้าขั้วไฟฟ้ามากขึ้น ค่ากระแสภายใต้การเร่งด้วยแสงและศักย์ไฟฟ้า งานวิจัย สามารถเพ่ิมประสทิ ธิภาพในการดดู กลืนแสงได้มากขน้ึ จึง นี้ได้พัฒนาการตรึงฟิล์มสารก่ึงตัวนาทังสเตนออกไซด์บน ทาให้เกิดปฏิกิริยาได้มากขึ้นนั้นเอง แต่อย่างไรก็ตามเม่ือ กระจกนาไฟฟ้า (FTO/WO3) ด้วยเทคนิคการจุ่มเคลือบ เพ่ิมเวลาการจมุ่ มากกวา่ 15 นาที กลับส่งผลให้คา่ กระแส ซ่ึงตัวแปรสาคัญที่ส่งผลต่อสมบัติของข้ัวไฟฟ้า คือ ลดลงดังแสดงค่ากระแสที่เวลา 20 นาที ซ่ึงอาจเกิดจาก ระยะเวลาในการจุ่มข้ัวไฟฟ้ารองรบั ในสารละลายต้ังต้นที่ ผลของความหนาของช้ันสารก่ึงตัวนาทังสเตนออกไซด์ท่ี ทาให้เกิดฟิล์มบางของสารก่ึงตัวนา จากการศึกษา มากเกินไปอาจทาให้อัตราการส่งผ่านอิเล็กตรอนท่ี ระยะเวลาในการจุ่มข้ัวไฟฟ้า FTO ในสารละลายทังสเตน ผวิ หน้าขว้ั ไฟฟา้ ลดลงและมคี ่ากระแสลดตา่ ลงดงั กล่าว ออกไซด์ ซึง่ ได้ผลการศึกษาสมบตั โิ ฟโตอิเลก็ โตรคะตะไลติก
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 56 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) รูปท่ี 3 สมบัติโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกของขั้วไฟฟ้า FTO/WO3 ภายใต้การเร่งด้วยศักย์ไฟฟ้า 1.0 โวลต์ และแสงชว่ งตามองเหน็ กก กึ่งตัวนา (Recombination effect) ของกลไก PC ที่มี กลไกการเร่งการผลิตกา๊ ซออกซิเจน จากการศึกษากลไกการเร่งการเกิดปฏิกิริยาที่ การเร่งสารก่ึงตัวนาดว้ ยแสงเพียงอย่างเดียว และ PEC มี ข้ัวไฟฟ้า FTO/WO3 สาหรับการผลิตก๊าซออกซิเจนทั้ง ประสิทธิภาพมากกว่า EC คือ การเร่งการเกิดปฏิกิริยา 3 กลไก คือ กลไกท่ีเร่งขั้วไฟฟ้าด้วยแสงอย่างเดียว ข้ัวไฟฟ้าสารกึ่งตัวนาด้วยแสงจะทาให้ลดค่าศักยไ์ ฟฟ้าใน (Photocatalytic; PC) กลไกที่เรง่ ขัว้ ไฟฟา้ ด้วยศักย์ไฟฟ้า การเกิดปฏิกิริยาของข้ัวไฟฟ้าด้วยตาแหน่งของช่องว่าง อย่างเดียว (Electrocatalytic; EC) และกลไกที่เร่ง (hole, h+) ท่ีช้ันวาเลนท์ของ WO3 มีค่าศักย์ไฟฟ้า ข้ั ว ไ ฟ ฟ้ า ด้ ว ย แ ส ง แ ล ะ ศั ก ย์ ไ ฟ ฟ้ า ใ น เ ว ล า เ ดี ย ว กั น ทางด้านบวกมากทาให้สามารถออกซไิ ดซ์น้าให้กลายเป็น (Photoelectrocatalytic; PEC) โดยการติดตามปริมาณ ออกซิเจนได้ดีกว่าขั้วไฟฟ้าท่ีเร่งการเกิดปฏิกิริยาด้วย ออกซิเจนเกิดขึ้นด้วยเครื่อง DO meter พบว่าการเร่ง ศักย์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว (EC) ซึ่งเป็นการยืนยันได้ว่า ขั้วไฟฟ้าด้วยแสงและศักย์ไฟฟ้า (PEC) มีประสิทธิภาพ กลไกการเร่งการเกิดปฏิกิริยาเพ่ือให้ได้ประสิทธิภาพใน สูงสุดในการผลิตก๊าซออกซิเจนในสารละลายน้า อธิบาย การออกซิไดซ์น้าให้กลายเป็นออกซิเจนจะต้องเร่งทั้ง ได้ว่า การเร่งการเกิดปฏิกิริยาท่ีขั้วไฟฟ้าท้ังแสงและ ศักย์ไฟฟ้าและแสงพร้อมๆกัน (PEC) โดยกลไกการเร่ง ศักย์ไฟฟ้า (PEC) มีประสิทธิภาพมากว่า PC เน่ืองจาก PEC สามารถเพิ่มคา่ DO ได้ถงึ 3 mg/L ในเวลา 2 ช่ัวโมง การให้ศักย์ไฟฟ้าด้านบวกที่ขั้วไฟฟ้าแอโนดจะเหน่ียวนา ดังแสดงในรูปท่ี 4 ซ่ึงค่า DO ดังกล่าวเกินค่ามาตรฐานที่ ให้อิเล็กตรอนท่ีช้ันการนาของสารก่ึงตัวนาเข้าข้ัวไฟฟ้า สิ่งมีชวี ติ ในน้าสามารถอาศยั อยูไ่ ด้ ดงั นน้ั เทคนคิ ดังกลา่ วท่ี ซ่ึงจะช่วยลดการเกดิ ปรากฏการณ์รวมกนั ของอิเลก็ ตรอน ได้พัฒนาข้ึนนี้เหมาะสมอย่างย่ิงในการประยุกต์ใช้กับการ (electron, e-) กบั ช่องว่าง (hole, h+) ท่เี กดิ ขน้ึ ของสาร เพ่ิมออกซิเจนในน้าได้เป็นอย่างดี ซ่ึงเป็นวิธีการท่ี ประหยัด มปี ระสทิ ธภิ าพสงู และสะดวกในการใชง้ าน
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 57 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) รปู ที่ 4 การผลิตออกซิเจน (DO) ดว้ ยกลไก PEC EC และ PC กก สรปุ ผล 2. Patel M, Park W-H, Ray A, Kim J, Lee J-H. งานวิจัยนี้ประสบความสาเร็จในการเตรียมฟิล์ม Photoelectrocatalytic sea water splitting using บางสารก่ึงตัวนาทังสเตนออกไซด์ลงบนกระจกนาไฟฟ้า Kirkendall diffusion grown functional Co3O4 film. ด้วยวิธีการจุ่มเคลือบ ซึ่งเป็นวิธีที่ง่าย สะดวก ประหยัด Solar Energy Materials and Solar Cells. เหมาะท่จี ะขยายสเกลในอนาคต และสามารถประยกุ ต์ใช้ 2017;171:267-274. ข้ัวไฟฟ้าท่ีพัฒนาข้ึนกับการผลิตออกซิเจนในน้าได้อย่างมี 3. Seferlis AK, Neophytides SG. On the ประสิทธิภาพด้วยหลักการเร่งปฏิกิริยาแบบโฟโตอิเล็ก kinetics of photoelectrocatalytic water splitting on โตรคะตะไลตกิ เหมาะสาหรบั การประยุกตใ์ ช้ในการบาบัด nanocrystalline TiO2 films. Applied Catalysis B: และเพ่ิมปรมิ าณออกซเิ จนในน้าในอนาคตได้เป็นอย่างดี Environmental. 