金属表面处理技术介绍2015

1、,金属表面处理技术介绍 -工业设计部,铝合金： 冲压,不锈钢: 冲压,喷砂、拉丝、蚀刻、NIL、阳极氧化,喷砂、拉丝、NIL 、ED、PVD,金属材料工艺概况,铝合金： 锻压铝挤,喷砂、拉丝、阳极氧化,铝合金： 压铸,阳极氧化、喷漆,不锈钢: 锻压压铸,PVD,粉末冶金:,PVD,喷砂,拉丝,NIL,阳极,铝合金表面处理,铝合金 表面处理技术,铝合金表面处理,1.喷砂制程介绍,喷砂制程,喷砂机,示意图,喷砂参数控制系統,喷砂制程,喷砂机,铝合金表面处理,喷砂定义：喷砂是用机械或净化的压缩空气，将砂流强烈地喷向金属制品表面，利用磨料强力的撞击作用，打掉其上的污垢物，达到清理或修饰目的的过程； 喷

2、砂用途： 1、除掉零件表面的锈蚀、焊渣、积碳、旧油漆层、油污等； 2、除去铸件、锻件或热处理后零件表面的型砂及氧化皮； 3、除去零件表面的毛刺或方向性磨痕；4、降低零件表面的粗糙度，以提高油漆和其它涂层的附着力；5、使零件呈漫反射的消光状态； 喷砂种类： 喷砂分干喷砂和湿喷砂两种。,干喷砂： 干喷砂加工的表面较为粗糙，干喷砂分机械喷砂与空气压力喷砂两种类型，采用的喷砂机有自流式、离心式、吸入式和压力式等,生产上常用的是吸入式和压力式为主。 干喷砂砂型：干喷砂常用的砂料是氧化铝砂（含天然和人造两种）、石英砂（二氧化硅）、铁砂、碳化硅（人造金钢砂）等。以采用铝钡土（氧化铝砂）为最好。因其不易粉化，

3、劳动条件好，砂料还可以循环使用。碳化硅砂虽也有上述优点，但因过于昂贵，很少使用。国内应用最多的还是石英砂。它虽易粉化，但有不污染零件的优点。,喷砂制程,湿喷砂： 湿喷砂是在砂料中加入定量的水，使之成为砂水混合物，以减少砂料对零件表面的冲击作用，从而减少金属材料的去除量，使零件表面更光洁。 湿喷砂类型：湿喷砂通常有雾化喷砂、水-气喷砂和水喷砂三种类型，生产上最适用的是水-气喷砂。,喷砂制程,铁砂,砂粒有很多番号，例如：80#、100#、120#. 番号越小砂粒颗粒越粗，因此噴出的沙面效果越粗糙 砂粒循环使用会损耗变细，达到一定程度需要通过一层层筛网，过滤后再投入使用,砂粒过滤,100#,120#

4、,喷砂制程,喷砂制程,喷砂參數： 1、砂型番号 2、喷砂压力（單位： KG） 3、输送帶速度（單位：HZ ）,影响砂面的粗細 影响砂面的深淺 影响砂面的密度,检验： 可通过粗糙度仪進行检验，同塑胶件普通咬花相似。重点数据：Ra、Rz、Rpc,标准板,样品,标准板,样品,铝合金表面处理,2.拉丝制程介绍,拉丝机,示意图,拉丝制程,尼龙卷紧轮,尼龙飞翼轮,1、尼龙轮有从小到大的多种番号，例如：80#、100#、120#. 此 番号为尼龙轮内所含沙粒的粗细番号，而非尼龙轮表面粗糙度 2、番号越小所含沙粒越粗，因此拉出的丝纹越粗。长直较深丝纹一 般常用卷紧轮，短碎较浅丝纹一般常用飞翼轮,拉丝制程,拉丝

