铝材质表面处理分析与应用.docx

鋁材質表面處理分析與應用(一) by Sallyna表面處(Surface treatment)或稱表面加工(Surface finishing)主要是改變屬或非屬如塑膠等材表面之物、機械及化學性質之加工技術。其目的是使材耐腐蝕、耐磨耗、耐熱、延長材壽命、改善材表面特性(如提高製品導電性等)、增加光澤美觀以提高產品附加價值等。表面處的過程可在屬或塑膠等材表面生成一層保護膜(Protective coating)，依材質可分為無機膜(Inorganic coating)及有機膜(Organic coating)，無機膜包括屬、玻璃、陶瓷材以及用磷酸化或陽極處等程序所得到之化成膜(Conversion coating，係用化學或電化學處，使屬表面生成一種含有該屬成份的皮膜層)，有機膜則包括油漆、樹脂、石、油膏、橡膠和瀝青等。每一種保護膜均有其特性及使用範圍，如陶瓷膜耐熱耐酸但大多質脆能受重大衝擊，陽極處則適用於能獲得緻密具保護性氧化膜之鋁等屬材。鋁金屬的特性(1)鋁是地殼中含量第三多的元素，（前五名是：氧、矽、鋁、鐵、鈣），約佔地殼總重量的7.45%，僅次於氧和矽，比鐵幾乎多了一倍，更比銅多了將近一千倍。(2)密度小，大約只有鐵的三分之一，金屬中密度最小的，非常地輕，和其他金屬製成合金之後，既堅韌又輕巧，因此，廣泛地用作飛機、汽車、卡車等零件和電纜上。(3)鋁的活性大，表面易發生氧化作用，且由於表面產生的氧化物很緻密，會隔絕空氣，故能防止內部金屬進一步被氧化，但這層氧化鋁一段期間後會剝落，因此必須利用氧化鋁的特性，製造一層具有很好機械性能、耐磨耗、抗氧化等特性的保護層，防止鋁材進一步氧化。鎂合金/鋁鎂合金的特性(1)鎂合金(Magnesium Alloy)一般主要元素是鎂，比重大約是1.8，是鋁合金的三分之二、鐵的四分之一，在實用合金中重量最輕，大多使用於控制面上；其加工溫度為攝氏200到350度（華氏400到650度）。易於搬運和處理，適用於各式各樣輕量化需求的攜帶式電子產品；而運用在汽車等運輸機器，其輕量化特性亦有助於節約能源，並減輕CO2排放量。(2)鎂合金與塑膠材料相比，比重雖然較大，但強度較高，可替代鋼、鑄鐵、鋅合金及鋁合金等材料。此外，鎂合金的熱傳導率也相當優越，運用在機器內外部時，散熱效果佳。鋁鎂合金(Aluminium-magnesium alloy)一般主要元素是鋁，再摻入少量的鎂或是其它的金屬材料來加強其硬度。因本身就是金屬，其導熱性能和強度尤為突出。鋁鎂合金質堅量輕、密度低、散熱性較好、抗壓性較強，能充分滿足3C產品高度集成化、輕薄化、微型化、抗摔撞及電磁屏蔽和散熱的要求。其硬度是道統塑膠機殼的數倍，但重量僅為後者的三分之一，通常被用於中高檔超薄型或尺寸較小的筆記本的外殼。而且，銀白色的鋁鎂合金外殼可使產品更豪華、美觀，而且易於上色，可以透過表面處理工藝變成個性化的粉藍色和粉紅色，為筆記本電腦增色不少，這是工程塑膠以及碳纖維所無法比擬的。因而鋁鎂合金成了便攜型筆記本電腦的首選外殼材料，目前大部分廠商的筆記本電腦產品均採用了鋁鎂合金外殼技術。(1)鎂是一種輕質銀白色金屬，在鎂中加入鋁、鋅或者鋁、錳等，就變成一種具較高強度及剛度，且是良好鑄造性能及防震性的輕質合金材料，鋁鎂合金為所有結構用金屬中比重最輕者，近年來3C（Computer、Communication、Consumer Electronics Products）產品輕量化之訴求成為產品行銷的重點之一。