2013;132-133:543-552. กิตตกิ รรมประกำศ 4. Monfort O, Pop L-C, Sfaelou S, Plecenik T, Roch T, Dracopoulos V, et al. Photoelectrocatalytic งานวิจัยนี้ขอขอบคุณทุนสนับสนุนจากสานักงาน hydrogen production by water splitting using BiVO4 กองทุนสนับสนุนการวิจัย และบริษัท สยาม เอควา เทค photoanodes. Chemical Engineering Journal. ดีเวลลอปเมนท์ ซีสเต็มส์ จากัด ท่ีร่วมสนับสนุนทุนวิจัย 2016;286:91-97. ภ า ย ใ ต้ โ ค ร ง ก า ร พั ฒ น า นั ก วิ จั ย แ ล ะ ง า น วิ จั ย เ พ่ื อ อุตสาหกรรม-พวอ. ระดับปรญิ ญาโท (MSD61I0073) 5. Chen Y-C, Wu Z-J, Hsu Y-K. Buffer effect of In2 O3 interlayer on band offset at CuO/ZnO เอกสำรอ้ำงอิง interface for enhanced photoelectrocatalytic water splitting. Journal of Catalysis. 2019;370:224-231. 1. Lianos P. Review of recent trends in photoelectrocatalytic conversion of solar energy to 6. Chen X, Shen S, Guo L, Mao SS. electricity and hydrogen. Applied Catalysis B: Semiconductor-based Photocatalytic Hydrogen Environmental. 2017;210:235-254. Generation. Chemical Reviews. 2010;110(11):6503-570.
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 58 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) 7. Fujishima A, Honda K. Electrochemical water splitting. Surfaces and Interfaces. Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode. 2019;14:184-191. Nature. 1972;238(5358):37-38. 14. Nasiri M, Sangpour P, Yousefzadeh S, Bagheri 8. Cheng X, Zhang Y, Bi Y. Spatial dual- M. Elevated temperature annealed α- Fe2O3/reduced electric fields for highly enhanced the solar water graphene oxide nanocomposite photoanode for splitting of TiO2 nanotube arrays. Nano Energy. photoelectrochemical water oxidation. Journal of 2019;57:542-548. Environmental Chemical Engineering. 2019;7(2):102999. 9. Tayebi M, Lee B-K. Recent advances in BiVO4 semiconductor materials for hydrogen 15. Lervolino G, Tantis I, Sygellou L, Vaiano V, production using photoelectrochemical water Sannino D, Lianos P. Photocurrent increase by splitting. Renewable and Sustainable Energy metal modification of Fe2O3 photoanodes and its Reviews. 178 2019;111:332-343. effect on photoelectrocatalytic hydrogen production by degradation of organic substances. 10. Zhou S, Yue P, Huang J, Wang L, She H, Applied Surface Science. 2017;400:176-183. Wang Q. High-performance photoelectrochemical water splitting of BiVO4 @Co-MIm prepared by a 16. Chatchai P, Murakami Y, Kishioka S-y, facile in-situ deposition method. Chemical Nosaka AY, Nosaka Y. Efficient photocatalytic Engineering Journal. 2019;371:885-892. activity of water oxidation over WO3 / BiVO4 composite under visible light irradiation. 11. Bai S, Chu H, Xiang X, Luo R, He J, Chen A. Electrochimica Acta. 2009;54(3):1147-1152. Fabricating of Fe2O3/ BiVO4 heterojunction based photoanode modified with NiFe-LDH nanosheets 17. Soltani T, Tayyebi A, Lee B-K. for efficient solar water splitting. Chemical Sonochemical-driven ultrafast facile synthesis of Engineering Journal. 2018;350:148-156. WO3 nanoplates with controllable morphology and oxygen vacancies for efficient 12. Guo L, Li J, Lei N, Song Q, Liang Z. photoelectrochemical water splitting. Ultrasonics Morphological evolution and enhanced Sonochemistry. 2019;50:230-238. photoelectrochemical performance of V4 + self- doped, [010]oriented BiVO4 for water splitting. Journal 18. Soltani T, Tayyebi A, Hong H, Mirfasih MH, of Alloys and Compounds. 2019;771:914-923. Lee B-K. A novel growth control of nanoplates WO3 photoanodes with dual oxygen and tungsten 13. Bemana H, Rashid-Nadimi S. Incorporation vacancies for efficient photoelectrochemical water of NiO electrocatalyst with α-Fe2O3 photocatalyst splitting performance. Solar Energy Materials and for enhanced and stable photoelectrochemical Solar Cells. 2019;191:39-49.
