金属表面处理技术介绍_20151028

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 1.喷砂制程介绍 喷砂制程 输送帶 素材 铁 砂 喷枪气压 治具 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；

2、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； 喷砂分干喷砂和湿喷砂两种。 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，劳动条件好，砂料 还可以循环使用。碳

3、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。 零件厚度、砂粒粒径与压缩空气压力的关系（干喷砂） 零件类型 石英砂粒尺寸/mm 压缩空气压力/kPa 1厚度3mm的大型钢铁件 2.53.5 250400 2厚度3mm的中型钢铁件 1.02.0150250 3小型、薄壁零件、黄铜件 0.51.0100150 4厚1mm以下的钢铁钣金件0.5以下50100 5铝及铝合金零件 0.5以下50100 喷砂制程 湿喷砂种类及原理（湿喷砂） 喷砂种类工作原理特点 1雾化喷砂 砂料从装有文氏管的压缩空气系统送至喷 头，以雾化水-砂流冲击零件表面

4、只有通过改变砂料粒度 才能改变被喷砂表面的 粗糙度值 2水-气喷砂 由泥砂泵以高压将水-砂料经软管输送到喷 头，并在喷头通入压缩空气，以喷出的高 速水砂流冲击零件表面 改变压缩空气压力，就 能改变喷砂表面粗糙度 值 3水喷砂 不使用压缩空气的水砂流喷砂。水、砂分 装，在流向喷嘴前混合后喷向零件表面 只能通过改变水压，才 能改变喷砂表面的粗糙 度值 PS:湿喷砂所用的砂料与干喷砂相同。湿喷砂的水砂比值，一般控制在7：3为宜。320 400目的水砂粒中，应加入10%的膨润土作为悬浮剂，防止砂粒沉入贮存箱底。钢铁件湿 喷砂时，水中可加入0.5%碳酸钠和0.5%的重铬酸钠作缓蚀剂。 湿喷砂是在砂料中加

5、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# 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，

6、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 输送帶 铝材 压力 尼龙轮尼龙轮 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

7、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

8、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 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 蝕刻劑 Etching (半蝕半蝕) Etching (全蝕全蝕) Ink Metal Ink 蚀刻VS冲压 Chemical Etching & Laser

9、 Cutting Comparison (For KAQB0 Logic Upper Mesh) Comparison ItemChemical EtchingLaser Cutting Photo Process Detail 上料清洗印刷烘烤爆光顯影蝕 刻脱膜烘烤全檢 上料鐳雕下料全檢 Advantage 優點 1.Capacity:以批次計算,產能較高 2.Equipment:設備投入門檻較低 3.Cost:具價格優勢 4.Cosmetic:可控制較深的線段深度, 線段平滑且乾淨 1.Process:製程工站單純 2.Quality:線段控制精準，穩定性良 好 3.Yield Rate:

10、良率較高(9095%) Disadvantage 缺點 1.Process:製程工站繁複 2.Quality:線段穩定性較差，存在浮動公 差 3.Yield Rate:良率較低 (8085%) 1.Capacity:以單Part計算,產能較低 2.Equipment:鐳雕機設備投入門檻較高 (且須考量機台尺寸) 3.Cost:價格成本較高 4.Cosmetic:線段深度受限，控制較淺, 線段經高溫燒結後呈鋸齒狀 Process Control Key Point 1.曝光時間 2.蝕 刻時間 3.脫 膜控制 1.傳導電流 2.鐳 射功率 蚀刻VS冲压 Chemical Etching hole

11、s & Stamping holes Comparison (For KAQB0 Speaker Mesh) Comparison ItemChemical Etching holesStamping holes Photo Process Detail 上料清洗雙面印刷+雙面烘烤爆光 顯影雙面蝕刻脱膜烘烤全檢 上料沖孔下料全檢 Advantage 優點 1.Lead time:開發週期短 2.Cosmetic:可做到較小的孔徑&pitch ( 適用於特殊孔&留邊設計) 3.Rework:重工性佳4. 1.Process:製程工站單純 2.Cosmetic:孔徑邊緣平整 3.Quality:沖

12、孔形狀單一 4.Yield Rate:良率高(95-97%) Disadvantage 缺點 1.Process:製程工站繁複 2.Cosmetic:孔徑為漏斗型 3.Quality:孔徑大小不一,有擴孔現象 4.Yield Rate:良率較低(80-85%) 1.Lead time:模具開發週期長 2.Cosmetic:孔徑設計最小值1.5Thickness, 過小的孔徑易造成沖子斷裂(喇叭孔留邊設計 受限,不具通用性,需包含模具成本) 3.Rework:重工性差 Process Control Key Point 1.曝光時間 2.蝕 刻時間 3.脫膜 控制 ED 不锈钢表面处理技术 PV