缺點鋁鎂合金並不是很堅固耐磨，成本較高，比較昂貴，而且成型比ABS困難(需要用沖壓或者壓鑄工藝)，所以筆記本電腦一般只把鋁鎂合金使用在頂蓋上，很少有機型用鋁鎂合金來製造整個機殼。各種鋁合金的種類鋁材料本身是軟而富延展性的材料，但依用途而添加各種元素而成鋁合金，擠壓加工採用加工性優秀的展伸用合金，依添加元素的種類分為數種合金系如下：1000系鋁：屬於工業用純鋁，加工性、腐蝕性、表面處理性、導電性等優秀，但強度低，用於不要求強度的家庭用品、電器等。2000系鋁：為Al-Cu系合金，又稱杜拉鋁、超杜拉鋁，以2017、2024為其代表，強度不亞於鋼材，可用於飛機用材料，但因含較高的銅，腐蝕性差，用於腐蝕環境時，需考慮腐蝕處理。3000系鋁：為Al-Mn系合金，添加Mn11.5%的3003為代表性合金，不減低純鋁的加工性、耐蝕性，改善強度，廣用於日用品、建材、器物等。4000系鋁：為Al-Si系合金，以4032、4033為代表，4032添加12%Si而抑制熱膨脹率，改善耐磨耗性，又添加1%Cu、Ni、Mg改善耐熱強度，用為鍛造活塞用材料。4043因Si粒子分散，陽極氧化皮模呈灰色，用為大樓建築的帷牆，熔融溫度低可用為熔接用電極線、青銅焊材。5000系鋁：為Al-Mg系合金，耐蝕性、熔接性、表面光澤等優秀，可藉Mg量增減強度，Mg添加少的合金用於裝飾材、高級器物。Mg含量中等者強度中等，但加工性良好，廣用於船舶、車輛、建築。Mg含量多的合金為非熱處理型合金，有高強度，熔接性良好，當成熔接結構材，用於船舶、車輛、化工廠。此系合金耐海水、工業區的污染環境，防蝕處理的必要性減少。6000系鋁：為Al-Mg-Si系合金，乃在金屬間化合物Mg2Si析出過程析出硬化的熱處理型合金，此系合金的強度、耐蝕性良好，熱間加工性優秀，成用為擠壓用合金，6063的擠壓性良好，淬火性也良好，容易製造複雜段面的型材，大量用於以門窗為中心的建築用。7000系鋁：可分為Al-Zn-Mg-Cu系高強度合金與Al-Zn-Mg系熔接結構用合金。Al-Zn-Mg-Cu系合金的代表為超杜拉鋁7075，再鋁合金中有最高硬度，主要用於飛機、運動用品等。Al-Zn-Mg系合金有較高強度，為熔接性及淬火性優秀的三元合金，7N01為其代表性合金，但熔接後的熱影響不呈熔體化狀態，藉自然時效而回復接近母材強度。鋁材質表面處理分析與應用(二) by Sallyna鋁及其合金的表面處理技術表面工業雜誌在鋁的表面處理方法中，陽極氧化稱得上是一種萬能的方法。鋁的陽極氧化是用鋁或鋁合金當陽極，用鉛、碳或不銹鋼當陰極，在草酸、硫酸、鉻酸等溶液中電解。用該方法可得到自然氧化法難以達到的成膜速度。Sallyna簡單說陽極處理與粉體塗裝有何不同？陽極處理即俗稱的電鍍經過時間表面產生鏽蝕氧化物美觀受影響強度不變應用方面：例如小零件螺絲、螺帽等電鍍。粉體塗裝就是粉體烤漆經過時間表面不會產生鏽蝕氧化物鋁合金本身已經完全與空氣隔絕關係應用方面：通常機殼都會用這種處理方式。陽極基本上是利用電解的一些原理，簡單的來講；就是讓鋁的表面毛細孔打開，然後讓染色色彩填入毛細孔中，最後在用一道封口的手續把它封起來，這樣鋁就如同多了一層有顏色的保護膜啦！陽極氧化(anodizing)後手工染色處理封色手續鋁多了一層有顏色的保護膜無論做粉體烤漆或陽極處理，都是保護金屬表面增加其耐久性。染色：鋁材產品依需求，在表面上進行層積著色，此一工序即為鋁材染色處理，根據鋁材進行陽極處理後，而形成之氧化膜的厚度，進行各類染料之吸收層積，即可獲得所要求顏色色澤。陽極處理陽極處理技術，是在鋁及其合金經由鑄造(casting)或擠型(extrusion)所製成的物件上，做發色及保護膜的一種過程，這一層保護膜，能讓鋁材耐候抗氧化經久耐用。