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 59 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) 19. Yu SQ, Ling YH, Zhang J, Qin F, Zhang ZJ. 25. Cong Y, Ji Y, Ge Y, Jin H, Zhang Y, Wang Q. Efficient photoelectrochemical water splitting and Fabrication of 3D Bi2O3-BiOI heterojunction by a impedance analysis of WO3 − x nanoflake simple dipping method: Highly enhanced visible- electrodes. International Journal of Hydrogen light photoelectrocatalytic activity. Chemical Energy. 2017;42(32):20879-20887. Engineering Journal. 2017;307:572-582. 20. Fan X, Gao B, Wang T, Huang X, Gong H, 26. Pablos C, Marugán J, Adán C, Osuna M, van Xue H, et al. Layered double hydroxide modified Grieken R. Performance of TiO2 photoanodes WO3 nanorod arrays for enhanced toward oxidation of methanol and E. coli photoelectrochemical water splitting. Applied inactivation in water in a scaled-up Catalysis A: General. 2016;528:52-58. photoelectrocatalytic reactor. Electrochimica Acta. 2017;258:599-606. 21. Chatchai P, Nosaka AY, Nosaka Y. Photoelectrocatalytic performance of WO3/BiVO4 toward the dye degradation. Electrochimica Acta. 2013;94:314-319. 22. Chatchai P, Kishioka S-y, Murakami Y, Nosaka AY, Nosaka Y. Enhanced photoelectrocatalytic activity of FTO/WO3 / BiVO4 electrode modified with gold nanoparticles for water oxidation under visible light irradiation. Electrochimica Acta. 2010;55(3):592-596. 23. Ferrari VC, Dupim IS, Sousa V, Souza FL. Photoactive multilayer WO3 electrode synthesized via dip-coating. Ceramics International. 2018;44(18):22983-22990. 24. Daghrir R, Drogui P, Robert D. Photoelectrocatalytic technologies for environmental applications. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2012;238:41-52.
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 60 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) การศกึ ษาสมบัตทิ างกลและโครงสรา้ งจลุ ภาคของมีดโตท้ ่ีผลติ จากภมู ิปญั ญา ทอ้ งถิ่นของชมุ ชนตีมดี 4 จงั หวดั ของประเทศไทย The mechanical properties and microstructure’s study of the big knives of folk wisdom of knife forging community in 4 provinces of Thailand ณรงค์ศักดิ์ ธรรมโชติ1 วรรณา หอมจะบก1* อมรศกั ดิ์ มาใหญ่1 และ สมบัติ น้อยม่ิง1 Narongsak Thammachot1, Wanna Homjabok1*, Amornsak Mayai1 and Sombut Noyming1 1หน่วยวิจัยโลหวิทยาและการอบชบุ ความรอ้ น คณะวศิ วกรรมศาสตร์และสถาปัตยกรรมศาสตร์ มหาวทิ ยาลยั เทคโนโลยีราชมงคลอีสาน อ.เมอื ง จ.นครราชสมี า 30000 1Metallurgy and Heat Treatment of Metals Research Unit, Faculty of Engineering and Architecture, Rajamangala University of Technology Isan, Nakorn Ratchasima 30000, THAILAND *Corresponding Author E-mail: [email protected] ARTICLE INFO ABSTRACT Article history: The knife forging is considered to be the wisdom conveyed Received 24 April 2019 by the ancestors of each community in every region of Thailand. This Accept 27 June 2019 is an important to the way of life of the farmers. The objective of this Online 30 June 2019 research was to study the mechanical properties and the doi.org/10.14456/rj-rmutt.2019.4 microstructures of the big knives from four provinces such as Nan, Keywords: Nakhon Ratchasima, Phra Nakhon Si Ayutthaya and Songkhla Big knives, knife forging provinces. The results of the study shown that, the hardness of the community, folk wisdom, big knives of Songkhla province was higher than Nan, Nakhon mechanical properties, Ratchasima and Phra Nakhon Si Ayutthaya province. In case of impact microstructure strength, the impact value of the big knives of Phra Nakhon Si