5、参数： 1、尼龙轮番号 2、尼龙轮转速（单位：HZ） 3、尼龙轮压力（单位：A 或 KG） 4、输送带速度（单位：HZ 或 米/分钟）,影响丝纹的粗细 影响丝纹的长短比例效果 影响丝纹的深浅 影响丝纹的長短比例效果,举例： 1、尼龙轮番号、压力一定。输送速度保持不变，转速越快，丝纹越长直效果；转速越慢，丝纹越 短碎效果 2、尼龙轮番号、输送速度、转速一定。压力越大，丝纹越深；压力越小，丝纹越浅（如图）,上限（深） 压力：3.6KG,下限（浅） 压力：2.8KG,拉丝制程,铝合金表面处理,3.NIL制程介绍,NIL制程,NIL | Nano Imprint Lithography (纳米压印光刻

6、技术) NIL的基本思想是通过模版，将图形转移到相应的衬底上，转移的媒 介通常是一层很薄的聚合物膜，通过辐照方法使衬底表面结构硬化从 而保留下转移的图形，整个过程包括油墨印刷和压印两个过程。,NIL制程特点,1、相对阳极制程，NIL制程环保、污染小、工序简单； 生产能耗小，颜色丰富； 2、不同角度观看，产品光泽及图案视效变化丰富； 3、精炼的触觉感受；,NIL Process Instruction,鋁板 or SUS,第一次上光 透明介质层(媒介 印刷一 & 铝板加强附着力) 滚轮上色 膜厚約2-3um, 120180_30min,印刷一 白色or灰色or其他颜色涂层，膜厚约2-3um 顏色

7、易受最终外观颜色决定 滚轮上色 120180_30min,印刷二 颜色层的底色层，膜厚约2-3um, 滚轮上色 銀粉跟珍珠粉依具体状况是否在此层添加,第二次上光 透明介质层(媒介 UV胶&印刷三加强附着力) 滚轮上色 120180_30min,UV 胶（约20，pattern及触感）+压印(影响光泽度主要涂层) 受母版所翻子版表面品质影响光泽 採用子版滚轮压印,印刷三 (主色层，也是決定金属层次感的”关键”涂层) 颜色层的面色层，銀粉跟珍珠粉都会设计在这层 膜厚約2-3 um, 120180_30min 滚轮上色 銀粉颗粒有可能因為过滤不均造成颗粒狀分布在表面,若顏色底色确定，大批量前处理需完

8、成到印刷二后，先確认首件，再整批往后制作,影响 :顏色/光泽/金属感 关键的三个涂层,NIL Layers Analysis,滚轮上色工站 第一次上光 印刷一 印刷二 印刷三 第二次上光,铝板采用滚轮前进(人工进板),NIL Rolling Print Process,AL+前处理到上光二,UV胶,PET子版(透明，约2.5mm) 由母板翻出，表面转印Patten； PET材质较软，通过表面涂UV胶， 贴附于有pattern母版上以转印pattern。,滚轮水平前进,滚轮水平退回,UV胶压印完成后经UV Curing后固化,NIL Imprint Process,紫外线照射,压印PET 子板介

9、绍,紫外线照射,UV胶,PET材料(透明，约2.5mm),母版（表面处理出Pattern） -不锈钢（喷砂&蚀刻） -铝板（发丝&雷雕）,PET子板,合模,脱模,UV胶固化产生pattern,NIL VS IMR VS Anodize,铝合金表面处理,4.阳极制程介绍,阳极制程,阳极概要 流程 原理 特点 总结,纲要,将金属或合金的制件作为阳极，采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。例如铝阳极氧化，将铝及其合金置于相应电解液(如硫酸、铬酸、草酸等)中作为阳极，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。阳

