常用的表面处理介绍总结.ppt

表面處理簡介 表面處理的目的 1 美觀 appearance 2 防護 protection 3 特殊表面性質 specialsurfaceproperties 4 機械或工程性質 mechanicalorengineeringproperties 1 美觀 appearance 為了提高製品之附加價值 賦予製品表面美觀 例如裝飾性電鍍 decorativeplating Au Ag Rh Ni Cr 黃銅等電鍍 electroplating 2 防護 protection 為了延長製品的壽命 再製品表面披覆 coating 耐腐蝕之材料 例如保護性電鍍 protectiveplating Zn Cd Ni Cr Sn等電鍍 3 特殊表面性質 specialsurfaceproperties 1 提高製品之導電性 electricalconductivity 例如電鍍Ag Cu 2 提高焊接性 soderability 在通訊急電子工業應用 例如Sn Pb合金電鍍 3 提高光線之反射性 lightreflectivity 例如太空船 人造衛星的外殼反射光線 Ag及Rh的鍍層被應用上 4 減小接觸阻抗 contactresistance 例如在電子組件之Au及Pd電鍍 4 機械或工程性質 mechanicalorengineeringproperties 1 提高製品之強度 strength 例如塑膠電鍍 2 提高製品之潤滑性 bearingproperties 例如多孔鉻電鍍 porouschromiumplating 內燃機之鋁合金活塞 piston 鍍錫Sn以防止汽缸 cylinder 壁刮傷 3 增加硬度 hardness 及耐磨性 wearresistance 例如硬鉻電鍍 hardchromiumplating 陽極處理 4 提高製品之耐熱性 耐候性 抗幅射線 例如塑膠 非金屬之電鍍 表面化學處理的種類 電鍍幾乎所有金屬材質都可為之陽極處理適用於鋁 鎂 鈦 鋅等金屬化成處理用於鋁 鎂 鐵 鋅等金屬的防銹或塗裝之底層處理鈍化處理適用於不銹鋼防蝕處理無電解電鍍處理幾乎所有金屬非金屬材質都可為之化學拋光 電解拋光適用於鋁 不銹鋼等材質電著塗裝適用於所有金屬及陽極處理表層之最終塗層 電鍍 電鍍之定義 電鍍 electroplating 為一種電沈積過程 electrodepositsprocess 是利用被鍍物當作陰極電極 electrode 通過電流 使金屬附著於物體表面上 其目的是在改變物體表面之特性 外觀或尺寸 借助外界直流電的作用 在溶液中進行電解反應 使導電體的表面沉積一金屬或合金層的方法 稱為電鍍 圖例 陰極主要反應 Cu2 2e Cu陽極主要反應 Cu Cu2 2e 陰極副反應 2H3O 2e H2 2H2O陽極副反應 6H2O O2 4H3O 4e 電鍍原理 鍍層分類 陽極處理 陽極處理的定義 陽極處理 Anodizing 一種利用物件擺至於陽極 當電流通過物件一邊產生溶解反應一邊與發生的氧氣作用產生氧化皮膜的防蝕處理 Astheanodereaction2Al 2Al3 6e2H2O O2 4H 6e4Al3 3O2 2Al2O3 12eAsthecathodereaction2H 2e H2 陽極處理示意圖 鋁合金陽極處理的特性 1 耐腐蝕 金屬的氧化物較金屬更安定 所以更耐腐蝕2 塗裝附著性 可增加與油墨的附著力3 裝飾性 透明度佳且可染色可得非常耐久的各種裝飾性表面4 電絕緣 陽極處理鍍層絕緣性很好並可耐高溫而不改變 應用在電容器 capacitor 工業上5 發射性及反射性 太空 aerospace 電子 electronics 及機械 machinery 等光熱應用上6 耐磨性及硬度 具有耐磨特性 應用在齒輪 gears 活塞 pistons 葉片 fanblade 燃料噴角 fuelnozzles 鋁合金陽極處理的物理性質 Porositydensity陽極孔密度6x1010 cm2Coefficientofthermalconductivity0 16cal cm sec 熱傳導係數Electricalresistance電阻12 13M cmPotentialresistance耐電壓400VFilmthickness膜厚5 20 m normal 30 100 m hardanodizing Porosityratio孔隙率20 30 Hardness硬度200 250Hv