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 61 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) Ayutthaya province was higher than Nan, Nakhon Ratchasima and Songkhla province. After hardening, the hardness of the big knives of Phra Nakhon Si Ayutthaya province was higher than Nakhon Ratchasima, Nan and Songkhla province. The impact value of the big knives of Nan province was higher than Phra Nakhon Si Ayutthaya, Songkhla and Nakhon Ratchasima province. The microstructure of the big knives before hardening at nearly the edge of the knife and deeper consisted of pearlite matrix and some of ferrite. After hardening, the microstructure at nearly the edge of the knife was martensite, deeper consisted of martensite matrix and some of ferrite. บทคดั ยอ่ มาร์เทนไซต์และลกึ เขา้ ไปประกอบด้วยเมทริกซม์ ารเ์ ทนไซต์ และเฟอรไ์ รต์บางสว่ น การตีมีด ถือเป็นภูมิปัญญาท่ีถูกถ่ายทอดมาจาก บรรพบรุ ษุ ของแต่ละชมุ ชนทีม่ อี ยู่ทกุ ภาคของประเทศไทย คำสำคัญ: มีดโต้ ชุมชนตีมีด ภูมิปัญญาท้องถ่ิน สมบัติ ซึ่งมีความสาคัญต่อวิถีชีวิตของเกษตรกรเป็นอย่างมาก เชงิ กล โครงสรา้ งจุลภาค งานวิจัยน้ีมีวัตถุประสงค์เพ่ือศึกษาสมบัติทางกลและ โครงสร้างจุลภาคของมีดโต้จากชุมชนตีมีด 4 จังหวัด บทนา ได้แก่ จังหวัดน่าน นครราชสีมา พระนครศรีอยุธยาและ สงขลา ผลจากการศึกษาพบว่า มีดท่ีตีขึ้นรูปก่อนการชุบ ประเทศไทยเป็นประเทศท่ีประชากรส่วนใหญ่ แข็งจากจังหวัดสงขลามีค่าความแข็งสูงที่สุด รองลงมา ประกอบอาชีพเกษตรกรรม อุปกรณ์หรือเครื่องมือที่ใช้ คื อ มี ด จ า ก จั ง ห วั ด น่ า น น ค ร ร า ช สี ม า แ ล ะ ทางการเกษตรจึงมีความสาคัญมาก มีดโต้ถือเป็น พระนครศรีอยุธยา ส่วนค่าความต้านทานแรงกระแทก เคร่ืองมือที่มีความจาเป็นข้ันพื้นฐานของเกษตรกร การ สงู สุดคือมดี โต้จังหวัดพระนครศรอี ยธุ ยา รองลงมาคอื มีด ผลิตเครื่องมือเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การผลิตมีด จงั หวัดน่าน นครราชสมี า และสงขลา ตามลาดบั ภายหลัง ทางการเกษตร ปัจจุบนั ยงั อาศัยวธิ กี ารแบบดงั้ เดมิ ที่ใช้กัน การชุบแข็ง มีดโต้ท่ีมีคา่ ความแข็งสงู ที่สุดคือมดี โตจ้ ังหวัด มาอยา่ งยาวนาน เชน่ การตีมดี โดยถูกสืบทอดภมู ิปัญญา พระนครศรีอยุธยา รองลงมาคือ มีดจังหวัดนครราชสีมา ทักษะ และความเช่ียวชาญของบรรพบุรุษจากรุ่นสู่รุ่น น่านและสงขลา ค่าความต้านทานแรงกระแทกมีดโต้ที่สูง เพ่ือให้มีดท่ีได้มีรูปทรงที่เหมาะสม สวยงาม และมีความ ที่สุดคือ มีดโต้จังหวัดน่าน รองลงมาคือมีดจังหวัด แข็งแรงตามรูปแบบของการใช้งาน การศึกษา พระนครศรีอยุธยา สงขลา และนครราชสีมา เมื่อ กระบวนการตีมีดของชุมชน ได้มีการศึกษาและบันทึก พิจารณาโครงสร้างจุลภาคจะพบว่าท่ีบริเวณคมมีดและ ข้อมูลไว้ หากแต่เป็นเพียงบางแหล่งพ้ืนที่เท่าน้ัน เช่น ลึกเข้าไปก่อนการชุบแข็งโครงสรา้ งประกอบด้วยเมทรกิ ซ์ แหล่งเรียนรู้หมู่บ้าน หัตถกรรมมีดอรัญญิก (1) ซ่ึงข้อมูล เพอร์ไลต์และเฟอร์ไรต์บางส่วน ภายหลังการชุบแข็ง ที่ศึกษาโดยมากเป็นเพียงกระบวนตีมีดเท่านั้น แต่ใน โครงสร้างบริเวณคมมีดประกอบไปด้วยโครงสร้าง ปัจจุบันได้มีการศึกษาและพัฒนามีดจากกระบวนการ ผลิตและเทคโนโลยีที่ทันสมัยออกมาหลากหลาย เช่น มีด
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 62 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) ท่ีผลิตจาก Low alloy steel และผ่านกระบวนการ ศึกษาโครงสร้างจุลภาคและสมบัติเชิงกลมีดโต้ท่ีผลติ จาก Iron nitriding ท่ีอุณหภูมิตา่ เพ่ือเพ่ิมความทนทานใหก้ ับ ภมู ปิ ญั ญาท้องถิ่นของชมุ ชนตมี ีดจาก 4 ภาคของประเทศ มีด (2) หรือมีดที่ผลิตจากเหล็กกล้าผสมต่าแล้วทาการ ไทย โดยตัวแทนภาคละหนึ่งจังหวัด เพื่อให้ทราบข้อมูล ปรับปรุงผิวด้วยวิธี Composite coating (3) สาหรับมีด ทางด้านโครงสร้างจุลภาคและสมบัติเชิงกล ที่จะ ท่ีผลิตข้ึนจากการสืบทอดทางภูมิปัญญา ได้มีการศึกษา ก่อให้เกิดการพัฒนา และอาจช่วยให้ครัวเรือนหรือชุมชน กันอย่างกว้างขวางเช่นกัน เช่น ดาบซามูไรของญ่ีปุ่น มี ที่ประกอบอาชีพตีมีด สามารถเพิ่มผลผลติ ในการผลิตมีด นักวิจัยที่ศึกษาค้นคว้าข้อมูลเป็นจานวนมาก เช่น ท่ใี ชใ้ นการเกษตรต่อไปในอนาคตได้ งานวจิ ัยของ Michael R. Notis (4) ท่ศี ึกษาประวัตคิ วาม เป็นมาของดาบซามูไรรวมไปถึงการศึกษาทางโลหวิทยา