10、极的铝或其合金氧化，表面上形成氧化铝薄层，其厚度为530微米。阳极氧化后的铝或其合金，增强了抗腐蚀性能。氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂，适合制造发动机气缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力强可着色成各种美观艳丽的色彩。 一般来讲阳极都是用铝或者铝合金当作阳极，阴极则选取铅板或铝板，把工件（阳极）与铅板（阴极）一起放在水溶液，这里面有硫酸、草酸等，进行电解，让工件（阳极）的表面形成一种氧化膜。在这些酸中，最为广泛的是用硫酸进行阳极氧化。,阳极概要,阳极重要工序介绍,阳极重要工序介绍,说明：操作溫度50-70 , 時间1-3分钟. 目的：除去加工产品表面油污杂质，金属毛剌金属氧化物等，给

11、阳极 氧化着色打好基础。 原理：利用有机溶剂对油脂的溶解作用进行脱脂,阳极重要工序介绍,说明：操作溫度45-55 ,时间30秒-120秒. 目的：将工件表面的金属毛剌金属氧化物等氧化层去除,使其裸露纯净 的金属基体，利于阳极膜的生成并获得高质量的膜层。,阳极重要工序介绍,说明：使用硝酸, 时间30秒-120秒. 目的：除去碱蚀性后留在产品表面上的残留物。,阳极重要工序介绍,说明：操作溫度80-100 ,时间15秒-120秒. 目的：对工件表面进行化学抛光增加光泽,由此決定阳极后之光泽度。,阳极重要工序介绍,1、两酸化抛： 硫酸+磷酸=1：4，温度：95-105，时间：15- 30秒，生产过程中

12、铝离子含量越来越高，化抛效 果越来越差，化抛时间越来越长，这种工艺对基 材损耗相对较大。 H2SO4比重：1.84g/ml H3PO4比重：1.65g/ml 作用：使金属表面达到光亮效果，一般亮度。 2、三酸化抛： 硫酸+硝酸+磷酸=9：6：85，温度：90-110 时间：15-120秒，这种工艺对基材损耗相对较 小，出光快而好，本工艺对铝离子含量较敏感， 铝离子低，表面有小而密的麻点出现。铝离子含 量高出光慢，无晶亮感，槽液保持清洁无油污， 槽液表面有油污，会粘在产品上造成油泡。 作用：使金属表面达到境面效果，出光快、亮。,阳极重要工序介绍,说明：使用硫酸,操作溫度21,180克-220克每

13、升.时间25-60分钟. 目的：透过通直流电，加速铝合金的氧化膜生成，将工件表面转化 为一层氧化膜，这层具有防护性装饰性&保护性等,阳极重要工序介绍,铝合金阳极处理氧化膜模型图,说明：使用染料,操作溫度.常溫55,时间:5秒-600秒依照客户标准颜色定. 目的：依据客戶顏色要求,生产出光鲜亮丽的顏色 优点：工艺简单、控制容易、效率高、成本低、设备投资少、着色色域宽、 色泽鲜艳 缺点： 1. 大面积制品容易出现颜色不均匀 2. 着色后清洗、封孔不当或受到机械损伤时易脱色，着色膜的耐光性相对 较差,阳极重要工序介绍,说明：使用封孔劑,操作溫度85 -95,时间8分钟-15分钟. 目的：提高铝件质量

14、和染着色牢固，着色后必须将氧化膜层的微细孔隙予 以封闭，经过封闭处理后表面变的均匀无孔，形成致密的氧化膜. .防止阳极氧化膜外观变色。 .提高阳极氧化膜耐磨性。 .最大限度的提高阳极氧化膜的耐腐蚀性能。 .使染色氧化膜的退色降到最低限度。 .提高阳极氧化膜的抗侵蚀能力。 .提高阳极氧化膜的电绝缘性能，特别是潮湿环境的绝缘性。,阳极重要工序介绍,说明：操作溫度95,產品下掛後放置於烘烤線進行烘乾。 目的：将工件表面的水份烘干。,阳极重要工序介绍,1. 质轻耐用 2. 耐候性佳 3. 可染色具备美观的装饰作用 4. 阳极皮膜亦可作为涂装的打底 5. 具高电阻值 6. 耐磨性高,阳极制程特点,铝合金

