解析电镀-镀层的腐蚀与防蚀.doc

解析电镀-镀层的腐蚀与防蚀1.腐蝕的概念:在一般人的觀念,腐蝕就是指生銹,或者腐蝕就是氧化造成的,其實並不那麼單純.鋼鐵及其合金的腐蝕現象才能稱之為生銹(生鐵銹),而單純的氧(或者是單純的水)是無法腐蝕金屬的.環境是造成金屬腐蝕的最大因素,人們常接觸的環境就是大氣,即使單純的大氣也因鄉村.都市.工業區.沙漠.寒帶.熱帶.海上(海邊)等而有很大的差異,進而影響腐蝕的速率,空氣中引起的腐蝕的主要成分為氧氣,水氣和有害雜質.金屬在大氣中的腐蝕過程是一種電化學過程,當大氣中水氣附著在金屬表面形成薄薄的水(成為電解液),如果再吸收大氣中的氧及有害雜質(如SO2,CO2,Cl-)以後,就會使金屬的電化學腐蝕加速的進行.因此金屬在乾燥的空氣中是不會有腐蝕作用的,以及金屬在沒有氧的水中也不會有腐蝕作用.2腐蝕的形態: 絕大部分金屬的腐蝕進程均有電子的移轉行為,因此可以視為一種電化學反應,腐蝕性的分類法很多,在此就以Fontana式的分類四,來簡單說明其八大腐蝕形態.(如附圖)1)均勻腐蝕:這是最簡單的一種腐蝕,金屬表面出現一層均勻的腐蝕產物,一般鋼鐵在大氣中的生銹均屬於均勻腐蝕.2)伽凡尼腐蝕:或稱之為異種金屬腐蝕,兩種不同金屬偶和接觸時,化學性質活潑的金屬會加速腐蝕,惰性比較大的的金屬則減慢腐蝕,如電鍍層所產生的腐蝕就是屬於此類.3)間隙腐蝕:金屬的間隙處因滯留不通,缺少氧氣,形成氧濃度差電池,特別容易腐蝕,如鋼管凸緣和墊圈接觸的地方,如果有鹽滲入,則間隙腐蝕會加速惡化.4) 孔穴腐蝕:簡稱孔蝕,他發生在鈍化金屬,(如不銹鋼),在氯離子溶液中(海上或者海邊)會發生極度集中的腐蝕,在表面形成四處散佈的孔穴,原因一是氯離子半徑很小,很容易穿過保護膜(氧化膜)造成腐蝕,其二氯離子的水和能很小,容易被金屬吸附,阻礙金屬與氧化劑的作用.5)晶界腐蝕:金屬晶界附近的化學活性比較強,因此容易發生腐蝕.如金屬焊接處因受高溫而原有晶格重排.6)選擇性侵蝕:合金中的某一元素被選擇性的侵蝕,通常是化學性質活潑的成分被淬取出來,如黃銅為鋅銅合金,在一般水溶液環境,其中的鋅因腐蝕而單獨析出.7)沖磨腐蝕:金屬在流動的腐蝕環境中,因為衝擊而產生的加速腐蝕結果.如金屬管的轉彎道處.8)應力腐蝕:當應力與腐蝕同時存在,金屬將會逐漸在達到斷裂之前提早破裂.如振動的振幅是一種應力的存在,它會加速腐蝕的進行.腐蝕的因素:所以對電鍍層的腐蝕可以說大部分為伽凡尼腐蝕效應所致,然而在電鍍層的抗腐蝕的高低則決定于下列四項要素:1.)第一項為鍍層本之化學性質.如果鍍層的活性比底層大,則鍍層本身易受腐蝕.2)第二項為鍍層只厚度.鍍層只抗蝕性常為鍍層厚度之線性函數.鍍層厚度越厚 抗蝕性越好.3)第三項為鍍層的孔隙度.鍍層雖然為一肉眼觀這完整密緻的金屬膜.但是放大觀之.仍有許多裂縫孔穴。4)第四項為鍍層身處的環境。再小的，再少的孔隙度的鍍層，再厚的鍍層，若遇上惡劣的環境(潮濕，氧氣，游離酸霧等)，一樣也抵擋不了腐蝕。4.連接器電鍍的腐蝕：在連接器的電鍍中經常見到的電鍍規格有：(1)銅合金(黃銅，磷青銅)/ 鍍鎳(2)銅合金(黃銅，磷青銅)/鍍鎳 /鍍金(3)銅合金(黃銅，磷青銅)/鍍鎳 /鍍錫鉛(4)鐵材 / 鍍銅 / 鍍鎳(5)鐵材 / 鍍銅 / 鍍錫由附表可知，在(1)項中銅合金為陽極會被腐蝕。在(2)項中銅合金為較陽極會被腐蝕，因由於比(1)項中多鍍一層金，而加大電位差，所以腐蝕速度更加快(特別是鍍薄金)。在(3)項中錫鉛為較陽極會被腐蝕。在(4)(5)項中鐵材為較陽極會被腐蝕。5.如何防蝕：由於電鍍規格乃為無法改變的事實，我們就針對制程上，環境上提出一些治本治標的方法，作為參考。(1)如何降低孔隙度：1.