วิธดี าเนินการวจิ ัย ในขณะที่ Muneo Y. และคณะ (5) ได้ศึกษาสมบัติ ทางด้านความแข็งแรงของดาบซามูไร ส่วนการศึกษาใน แหล่งทีม่ าของมดี โต้ ประเทศไทยนั้น ณรงค์ศักดิ์ ธรรมโชติ และคณะได้ศึกษา โลหวิยาและความแข็งของดาบซามูไรที่ได้ช้ินทดสอบมา ชุมชนตีมีดที่ทาการศึกษามีทั้งหมด 4 ชุมชน ซึ่ง จากประเทศญี่ปุ่นเช่นเดียวกัน (6) อย่างไรก็ตาม ใน กระจายตวั อยู่ท่วั ทง้ั ประเทศใน 4 ภาค รายละเอยี ดดังแสดง ประเทศไทยการศึกษาทางด้านโครงสร้างจุลภาคและ ในตารางท่ี 1 โดยเลือกตัวแทนจากภาคละหนึ่งจังหวัด สมบตั เิ ชิงกลของมดี ทผี่ ลิตจากท้องถิ่นอยา่ งมดี โต้นั้น ยงั มี ได้แก่ ภาคเหนือ จังหวัดน่าน ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ อยู่ค่อนข้างจากัด ดังน้ันงานวิจัยน้ีจึงมีวัตถุประสงค์เพื่อ จังหวัดนครราชสีมา ภาคกลาง จังหวัดพระนครศรีอยุธยา และภาคใต้ จงั หวัดสงขลา ตารางท่ี 1 แหล่งของชุมชนตีมีดโต้ทนี่ ามาทาการศกึ ษา ตัวแทนภาค ชอื่ ชมุ ชน / จงั หวดั เหนอื ชุมชนบา้ นฝายมูล ต.ป่าคา อ.ท่าวงั ผา จ.น่าน ตะวันออกเฉียงเหนอื ชมุ ชนบา้ นบุ ต.ตลาด อ.เมอื ง จ.นครราชสีมา กลาง ชมุ ชนบา้ นไผห่ นอง ต.ท่าช้าง อ.นครหลวง จ.พระนครศรีอยุธยา ใต้ ชมุ ชนบ้านน้านอ้ ย ต.นา้ นอ้ ย อ.หาดใหญ่ จ.สงขลา ตารางที่ 2 สว่ นผสมทางเคมีของเหลก็ ทน่ี ามาตขี นึ้ รูปมีดโต้ เหล็กวตั ถดุ บิ ของจงั หวัด C สว่ นผสมทางเคมี (เปอรเ์ ซ็นต์) Ni Cu Si Mn P S Cr 0.0602 0.1027 0.0373 0.0315 น่าน 0.5620 0.2230 0.8943 0.0033 0.0069 0.7957 0.0373 0.0315 0.1067 0.1120 นครราชสมี า 0.4467 0.2490 0.8147 0.0068 0.0067 0.7863 พระนครศรีอยุธยา 0.4023 0.0048 0.6900 0.0049 0.0056 0.5630 สงขลา 0.6297 0.2820 0.9773 0.0078 0.0283 0.8487
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 63 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) เทียบได้กับเกรด AISI 1040 หรือ JIS S40C แต่จะมี ปริมาณโครเมียมทมี่ ากกว่าปกติอยทู่ ่ี 0.56 % (ก) ลักษณะของมีดโต้ ลักษณะของมีดโต้จากตัวแทนทั้ง 4 จังหวัด ของ (ข) ท้ัง 4 ภาค แสดงดังรูปท่ี 1 มีดของจังหวัดน่าน (ค) นครราชสีมา และพระนครศรีอยุธยา ความยาวต้ังแต่ ปลายมีดจนถึงปลายสุดของด้ามมีดประมาณ 45-50 (ง) เซนติเมตร ลักษณะหัวมีดมีความกว้างระหว่าง 8.0-9.0 รูปท่ี 1 ลักษณะของตัวอย่างมีดโต้จากจังหวัด (ก) น่าน เซนติเมตร ด้ามจับมีท้ังแบบเป็นไม้และเป็นเหล็ก กรณี ด้ามเหล็กจะมีลักษณะกลมและกลวงภายในมีความโต (ข) นครราชสีมา (ค) พระนครศรีอยุธยา ประมาณ 3.5 เซนติเมตร น้าหนักมีดอยู่ระหว่าง 1.0-1.2 (ง) สงขลา กิโลกรัม ส่วนมีดจังหวัดสงขลานั้นมีลักษณะที่ส้ันกว่า เหล็กทใ่ี ช้ในการตมี ดี และด้ามมีดมีลักษณะแบน ความยาวของมีดอยู่ระหว่าง เหล็กที่ชุมชนใช้ในการนามาเป็นวัตถุดิบในการตี 30 เซนตเิ มตร มีดเป็นเหล็กแหนบรถยนต์และเหล็กกล้าคาร์บอน ข้นั ตอนการตมี ดี ปานกลาง โดยมีส่วนผสมทางเคมีแสดงดังตารางท่ี 2 จะเห็นได้ว่าส่วนผสมทางเคมีของเหล็กจังหวัดน่าน ข้ั นตอนการตี มี ดตั้ งแต่ เร่ิ มต้ นจนเสร็ จสิ้ น นคราชสีมาและสงขลา มีส่วนผสมทางเคมีเทียบเคียงกับ กระบวนการ แบ่งออกเป็น 2 กรณี คือ กรณีที่ด้ามเป็นไม้ เหล็กเกรด AISI 5160 ตามมาตรฐานของอเมริกา หรือ แสดงดังรูปที่ 2 (ก) และกรณีท่ีดา้ มเป็นเหล็กแสดงดังรูปที่ 2 เทยี บได้กับเกรด SUP 10 ตามมาตรฐานของญปี่ ุน่ (ข) จะเห็นได้ว่า ข้ันตอนการผลิตหลกั ๆ น้ันคล้ายกัน ได้แก่ โดยเหล็กเกรด AISI 5160 (7) น้ันมีส่วนผสมทาง การตัดเหล็ก การตีขึ้นรูปตัวมีด การตีขึ้นรูปด้ามมีดการ เคมีประกอบโดย 0.56-0.64 %C 0.25-0.30 %Si เจียระไน การชุบแข็ง และการเจียระไนตกแต่ง 0.75-1.00 %Mn และ 0.70-0.90 %Cr ส่วนเหล็กท่ีใช้ตี มีดจังหวัดพระนครศรีอยุธยาน้ัน มีปริมาณคาร์บอนอยู่ที่ (ก) (ข) 0.40 %C ซึ่งเป็นเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางซึ่งอาจ รูปที่ 2 แผนภมู กิ ารปฏบิ ตั งิ านของการตีมดี กรณี (ก) ดา้ ม มีดเป็นไม้ (ข) ดา้ มมดี เป็นเหล็ก