15、表面处理,5.蚀刻制程介绍,蚀刻铝材,適合蝕刻陽極處理之材料,常見適用於蝕刻陽極之鋁材為AL 1系列(1050/1070)與5系列(5052), 因應不同的外觀需求選擇不同物性之鋁材。 一般來說,1系列屬於鏡面材, KAQB0機種設計值為低光陽極色澤,不列入此次應用,蚀刻介绍,蝕刻技術(Etching Technology) 蝕刻技術(Etching Technology)是使用化學藥劑對金屬進行化學反應進而移除表層結構的應用技術； 利用印刷遮蔽保留區塊，其餘面積利用腐蝕性的蝕刻藥水對素材進行連續沖蝕，讓圖紋達到似浮雕般 的深淺效果；其多半應用于金屬材表面特殊圖紋設計，或特殊喇叭孔造型。 依據

16、其腐蝕面積，可區分為半蝕刻及全蝕刻兩種應用： 半蝕刻，又稱單面蝕刻，運用在單方向的圖紋腐蝕，減蝕深度與蝕刻時間成正比，可達到較具深度感 的浮雕效果。 全蝕刻，又稱蝕穿，常運用於喇叭孔設計，與半蝕刻不同為製程上需進行雙面蝕刻，以達到蝕穿、簍 空的效果。,Ink,Metal,蝕刻液,蚀刻流程,蝕刻流程 主設備為前處理機+壓膜機+曝光機+顯影機+蝕刻機+去膜機, 蝕刻前置作業之印刷,曝光,顯影工站為影響蝕刻成效,以下分為幾點進行說明:,Printing & Spraying Ink,塗佈感光油墨的方式分為乾式製程&濕式製程兩種 1.乾式製程(Dry process) 壓乾膜 利用捲對片的方式將感光膜

17、覆膜於版材,因感光膜為整捲來料,又稱壓膜。 2.濕式製程(Wet process) 塗濕膜For KAQB0 塗佈手法分為印刷與噴墨兩種,塗佈流程與一般印刷相同：印刷烘烤靜置 (如為雙面蝕刻需印刷兩次)手法相同：印刷烘烤靜置印刷烘烤靜置 感光油墨本身具有耐酸鹼特性,蝕刻製程中需進行一連串化學反應程序,應採用 附著性佳、品質穩定的油墨來源,避免化學反應中油墨變異造成外觀不良。 感光油墨的塗佈作業會影響後續蝕刻圖紋成效,作業環境需在無塵室黃光區進行,Ink,Metal,Printing & Spraying Ink 塗佈感光油墨,於黃光區進行工作,Ink,Metal,Ink,雙面印刷 (for雙面

18、蝕刻),單面印刷 (for單面蝕刻),蚀刻流程,铝合金表面处理,Ink,Film,UV,Metal,UV Exposure,於黃光區進行工作,UV Exposure 曝光,塗佈好的感光油墨,需經由曝光製程固化所需圖形。 塗佈好感光油墨的素材，透過菲林片將所需紋路曝光於素材上， 經由UV光照射形成固化。當感光膠遇上“UV紫外線”就會產生光 聚合作用，目的是張產生了光聚合作用的感光膠固體化。 曝光後的塑材呈現產品的紋路，但不清晰，外觀不良在曝光製程無 法進行檢驗，需透過顯影才能檢測外觀狀態。 感光油墨的塗佈作業會影響後續蝕刻圖紋成效,作業環境需在無塵室 黃光區進行。,铝合金表面处理,經菲林遮蔽的紋