六合鋁業的基本氧化膜厚皆符合CNS標準，並經封孔處理，耐蝕性可達50秒以上。烤漆則是再加上一層具有耐鹼耐酸之電著塗料(簡稱ED)，厚標準則為7m以上。粉體塗裝將溶劑樹脂塗料改為粉狀(Powder)經靜電噴槍讓塗料帶靜電荷附著於物件表面，經烘烤完成。鋁材噴砂噴砂技術是以高速強迫不鏽鋼砂通過摩擦鋁材表面，塑造表面霧化的過程並產生新的氧化膜，去提高鋁材的抗氧化能力。這是一種破壞性的加工方式，利用細小的金屬顆粒對金屬表面衝擊，讓表面產生像顆粒化般的凹陷。噴砂是陽極前的另一項加工處理，因此噴砂後的鋁料還需要經過陽極電鍍或上色。陽極處理：電鍍(陽極處)陽極處為表面處工法之一種陽極處理這一項大家會較常聽到，其主要的目的是由於一般鋁合金很容易氧化，氧化層雖有一定鈍化作用，但長期曝露之結果，氧化層仍會剝落，喪失保護作用，因此陽極處理的目的即利用其易氧化之特性，藉電化學方法控制氧化層之生成，以防止鋁材進一步氧化，同時增加表面的機械性質。提供耐腐蝕（金屬的氧化物較金屬更安定,所以更耐腐蝕）、美觀（用不同鋁合金來陽極處理，亦可做上色工作）以及提高耐磨性（若採用低溫硫酸電解液來做陽極處理，可產生非常堅硬的陽極鍍層，具有耐磨特性。鋁鎂合金陽極處理之使用目的：美觀、耐磨耗、耐電壓、耐高溫、耐腐蝕、具金屬導電/熱特性、具陶瓷耐高溫/腐蝕及絕緣特性。影響陽極處理皮膜品質因素：鋁材雜質含量、機械加工、電流、電解液、其他。陽極處理通常只針對鋁材，但壓鑄鋁不能陽極處理。因為鋁壓鑄件的雜質成份較高，無法用陽極處理，會在酸洗時整個變黑掉。Sallyna要提醒您，如果手把（為鑄造品）鋁鑄品是無法陽極鑄造的鋁合金經陽極處理後表面呈現暗灰色，壓鑄品要做電鍍處理會出現凹點或凸點的狀況機會很高，即使你在拋光之後 表面殘留的小孔仍是難以用肉眼看出。陽極處理皮膜檢測方法：膜厚、渦電流接觸式檢測、抗電壓測試、微硬度測試、鹽霧試驗、熱龜裂測試、硝酸滴定測試、表面粗度量測、顏色分析。陽極處理程序步驟：工件 脫脂 水洗 化學光澤 水洗 脫漬 水洗 陽極處 水洗 封孔 水洗 乾燥陽極處概述：陽極處是一種使色澤能滲入物塊層的加工方式，其製程是於電解槽中，將屬(大部分為鋁或鋁合)工件置於陽極，施加一定電壓與電，促使工件表面形成附著好的氧化層。由於一般鋁合容氧化，氧化層雖有一定鈍化作用，但長期曝之結果，氧化層仍會剝，喪失保護作用，因此陽極處的目的即用其氧化之特性，藉電化學方法控制氧化層之生成，以防止鋁材進一步氧化，同時增加表面的機械性質，另一方面藉同化成反應，產生各種色澤(發色)增進美觀。陽極處應用廣泛，包括3C產品、建築物鋁帷幕、鋁門窗、影印機抄紙滾桶、軍事武器等以鋁或鋁合為材質者多會使用。陽極處分類：陽極處理有分鋁合金陽極(Aluminum anodizing)、鎂合金陽極(Magnesium anodizing)、鈦合金陽極(Titanium anodizing)、陶瓷陽極(Ceramics anodizing)等。陽極處的好處：1.耐腐蝕(corrosion resistance)2.塗裝附著性(paint adhesion)3.裝飾(decorative appearance)4.耐磨性(abrasion resistance)它可應用在不同的產業，例如汽機車工業、航太工業、船舶工業、光電科技工業、微機電工業、資訊工業、醫藥工業、骨科移植、衛星通訊工業等等。而當中的陶瓷陽極更可以把陶瓷薄膜調控其金屬性、半導性、絕緣性等並製作成薄膜電子元件。