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 64 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) การทดสอบ การตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคและการทดสอบ สมบัติทางกลถูกกาหนดตาแหน่งไว้ท่ีคมมีดดงั แสดงในรูป รูปท่ี 4 ตาแหน่งการวดั ความแข็งและตรวจสอบโครงสรา้ ง ท่ี 3 การกาหนดตาแหน่งไว้ท่ีบริเวณคมมีดเพราะคมมีด จลุ ภาค เป็นบริเวณที่ถูกใช้งานในการตัดเฉือน อีกทั้งในการชุบ ผลการศกึ ษาและอธปิ รายผล แข็งน้ันโดยมากจะทาการชุบบริเวณคมของมีดเท่าน้ัน จานวนชิ้นทดสอบแต่ละการทดสอบจะใช้จานวน 3 ช้ิน สมบัติทางกล จากการตัดจากมีดจานวน 3 เล่ม เพ่ือหาค่าเฉล่ียของผล ค่าความแข็งของมีดโต้ท้ัง 4 จังหวัด ท่ีผ่าน การทดสอบ กระบวนการตีข้ึนรูปแล้วก่อนการชุบแข็ง แสดงในรูปท่ี 5 สาหรับการทดสอบสมบัติทางกลและ การ จะเห็นได้ว่ามีดโต้จากจังหวัดสงขลามีค่าความแข็งเฉลี่ย ตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคของมีดนั้น จะทาการทดสอบ สูงสุดเม่ือเปรียบเทียบกับมีดโต้จังหวัดอื่น ๆ โดยมีค่า และตรวจสอบมดี ท่ผี า่ นการตีขน้ึ รปู แล้วแต่ยังไม่ทาการชุบ ความแข็งเฉล่ียที่ 375 HV รองลงมา คือ มีดโต้จังหวัด แข็งและภายหลังการชุบแข็ง เพ่ือทาการเปรียบเทียบ นครราชสีมา 325 HV จังหวัดน่าน 312 HV และจังหวัด สมบตั ิทางกลและโครงสรา้ งจลุ ภาคทีเ่ ปล่ียนแปลงไป พระนครศรีอยุธยา 265 HV ตามลาดับ จากข้อสังเกต พบว่า ค่าความแข็งท่ีวัดได้มีแนวโน้มที่สอดคล้องกับ ปริมาณธาตุหรือส่วนผสมทางเคมี กล่าวคือ มีดโต้จังหวดั สงขลาจะมีปรมิ าณธาตุผสม เชน่ คารบ์ อน โครเมยี ม และ แมงกานีส ท่ีสูงที่สุด ในขณะท่ีจังหวัดนครราชสีมาและ น่าน มีปริมาณธาตุผสมรองลงมา และมีค่าใกล้เคียงกัน รูปที่ 3 บริเวณท่ีใช้ทดสอบความแข็ง ความต้านทานแรง ส่วนจังหวัดพระนครศรีอยุธยาจะมีปริมาณธาตุผสมน้อย กระแทก และตรวจสอบโครงสร้างจลุ ภาค ที่สุดจึงมีค่าความแข็งน้อยท่ีสุดด้วย ประเด็นถัดมาหาก การทดสอบความต้านทานแรงกระแทกทาการ สังเกตมีดโต้จังหวัดพระนครศรีอยุธยา ค่าความแข็งของ ทดสอบด้วยเครื่องทดสอบแรงกระแทกยี่ห้อ AVERY มีดที่มีค่าสูงจะอยู่ในระยะ 0.1-1.5 มิลลิเมตรเท่าน้ัน DENISON รุ่น LS102DE สาหรับการทดสอบความแข็งใช้ ระยะลึกเพิ่มขึ้นความความแข็งจะลดลง ท่ีเป็นเช่นน้ี เคร่ืองไมโครวิกเกอร์สแบบดิจิตอลย่ีห้อ MATSUZAWA น่าจะมาจากการตีข้ึนรูปน้ันมีการตีลดขนาดความหนา รุ่น MMT-X34 ส่วนการตรวจสอบโครงสรา้ งจุลภาคใชก้ าร เฉพาะบริเวณคมมีดมากกว่าบริเวณอ่ืนส่งผลให้เกิดการ ตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแสง ( Optical เปลี่ยนรูปของเกรนบริเวณดังกล่าวจึงเกิด Strain microscope) ยห่ี ้อ OLYMPUS รุ่น BX60M hardening ขึ้น ทาให้ค่าความแข็งบริเวณดังกล่าวสูงกวา่ ตาแหน่งที่ทาการทดสอบความแข็งและตรวจสอบ บรเิ วณอื่น ๆ (8) โครงสร้างจุลภาคแสดงดังรูปที่ 4 โดยตาแหน่งแรกเร่ิมตน้ ท่ีระยะ 0.1 มิลลิเมตร จากคมมีด จากน้ันแต่ละตาแหนง่ จะห่างกนั 0.5 มลิ ลิเมตร จนถงึ ระยะ 8.0 มิลลเิ มตร
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 65 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) รปู ที่ 5 ค่าความแข็งมีดโต้กอ่ นการชบุ แข็ง ในส่วนของการทดสอบความสามารถในการ ต้านทานแรงกระแทกของมีดโต้ทั้งก่อนและหลังการชุบ หลังจากการตีขึ้นรูปมีดแล้วมีดโต้จะถูกนามาทา แข็งของทั้ง 4 จังหวัด ดังแสดงในรูปที่ 7 โดยมีดโต้ทผ่ี ่าน การชุบแข็ง เพ่อื ให้เหมาะสมกบั การใชง้ าน การชุบแข็งจะ การตีขึ้นรูปก่อนการชุบแข็งของจังหวัดสงขลาจะมีค่า ทาการชุบท่ีบริเวณคมมีด โดยผลการทดสอบความแข็ง ความต้านทานแรงกระแทกต่าที่สุด รองลงมา คือ มีดโต้ แสดงดังรูปท่ี 6 จากกราฟจะเห็นได้ว่ามีดโต้ของจังหวัด จังหวัดนครราชสีมา น่าน และพระนครศรีอยุธยา พระนครศรีอยุธยาภายหลังการชุบแข็งจะมีค่าความแข็ง ตามลาดับ ซึ่งสอดคล้องกับค่าความแข็งของมีดก่อนการ เฉล่ียสูงที่สุด คือ 661 HV รองลงมาคือมีดโต้จากจังหวัด ชุบแข็ง กล่าวคือ มีดโต้จังหวัดสงขลามีค่าความแข็งเฉลีย่ นครราชสีมา 538 HV จังหวัดน่าน 481 HV และจังหวัด สูงสุด ส่งผลให้ค่าความต้านทานแรงกระแทกมีค่าต่าสุด สงขลา 450 HV ตามลาดับ จากค่าความแข็งที่ได้จะ เม่ือผ่านการชุบแข็งทุกจังหวัดจะมีความสามารถในการ สังเกตเห็นได้ว่าค่าความแข็งของมีดโต้จังหวัดสงขลามคี ่า ต้านทานแรงกระแทกลดลงเพราะมีค่าความแข็งเพ่ิมขึ้น ความแข็งเฉลย่ี ที่ตา่ ที่สุด น่าจะมีสาเหตุมาจากการเผามีด และพบว่ามีดโต้จังหวัดน่านมีค่าความต้านทานแรง ก่อนการชบุ แข็งใชอ้ ุณหภูมิต่ากวา่ อุณหภมู ิออสเทไนไทซิง ก ร ะ แ ท ก สู ง ที่ สุ ด ร อ ง ล ง ม า คื อ มี