19、路無法曝光固化感光油墨,所以固化所需圖形,Developing,Metal,Ink,顯影劑,Developing 顯影,入料顯影水洗全乾(吸乾+吹乾+烘乾)出料 曝光好的素材，經由顯影劑確認印刷紋路。 顯影線為流水線設備，透過溫度與顯影劑將感光油墨顯現於素材上。 管控條件：時間(流速) 、顯影液濃度及溫度條件,於黃光區進行工作,經顯影過的樣品,铝合金表面处理,Etching 蝕刻,入料蝕刻水洗全乾(吸乾+吹乾+烘乾)出料 蝕刻線分為立式與臥式兩種設備, 立式採浸泡式,將工件吊掛於掛具,控制每批槽液浸泡時間, 臥式採流水線,線內採噴盤設計,蝕刻液經由噴嘴連續沖蝕工件以達到腐蝕效果, 噴嘴透過壓力

20、條件均勻沖蝕工件,同時採定時噴水防止蝕刻藥液在製程中斷產生結晶。 蝕刻深度主要取決於時間(流速) 、蝕刻液濃度及溫度條件。 蝕刻過程中，蝕刻藥水隨著時間與蝕刻數量慢慢老化，蝕刻液濃度比會逐漸下降,必須 定時進行濃度添加。 蝕刻液主要分為氯化鐵 氯化鈉AL 全蝕刻於臥式流水線作業需進行兩面蝕刻，兩面蝕刻液壓力相同，造成塑材蝕穿。 蝕刻線管控項目:藥劑濃度,溫度,時間(流速),Metal,Ink,Etching (半蝕),Etching (全蝕),Ink,Metal,Ink,蚀刻VS冲压,蚀刻VS冲压,ED,不锈钢表面处理技术,不锈钢 表面处理技术,PVD,喷砂 (同铝合金喷砂制程),拉丝 (同铝

21、合金拉丝制程),NIL (同铝合金NIL制程),不锈钢表面处理,1.电泳制程介绍,电泳制程,电泳发展概况 电泳涂装的定义 电泳涂装原理及工艺 电泳涂装制程要点,纲要,电泳发展概况,最初开发电泳漆涂装的原因是早期汽车生产业使用喷涂工艺以致有机溶剂大量积聚于生产厂房内，引致火警，造成大量设备损失，故其积极研究以水为作业媒体的电泳漆。电泳漆工作液约90%均为水，有机溶剂含量少于5%，没有喷涂工艺易燃著火的问题，对人体的危害及环境的污染减至最低。利用回收循环系统装置令漆料使用率高达95%以上，又不含有毒及重金属离子，排放废水量可减到最少。 在60年代，由福特汽车公司研製开发成功阳极电泳漆。其最早应用于

22、福特汽车公司的涂装线，随著阳极电泳漆生产使用，日渐暴露其漆膜中包含有金属离子造成抗蚀性差的缺陷，因而，高抗蚀性的阴极电泳漆于70年代被开发成功，并被人们等认可并大力推广应用。之后，电泳技术发展日新月异，产品品种由环氧树脂型发展到丙烯酸型及聚氨脂型。,电泳制程定义,1、电泳涂装（Electro-Deposition coating, ED）是将水溶性带有正或负离子的 涂料，施以直流电使之电附著于金属表面，再经水洗、乾燥过程使之坚牢地 附著于被涂物面的涂装方式。 2、电著涂装根据电泳漆中的树脂子电离后带电况的同，可分为阳极电泳 以及阴极电泳。 3、电泳涂装是高分子树脂电离子的沉积，采用电化学方法和

23、胶体化学过程。 4、电泳漆本身是一个胶体和悬浮体的多组成体系，存在著弥散相(树脂、颜料微 粒)和连续相(水)(8890%)二种组成。 5、涂料组成主要为：带电荷的有机树脂(810%)、Pigment颜料(12%)、成膜 助剂。 6、电泳漆属于水溶性涂料，电泳漆、蒸馏水与成膜助剂必须按一定比例进行稀 释，才能使用。,电泳涂装分类,被涂物在阳极,由於pH值降低而形成塗膜,被涂物在阴极,由於pH值升高而形成塗膜,阳极电泳,阴极电泳,阴离子电泳漆,阳离子电泳漆,电泳涂装原理四步骤（阴极电泳）,1.电解 (分解) 在阴极反应最初为电解反应，生成氢气及氢氧根离子OH -，此反应造成阴极面形成一高硷性边界层