電鍍鎳Nickel:電鍍為一種電解過程，提供鍍層金屬的金屬片作用有如陽極，電解液通常為鍍著金屬的離子溶液，被鍍物作用則有如陰極。一般泛指以電解還原反應在物體上鍍一層膜。且由於電鍍表面具有保護兼裝飾效用；故廣被應用。然而電鍍金屬為鎳還提供其他特性，諸如高導電性、高度光反射性或降低毒性。噴砂機Sand blasting:噴砂(Sand Blasting)處理金屬表面，原理是將加速的磨料顆粒向表面撞擊，而達至除銹、去毛刺、去氧化層或作表面預處理等，能改變表面的光潔度和應力狀態.電腦銑段差CNC(Computer Numerical Control):適用於各種廣告、模具、模型、禮品、木工、建築、紙箱印刷等產品加工製作，並可對壓克力、PVC板、木板、雙色板、塑鋁板、ABS板、合成大理石、玉石、橡皮、金屬、等材料加工和立體雕刻。鐳雕機Laser marking:系統可進行圖案，LOGO，文本等任意信息的標記，具有標刻圖案精細美觀，永不磨損，更可以隨意控制打標的深度.點膠機Gluing:運用三維圖像檢測處理，實現點膠針頭的高度、點膠位置及模式的自動控制，並對點膠量進行監控。應用範圍:用於硬盤磁頭、電子、半導體和光通信等產品裝配生產中的自動點膠。熱壓機Hot pressing:運用高溫及加壓技術控制各工件間的間隙穩定度。鉚合機Riveter:加工時沖頭不轉動，每次的加工穩定，固定或活動鉚合均佳。鐳焊機Laser solder:以雷射技術克服電阻點焊接的焊點面缺點(僅單面有痕跡)，加工速度快、焊件強度更高。髮線機Hair line:利用砂帶來處理物體表面，使其表面呈現出如髮絲般又細又直的線條。適用於髮線的物品包括：鋁製品、白鐵製品。粉體烤漆鋁圈粉體烤漆烤漆是一種表面被覆處理的工藝，它與鍍層被覆及陶瓷被覆相比，在特性和用途上既有共同點，又有差異之處，而在應用的廣度上，烤漆則是三者中居於首位的。1.功效-烤漆的功效就是使塗料的潛在功能轉變成為實際的功能，使工業產品能得到預期的保護和裝飾效果，以及某些特殊的效能。2.三個要素-為了保證產品的塗飾品質，使形成的塗膜能達到設計的技術要求，以獲得產品最高的經濟效益，則必須嚴格掌握塗飾的技術要素。在塗飾工程中，直接影響塗膜品質的是塗料(塗料的品質高，且配套性良好，這是獲得優質塗膜的基本條件)、塗飾技術(塗飾技術(包括塗飾設備和塗飾環境等)是獲得優質塗膜的必要條件) 和塗飾管理(塗飾管理是確保工藝規範的實施，從而達到塗飾目的和獲得優質塗膜的重要條件，在採用機械化和自動化程度較高的現代工業產品塗飾中，嚴格的科學管理更顯得十分重要。)塗膜品質、塗飾技術、塗飾管理這三個要素。Hi-Fine Ceramics高精密陶瓷(陶瓷烤漆)錶帶表面是用高精密陶瓷烤漆所處理陶瓷烤漆特性：1.耐磨性：硬度高達4H以上，不易刮傷。2.耐候性：測試在-20(2hr)+80(2hr)七個冷熱循環，無龜裂現象，符合在台灣廚房高溫，煎、炒、油炸之特性。3.耐熱性：水溫40下浸泡300小時，無光澤變化。4.耐水性：從防潮底材到六面全包覆式多層次噴塗，防水性特佳。5.可修復性：擦傷、碰傷可手工研磨回復，較嚴重者可回廠再次整理。6.環保性：各項材料之原物料均通過國際各項環保安全認證。7.選擇性：顏色可多變化，滿足客戶最大的需求。以上各項特性符合1.美觀2.好整理3.持久性4.無毒環境等基本速求陶瓷烤漆應用範圍：陶瓷由於其耐高溫(約1,4001,500)、高壓、抗強酸、強鹼、耐磨損等特性，廣泛應用於半導體、光電業、化工、電機、金屬、通訊、機械、醫療、電氣、及日常生活等相關產業，範圍非常廣泛。增加樹脂：(1).噴漆：前處理-噴漆-烤乾(2).烤漆：