ด โ ต้ จั ง ห วั ด (Austenitizing temperature) หรืออาจจะใช้เวลาใน พระนครศรีอยธุ ยา สงขลา และนครราชสมี า ตามลาดบั ก า ร เ ผ า มี ด น้ อ ย เ กิ น ไ ป ท า ใ ห้ ค ม มี ด เ ป ลี่ ย น ไ ป เ ป็ น ออสเทไนท์ได้ไม่ทั้งหมด การชุบแข็งจึงไม่สมบูรณ์ ทาให้ จากความชานาญของช่างตีมีดท่ีต้องอาศัยการ ได้ค่าความแข็งตา่ สังเกตสีของมีดท่ีต้องสุกแดงก่อนทาการชุบแข็งและ ทักษะการชุบที่คมมีดก่อนท่ีจะชุบลงไปในน้าท้ังเล่ม น อ ก จ า ก น้ี ยั ง พ บ ว่ า แ ม้ มี ด โ ต้ ข อ ง จั ง ห วั ด พระนครศรีอยุธยาจะมีค่าความแข็งหลังการชุบแข็งสูงท่ี สดุ แตก่ ลบั มีค่าความต้านทานแรงกระแทกที่เป็นรองเพียง แค่จังหวัดน่านเท่าน้ัน ทั้งน้ีจะต้องนาผลของโครงสร้าง จุลภาคเขา้ มาร่วมในการวิเคราะห์ผลดังกลา่ วดว้ ย รปู ที่ 6 คา่ ความแขง็ มีดโต้หลังการชุบแขง็ รปู ท่ี 7 ค่าความต้านทานแรงกระแทกของมดี โต้ โครงสรา้ งจุลภาค เนื่องจากผลของการทดสอบสมบัติทางกลค่อนข้าง ชี้ให้เห็นว่ามีดโต้จากจังหวัดพระนครศรีอยุธยามีสมบัติท่ีดี
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 66 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) ที่สุดเม่ือเทียบกับอีก 3 จังหวัด ดังน้ันในการศึกษาและ เฟอร์ไรต์ (Ferrite) บางส่วน โดยที่บริเวณคมมีดจะมี วิเคราะห์ผลทางโครงสร้างจุลภาคจึงลงรายละเอียดมีดโต้ โครงสร้างที่ละเอียดกว่าโครงสร้างท่ีลึกเข้าไปข้างใน ของจังหวัดพระนครศรีอยุธยาเป็นหลักและนาผลของมีดโต้ ซึ่งสอดคล้องกับค่าความแข็งที่ได้ในช่วงระยะ 0.1-1.5 อีก 3 จังหวัดเขา้ มาอภิปรายรว่ ม มิลลิเมตร ท่ีมีค่าสูงกว่าบริเวณอื่นเพราะมีโครงสร้างท่ี ละเอียดกวา่ ที่เปน็ เชน่ น้ี เพราะบรเิ วณคมมดี มคี วามหนา สาหรับภาพถ่ายโครงสร้างจุลภาคในรูปที่ 8 แสดง ท่ีน้อยกว่า การถ่ายเทความร้อนหรืออัตราการเย็นตัวสูง โครงสร้างจลุ ภาคของมดี โตจ้ ากจังหวดั พระนครศรีอยุธยาท่ี กว่า ทาให้ได้โครงสร้างที่ละเอียดมากกว่าภายในซ่ึงมี ผ่านการข้ึนรูปก่อนการชุบแข็ง พบว่า โครงสร้างประกอบ ความหนามากกวา่ ไปด้วยเมทริกซ์เพอร์ไล ต์ (Pearlite matrix) และ รูปที่ 8 โครงสร้างจลุ ภาคของมดี โตจ้ ังหวดั พระนครศรีอยธุ ยาท่ผี ่านการตีขนึ้ รปู ก่อนการชุบแข็ง
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 67 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) รูปท่ี 9 โครงสรา้ งจลุ ภาคของมดี โตห้ ลงั การชุบแขง็ ของจงั หวัดพระนครศรีอยธุ ยา เมื่อนาโครงสร้างจุลภาคของปลายมดี ท้ัง 4 จังหวัด ไม่มโี ครงสรา้ งเฟอร์ไรต์ ทเ่ี ป็นเชน่ นี้อาจเปน็ เพราะผลจาก มาเปรียบเทียบกัน ดังแสดงในรูปท่ี 10 จะเห็นได้ว่า มีดโต้ ความชานาญของช่างตมี ดี ท่ีต้องอาศัยการสังเกตสีของมีด จังหวัดพระนครศรีอยุธยา มีโครงสร้างมาร์เทนไซต์และไม่ ท่ีต้องสุกแดงก่อนทาการชุบแข็งและทักษะการชุบที่คม ปรากฎโครงสร้างเฟอร์ไรต์ ในขณะที่มีดโต้จากอีก 3 มีดกอ่ นที่จะชุบลงไปในนา้ ท้งั เลม่ กลา่ วคอื มดี จากจงั หวัด จงั หวัด ยังคงปรากฏโครงสร้างเฟอร์ไรตใ์ หเ้ หน็ อยู่ น่าน นครราชสมี า และสงขลา อาจจะใชอ้ ุณหภูมจิ ากการ การท่มี ีดจังหวดั พระนครศรอี ยุธยาหลังการชุบแข็ง สังเกตการสุกแดงของมีดไม่สูงมากพอก่อนการจุ่มชุบ กลับมามีค่าความแข็งสูงท่ีสุดและมีโครงสร้างมาร์เทนไซต์ ซึ่งต่ากว่าเส้น A3 ดังแสดงในรูปท่ี 11 ทาให้ยังคงเหลือ
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 68 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) โครงสร้างเฟอร์ไรต์อยู่ โดยจะเห็นได้ว่าปริมาณ แดงของมดี ได้เปน็ อยา่ งดี ทาให้อณุ หภูมกิ อ่ นการจุ่มชุบสูง เฟอร์ไรต์ (พ้ืนท่ีสีขาว) ท่ีเหลืออยู่ของมีดจากจังหวัด มากพอ (สงู กว่าเสน้ A3) จงึ ไม่เหลือโครงสรา้ งเฟอร์ไรตอ์ ยู่ สงขลาจะมีมากทีส่ ุด ซงึ่ สอดคล้องกับผลของคา่ ความแข็ง ในโครงสร้างมาเทนไซต์ ผลดังกล่าวทาให้มีดจากจังหวัด หลังการชุบที่มีค่าต่าที่สุด ต่างจากมีดจากจังหวัด พระนครศรีอยุธยามคี วามความแขง็ สูงที่สดุ พระนครศรีอยุธยาที่ช่างตีมีดมีทักษะการสังเกตการสุก (ก) น่าน (ข) นครราชสีมา (ค) สงขลา (ง) พระนครศรีอยธุ ยา รูปที่ 10 โครงสร้างจลุ ภาคของมีดโตห้ ลงั การชุบแขง็ ทรี่ ะยะ 0.1 มิลลิเมตร จากปลายมีด รปู ท่ี 11 แบบจาลองการจมุ่ ชบุ ที่คมมีดโต้ของจังหวดั นา่ น นครราชสมี า สงขลา (A) และพระนครศรอี ยธุ ยา (B)