24、，当阳离子与氢氧根作用成为溶于水的物质，涂膜沉积，电解方程式为： H2OOH-+H+ 2.电泳动 (泳动、迁移) 阳离子树脂及H+电场离子向阴极移动过程。 3.电沉积(析出) 在被涂工件表面，阳离子树脂与阴极表面碱性作用，中和而析出沉积物，沉积于被涂工件上。 4.电渗 (脫水) 涂料固体与工件表面上的涂膜为半透明性的，具有多数毛细孔，水从阴极涂膜中被排渗出来，在电场作用下，引起涂膜脱水，而涂膜则吸附于工件表面，而完成整个电泳过程。,电泳涂层特点,电泳涂覆层的耐腐蚀性能优良(一般能通过中性盐雾试验400 小时以上)，抗变色性能强。 涂膜均匀: 在内凹的部位，可形成均匀之保护膜，并可用调整同之操作

25、电压，即可控制镀层的厚，达到极高的防腐性，改善电镀过程中的厚薄均电极效应，同时也消除喷漆过程中的桔皮、痕之瑕疵。 多变色彩视觉效果: 可以配製成各种颜色，例如色、大红色、翠色、宝色、咖啡色、枪色、黑色等。 涂料利用率高达95% ，与喷漆法相比，减少材的费。生产性高，生产时间缩短。 电泳可连续作业，易于大量及自动化生产，而传统喷涂方法要先烘乾再生产，费时而且费能源。 以水作溶剂，免除了火灾危险，也大大低水处及空气污染，安全性提高，减少环保设备费用。,电泳涂装工艺流程,电泳前处理，视不同金属及所带油污状况而定 超音波及电解除油为基本之前处理设备 酸洗：除锈及活化金属表面,在进行电泳之前，一定要经过

26、两至三次的纯水清洗，作用为清洗前处理后残留的化学物质，确保电泳槽不受污染，影响漆膜 。,Stirring搅动,电泳涂装工艺流程,电泳漆随生产而累积大量金属杂质污染，故必须定时以离子交换系统(包含于超过滤淨化回收系统内)处理排除，以免对电泳漆造成影响,电泳涂装工艺流程,电泳原理四步骤： 1.电解 (分解) 2.电泳动 (泳动、迁移) 3.电沉积(析出) 4.电渗 (脫水),电泳涂装工艺流程,回收槽液添加适当溶剂，使本槽电泳漆溶剂稳定度更高 洗掉的电泳漆会回流到电泳槽中，以大幅减少物料损失,电泳涂装工艺流程,工件表面上残留的电泳必须彻底清洗干淨，以免造成工件表面瑕疵。,电泳涂装工艺流程,纯水清洗后

27、，水会停留在漆面上形成水珠造成水渍，故需利用助剂减低漆面水份的表面张力。,电泳涂装工艺流程,工件表面漆层内的水份会先在80炉温下慢慢挥发，温度过于剧烈会对于漆层产生不良影响。,电泳涂装工艺流程,工件在遇热后会加温至150，工件温度烘烤约30分钟，在此温度下电泳漆会产生聚合反应，熟化、固化造成平滑均匀的漆层,电泳VS电镀,电泳,电镀,电泳漆层高低电位厚薄均勻,一般电镀高低电位处厚度存在厚薄差距,电泳漆层能完全覆盖隐蔽处,一般电镀能深入隐蔽处,电泳VS喷漆VS阳极,电泳制程常见问题及对策,电泳制程常见问题及对策,电泳制程常见问题及对策,电泳制程常见问题及对策,不锈钢表面处理,2.PVD制程介绍,PVD制程,PVD原理 真空镀膜分类 真空镀膜流程图 真空蒸镀与溅射镀膜的比较 工艺流程介绍 PVD技术鱼骨图,PVD原理,PVD(Physical Vapor Deposition)即物理气相沉积技术