normal 400 450Hv hardanodizing Density密度3 18g cm3 20 Heatresistance耐熱溫度300 coefficientofthermalexpansion熱膨脹係數4 5x10 6M 陽極膜的結構 陽極處理與電鍍的差異 同心圓高光鑽切 噴砂 網印 髮絲處理 Logo鑽切 多色陽極 變化多端的陽極處理 蝕刻 無電解電鍍 無電解電鍍的定義 ElectrolessPlating又稱化學鍍乃利用鍍液本身還原反應不藉由通電 使金屬層沉積於活性的被鍍物表面最常見的有化學鎳 化學銅 化學錫 化學金 化學銀等 無電解鎳的特性 皮膜均一磷含量控制於10 以上可達非磁性鍍層熱處理後可達Hv 950硬度高耐磨耗性高耐蝕性低孔隙度可做為原子移轉之擴散遮蔽可焊錫可於非金屬上析鍍可鍍於Ni Cu Fe Co Pd Ag上設備管理容易 化學鎳反應原理 反應機構H2PO2 H2O H HPO32 2HNi2 2H Ni 2H H2PO2 H H2O OH P0H2PO2 H2O H HPO32 H2 主反應 Ni2 2H2PO2 2H2O Ni 2HPO32 4H H2 副反應 4H2PO2 2HPO32 2P 2H2O H2 無電解鎳與電鍍鎳的差異 膜厚 無電解鎳較均一鍍層 無電解鎳之鍍層為鎳磷合金 電鍍鎳則接近純鎳硬度 無電解鎳熱處理後可達接近硬鉻的硬度磁性 無電解鎳可達無磁性鍍層無電解鎳之藥水成本較高 電鍍鎳之設備及人工成本較高 電鍍鎳與無電解鎳鍍層差異 電鍍鎳 無電解鎳 塑膠電鍍 塑膠鍍應用領域 汽車衛浴電子海洋工業器具 首飾業等 樹脂正如眾所周知 它是由丙烯腈 Acrylonitrile成分 丁二烯 Butadiene成分 及苯乙烯 Styrene成分 這 種成分組成 各種成分的作用 丙烯腈 耐熱性 苯乙烯 成形加工性 丁二烯 耐衝撃性它不僅具有牽引力強 抗彎曲剛性 耐衝擊及寬溫度範圍內性能優良等優點 還具有電阻絕緣性 耐藥性 尺寸穩定等優點 因成形性好最適合做為射出成形材料 相反作為缺點 它比聚丙烯的耐熱性要稍差一點 的構造是在 的母體中 這種橡膠成分呈球狀粒子 直徑0 1 1 0 分散其中而成的兩層結構 這種構造的ABS素材經酸性的粗化液浸泡後 接近表面的橡膠粒子有選擇性地被酸化溶解後 素材表面形成無數的微小凸凹 金屬鍍膜充填進這些凸凹的裡面而產生牽引效果 這也能理解為是在ABS表面上鍍層強固密著性的原因 正因如此 分散在AS相中的塑膠粒子的分散狀態 粒子半徑 形狀等都會對電鍍層的密著性產生微妙的的變化 關於ABS樹脂 28 ABS和ABS PC塑膠鍍之優點 與金屬材質比重量更輕 成本更低形狀設計可更趨於多樣化和複雜化 且容易生產無需機械處理如拋光或打磨等可上鍍多種金屬鍍層 獲得想要的金屬質感 29 塑膠鍍流程可大致分為15個步驟 前六步為化學變化過程 目的是在塑膠件上生成最基本的導電金屬層 流程 30 在完成導電之後 下面的九步與金屬底材鍍原理相同 31 上掛 注意事項 上掛時不要扭曲 擠壓或拉伸工件 以免產生應力接觸夾鉗須由不銹鋼或鈦製成接觸夾鉗的形狀至關重要掛具須覆PVC作絕緣應注意工件掛的方向和角度 減少 兜水 給鍍液帶來的損耗 32 粗化 橫截面 黑色球狀的為B部分丁二烯 方法 380g lCrO3 380g lH2SO4 63 70 CABS中聚丁二烯 B 交錯於苯乙烯 丙烯腈聚合 A S 矩陣分佈 鉻酸首先氧化ABS的丁二烯部分 B 形成投錨點 硫酸其次溶解ABS的苯乙烯 丙烯腈 A S 形成投錨點 在表面形成直徑為0 2 m到1 m的凹陷 中和 中和劑用於將清洗水無法清除的殘留六價鉻離子 Cr 6 轉變成三價鉻離子 Cr 3 若鉻離子的殘留狀態是六價鉻狀態 則會影響塑膠表面吸附鈀活化劑因而導致漏鍍 鈀活化劑中帶進的六價鉻離子會氧化錫和錫 鈀膠體 34 SEM掃描電鏡 照片t 10min T 65 C ABS粗化後的表面結構 35 粗化品質控制測試 結合力 控制粗化的溫度 時間和化學濃度決定活性點的化學特性 粗化過少或過多都會影響粘合力 在特殊的ABS或PC ABS測試板上進行預鍍前處理 然後電鍍50 m的光亮酸銅用於粘合力測試 良好的結合力範圍在5 12lbs inch之間 這取決於所使用的樹脂和射出條件 36 由於化學鎳的沉積需要催化 因此首先應在塑膠表面沉積上催化劑 下列金屬可作為鎳沉積的催化劑 鈀鉑釕鈷鎳綜合考慮功效和成本 鈀最為合適 鈀活化 37 膠體鈀在氯化亞錫螯合下吸附到塑膠表面 