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 69 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) สรุปผล พระนครศรีอยุธยา คุณสุทัษน์ วงษ์อินทร์แสง ช่างตีมีดท่ี ชุมชนบ้านฝายมูล ต.ป่าคา อ.ท่าวังผา จังหวัดน่าน คุณ มีดโต้ท่ีผ่านการตีขึ้นรูปก่อนชุบแข็งของชุมชนตี บุญช่วย จอนโพธิ์ ชา่ งตีมีดทีช่ ุมชนบ้านบุ ต.ตลาด อ.เมือง มีดท้ัง 4 จังหวัด มีค่าความแข็งระหว่าง 265-375 HV จังหวัดนครราชสีมา คุณมนูญ พันธุ์นิล ช่างตีมีดชุมชน และภายหลังการชุบแข็งมีค่าความแข็งเพ่ิมขึ้นโดยมีค่า บ้านน้าน้อย ต.น้าน้อย อ.หาดใหญ่ จังหวัดสงขลา และ ความแข็งอยู่ระหว่าง 360–600 HV โดยมีดโต้จังหวัดท่มี ี ขอขอบคุณนักศึกษาสาขาวชิ าวิศวกรรมอุตสาหการ นาย ค่าความแข็งหลังการชุบแข็งสูงสุดได้แก่ จังหวัด อภิลักษณ์ คบทองหลาง นายประดิษฐ์ กุดนอก นายธนะ พระนครศรีอยุธยา นครราชสีมา น่าน และสงขลา ชัย เนียมตะขบ และนายสุภัทรวิทย์ ศรีนอก ในการ ตามลาดบั ดาเนินการทดลองและเกบ็ ขอ้ มลู สง่ ผลใหง้ านวิจยั นี้สาเร็จ ลงดว้ ยดี มีดโต้ท่ีผ่านการตีขึ้นรูปก่อนชุบแข็งมีค่าความ ต้านทานแรงกระแทกระหว่าง 48-119 จูล และภายหลัง เอกสารอา้ งอิง การชุบแข็งมีค่าความต้านทานแรงกระแทกลดลง โดยมี ค่าคา่ อยรู่ ะหวา่ ง 12–62 จลู ซงึ่ เป็นผลจากคา่ ความแข็งท่ี 1. สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และ เพ่ิมขึ้น โดยมีดโต้ของจังหวัดที่มีค่าความต้านทานแรง เทคโนโลยี (สสวท). แหล่งเรียนรู้หมู่บ้าน หัตถกรรมมีด กระแทกหลังการชุบแข็งสูงสุด ได้แก่ จังหวัดน่าน อรัญญิก. [อินเตอร์เน็ต]. สืบค้นเมื่อวันที่ 20 กรกฎาคม พระนครศรีอยธุ ยา สงขลา และนครราชสมี า ตามลาดบั 2558. จาก: http://fieldtrip.ipst.ac.th/ โครงสร้างจุลภาคของมีดโต้ท่ีผ่านกระบวนการตี 2. Rudnicki J., Beer P., Sokołowska A., ขึ้นรูปก่อนการชุบแข็ง โครงสร้างประกอบดว้ ย เพอร์ไลต์ Marchal R. (1998). Low-temperature ion nitriding และเฟอร์ไรต์ โดยที่ปลายคมมีดจะมีโครงสร้างท่ีเล็ก used for improving the durability of the steel ละเอียดกว่าภายใน และเม่ือผ่านการชุบแข็งจะปรากฏ knives in the wood rotary peeling. Journal of โครงสร้างของมาร์เทนไซต์ซึ่งมีความแข็งสูง โดยจะพบ Surface and Coatings Technology. มากท่ีบริเวณคมมีดของจังหวัดพระนครศรีอยุธยา ส่วน 1998;107(1):20–23. อีก 3 จังหวัด ยังคงเหลือโครงสร้างเฟอร์ไรต์อยู่ ซ่ึงอาจ เป็นผลจากทักษะความชานาญและภูมิปัญญาของช่างตี 3. Beer P., Rudnicki J., Ciupinski L., Djouadi มดี ในแต่ละท้องถ่ิน M.A., Nouveau C. (2003). Modification by composite coatings of knives made of low alloy กิตตกิ รรมประกาศ steel for wood machining purposes. Journal of Surface and Coatings Technology. 2003; Vol.174– ทางคณะผู้วิจัยขอขอบพระคุณสานักบริหาร 175:434–439. โครงการส่งเสริมการวิจัยในอุดมศึกษาและพัฒนา มหาวิทยาลัยวิจัยแห่งชาติ สานักงานคณะกรรมการ 4. Michael R. Notis, (2000). The history of อุดมศึกษา ขอบคุณสาขาวิศวกรรมอุตสาหการ และ the metallographic study of the Japanese sword. สาขาวิชาวิศวกรรมวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตร์และ Journal of Materials Characterization. สถาปัตยกรรมศาสตร์ คุณประทีป อุ่นสถาน ช่างตีมีดที่ 2000;45(4):253-258. ชุมชนบ้านไผ่หนอง ต.ท่าช้าง อ.นครหลวง จังหวัด
Research Journal Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Vol 18, Issue 1, 2019 70 ISSN: 1686-8420 (Print), 2651-2289 (Online) 5. Muneo Y., Toshifumi T., Yochihiro M., Tsuyoshi K, Kunichika K., Taisuke H., Shigekazu M., Takuya O. (2013). Study of Japanese sword from a viewpoint of steel strength. Journal of Alloys and Compounds. 2013;577:5690-5694. 6. ณรงค์ศักดิ์ ธรรมโชติ. ผลของกระบวนการอบ ชุบความร้อนท่ีมีต่อโครงสร้างจุลภาคและความแข็งของ ดาบซามไู ร. วารสารวจิ ัยและฝึกอบรม สถาบันเทคโนโลยี ราชมงคล. 2547;11-15. 7. Chandler H. Heat Teacher’s Guide, Practices and Procedures for Iron and Steels. ASM International the Materials Information Society, USA. 1995. 8. Kumar Sinha A. Physical Metallurgy Handbook. McGraw-Hill Company Inc., USA, 2003.
Search