降低電流密度。在合適的電流密度與產速作一平衡調整。也就是說若希望快速生產下必須加長電鍍時間(電鍍槽長)，儘量少用極高電流密度。2.加電鍍時間的攪拌能力，降低針孔發生率，或適時添加適量濕潤劑。3.用脈衝整流器，讓鍍層結晶顆粒細緻，孔隙縮小。4.間鍍層電鍍膜厚在規格範圍內(如鎳)，儘量電鍍在上限膜厚。5.用有機薄膜的封孔劑(因考慮電接觸性能)，建議使用非水溶性的封孔劑，因日後阻絕水分能力較強。(2)如何加強環境：1.電鍍完成後，務必用純水清洗乾淨(特別是在強酸電鍍流程)，必要時可以搭配切水功能及使用超純水。2.生產後儘量不要用手直接接觸鍍層。因為人的手有汗液，汗液中除水分外，還有鹽類，鉀鈣鎂，尿酸，尿素，液體脂肪，乳酸，檸檬酸等的混合液，當汗液與鍍層表面接觸時，會在金屬表面形成汗膜，對金屬起電化學腐蝕，若工作中無法避免手接觸，則建議每隔兩小時以肥皂清洗一次，並且擦拭乾燥，或者塗上生物手套，以便暫時控制汗液的分泌。3.電鍍後的製品應立即撤除電鍍現場(車間)。因為電鍍現場的酸氣。濕氣，溫度都相當高，會加速鍍層的腐蝕。4.儲存，檢驗電鍍品的環境，應隨時保持恒溫，低濕度，乾燥的空氣。裝設空調，除濕機，防止灰塵進入，因為灰塵中含有大量的碳，容易吸收 空氣中的二氧化硫，加速腐蝕。一般常用金屬在海水中的伽凡尼腐蝕電位順序 活性度 純金屬的標準電極電位Platinum 惰 性 或 陰 極 活 性 或 陽 極AuAu+ +1.680VGold AuAu+3 +1.498VGraphite PtPt+2 +1.200VTitanium PdPd+2 +0.987VSliver AgAg+ +0.799VChlorimet 3(62-Ni，18-r，18-Mo) HgHg+2 +0.789VHastelloyC(62-Ni，17-Cr，15-Mo) CuCu+ +0.520V18-8 Mo stainliss steel(鈍化) CuCu+2 +0.337V18-8 stainliss steel(鈍化) AsAs+3 +0.300VChromium stainliss steel 1130% Cr(鈍化) BiBi+3 +0.200VInconel(鈍化)(80-Ni，13-Cr，7-Fe) SbSb+3 +0.150VNickel(鈍化) H2H+ 0.000VSliver solderMonel(70-Ni，30-Cu) FeFe+3 -0.040VCupronickels(6090Cu，4010-Ni) PbPb+2 -0.126VBronzes(Cu-Sn) SnSn+2 -0.136VCopper NiNi+2 -0.250VBrasses(Cu-Sn) CoCo+2 -0.277VChlorimet 2(66-Ni，32-Mo，1-Fe) TlTl+ -0.336VHastelloy B(60-Ni，30-Mo，6-Fe，1-Mn) InIn+3 -0.340VInconel(活化) CdCd+2 -0.402VTin FeFe+2 -0.441VLead CrCr+2 -0.560VLead-Tin Solder CrCr+3 -0.740V18-8 Mo stainliss steel(活化) ZnZn+2 -0.762V18-8 stainliss steel(活化) MnMn+2 -1.180VNi-Resist(high Ni cast iron) AlAl+3 -1.662VChromium stainliss steel 13% Cr(活化) MgMg+2 -2.363VCast iron NaNa+ -2.714VSteel or iron CaCa+2 -2.8