鈀錫 38 GuardianAutomotive 39 加速 解膠 去除錫膠體 鈀獲得活性 鈀 40 化學鎳 在鈀的催化作用下 在表面沉積化學鎳 基體獲得了導電性 化學鎳 0 5 m 41 7 衝擊鎳 2 5 m 產品 鎳鍍液 瓦特鎳型 增強加固化學鎳鍍層厚度 化學鎳 0 5 m 衝擊鎳 2 5 m 42 8 酸性光亮銅 20 30 m 產品 CUPROSTAR1560 具有延展性的銅可以提高被上鍍元件在溫度變化時的穩定性 可產生光亮 光滑的表面 化學鎳 0 5 m 鎳沖 2 5 m 光亮銅 25 m 電泳 電著 塗裝 定義 電著塗裝是表面處理的一種 是一種很特別的塗裝方式 簡單講就是通電讓塗料均勻的附著於金屬表面 形成一層像烤漆一般的漆膜 學理上來說 亦即被塗物浸於水性塗料中 被塗物與電極間附予電流 由於電氣作用使塗料沈積於被塗物而形成均勻 非水溶性之塗膜 稱為電著塗裝 優點 塗膜均勻 儘管形狀複雜的被塗物 也有均勻的塗膜 被覆性良好 能電著到一般噴塗方式塗裝達不到的部位 如構造物夾和處 並提昇這些部份之耐蝕力 高附著力及防銹性優良 附著力比一般噴塗方式強 不易脫落 且耐鹽水噴霧試驗 不易生鏽 低塗料損失 由於在電著系統中使用UF塗料回收系統 所以能將塗料損失減至最小 不易著火 ED塗料係水性塗料 沒有火災顧慮 良好的塗膜表面 電著產生之塗膜由於僅含少量水與溶劑 所以較少造成流漆 起泡等情形 低污染 由於塗料損失很少且溶劑含量很低 污染較小 缺點 不適於少量多樣產品生產 設備投資成本高 塗料槽開槽成本較高 塗料管理難度較噴漆高 分類 依極性分1 AnionicElectrodeposition AED 陰離子電著 陽極漆 2 CationicElectrodeposition CED 陽離子電著 陰極漆 分類 依樹脂種類分1 環氧漆耐蝕性最佳 耐黃變差 大都為黑色2 丙烯酸 壓克力 漆3 丙烯酸 聚胺酯 PU 漆以上2 3色彩較較鮮明 多用於外觀件 反應 陽極漆產品置於陽極陰極反應2H2O 2e 2 OH H2陽極反應2H2O 4H O2 4e M 金属 Mn e COO 陰離子樹脂 Mn COO nM 析出 反應 陰極漆產品置於陰極陰極反應2H2O 2 OH H2 NH 陽離子樹脂 e N 析出 陽極反應2H2O 4H O2 4e 鋁合金的特性 兩性金屬 化學性活潑易於空氣中生成氧化物 氧化鋁可阻止繼續氧化 鋁純度愈高膜層愈均勻 耐蝕性愈佳 對還原劑易起做用 但對氧化劑則有耐蝕功能 純鋁在濃硝酸下呈鈍態 比重輕 為地球表面存在最高之金屬 且表面處理形態多樣化 工業廣為應用 導電率約為銅的60 熱傳導率為銅的1 2鐵的3倍 無磁性 散熱性佳 鋁合金的分類 銅合金的特性 電導度及散熱係數僅次於銀且價格低廉 常用於電子產品延展性僅次於金 易於塑性加工 但不利切削無磁性 若含0 04 以上Fe則呈順磁性熱膨脹係數高經常作為塑膠電鍍的底層焊錫性極佳緊次於錫鉛 銅合金的分類 C1020無氧銅OFCCu 99 995O2 0 0003特性 電導性 熱傳導性 延展性 擠壓加工性 耐蝕性 耐候性最佳用途 接線端子 銅排 變壓器線圈等高導電材料C1100軔煉銅TCUCu 99 95O2 0 035特性 電導性 熱傳導性 延展性 擠壓加工性 耐蝕性 耐候性均佳用途 電器品 端子 化學工業 散熱模組 建築業 飾品業 襯墊器物等C1220磷脫酸銅DCUCu 99 95O2 0 005P 0 02特性 硬度較高 電導性 熱傳導性 延展性 擠壓加工性 耐蝕性 耐候性均佳用途 洗浴熱水爐 工藝品 建築用材料 化學工業電器端子 表面處理之測試主要的項目 1 鍍層厚度測試 thicknesstests 2 鍍層附著性測試 adhesiontests 3 鍍層硬度測試 hardnesstests 4 鍍層耐磨性測試 abrasiontests 5 鍍層耐腐蝕性測試 corrosiontests 6 鍍層孔隙度測試 porositytests 7 鍍層焊接性測試 soderabilitytests 8 鍍層外觀測試 appearancetests 9 鍍層定性分析 identificationofdeposits 10 鍍層光澤及面粗度 brightnessandRoughnesstests 鍍層厚度測試 鍍層厚度測試有許多方法 一般可分為 1 破壞性測試 destructivetests 2 破壞性測試 non destructivetests 依據鍍層及基材之性質 測試