13、D 喷砂 (同铝合金喷砂制程) 拉丝 (同铝合金拉丝制程) 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

14、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

15、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) l在阴极反应最初为电解反应，生成

16、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，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) l阳离子树脂及H+电场离子向阴极移动过程。 3.电沉积(析出) l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) l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

17、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

18、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

19、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，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 电泳与喷

20、漆及阳极的优劣对比 制程优点缺点 电泳 1.因电泳为沉积膜，膜层比较平滑，外观效果好。1.电泳工艺前处理复杂，要求极高。 2.膜厚在10-15UM，较易管制、稳定，附著性好。2.银色色浆受局限。 3.电泳硬度可达准3H，耐腐蚀、盐雾等测试较喷涂强。3.电泳对素材表面要求高，素材本身缺陷不易掩盖。 4.光泽可达到4-120度，色泽丰富（除银色）4.颜色单一、可加珍珠粉，但珠光效果较弱 5.电泳可做到防指纹效果，而喷涂则只有UV和纳米漆才可做到。 6.电泳不易垂流和挂漆。 7.电泳涂装效率高易进行自动化生产。 8.水溶性涂料，火灾危险性小，环境好。 9.电泳为半透明漆膜，产品具有较高金属感和时尚感

21、。装饰性强。 10复杂工件电泳的覆盖性好。 11.产品不良易返工，不良损耗低，良率高。 12.电泳漆的利用率高，易返工，良率高，故成本较有优势。 喷漆 1.工艺短，操作方便。 1.其为喷附制程，对前处理要求高，难控制，附著 性较差。 2.颜色齐全，不受局限。2.流平性较差，金属感差，易流挂和堵孔。 3.膜厚相对较厚，耐磨性能相对电泳略好。3.一般喷涂不防指纹，硬度在H级，易碰划伤。 4.涂装效率高，易进行自动化生产。4.复杂工件操作困难，不易喷盖。 5.重工简单，不用退膜处理。5.高光泽的产品需加光油和UV制程。 6.质感相对较强。6.受环境限制和安全性较差。 7.膜厚较厚，素材本身不良相对可

22、掩盖。成本比电泳高 阳极 1.阳极的膜是金属膜，故金属质感强。 1.环保要求较高，投入费用高。 2.膜厚可以达到15-25UM。附着性强。2.uv测试较电泳和喷漆差。 3.阳极的硬度可以达到7H，耐磨可以达到3000圈。色彩丰富。3.成本较高。 4.自动化效率高，产能大，适合批量生产。 5.因制程成熟， 外观质感、触感较好 6.外观的纹理经阳极后不会被遮蔽，如喷砂和拉丝，抛光，外观性 较好。 电泳制程常见问题及对策 問題 原因 對策 膜厚不足 固體份低 電壓低 溫度低 提高固體份 提高電壓 提高溫度 漆膜過厚 固體份高 溫度高 電導率高 電壓高 低固體份 降低溫度 離子交換，降低電導率 降低電

23、壓 水跡 純水不乾淨 溫度過高 固體份過高 換新純水 降低溫度 起泡 工件表面不潔淨 加強前處理程序 漆膜外觀不豐滿 顏基比過高 減少顏料補加，增加樹脂含量 槽液面泡沫 進氣、漏氣 溢流槽液面過低 檢查管道及泵是否洩漏 降低液面高度 塗膜粗糙 顏料份高 電導率高 減少色漿，增加樹脂 離子交換降低電導率 針孔 槽液溶劑過低 電導率過高 添加溶劑提高流平性 超濾，降低電導率 漆膜不均勻、破裂 槽液溫度低 電壓高 電導率高 降低溫度 降低電壓 離子交換，降低電導率 斑紋、地圖斑痕 底材表面污染 檢查金屬預處理 檢查磷化 漆跡 清洗不夠 增加清洗 凹孔、縮孔 雜質污染 顏料份低 清除工件上的雜質 補加

24、色漿 电泳制程常见问题及对策 問 題 原 因 解 決 對 策 硬度 烘烤時間 延長，嚴格按工藝操作 烘烤溫度 升溫 不夠流平 加溶劑 麻點 液溫低 升溫 溶劑少 加溶劑 濃度低 加漆 條紋 表面外觀不佳 電壓升高快 溶劑含量低 槽液固含量低 电泳制程常见问题及对策 故障 產生原因 糾正方法 桔皮或表面粗糙 電壓過高 降低電壓 溶液溫度高 降低溫度 固體分過高 稀釋溶液 極距太近 加大極距 烘烤加溫太快 壓縮空氣吹幹後再烘烤 pH 值過高 用離子交換樹脂調整 針孔或麻點 固體分過低 調整至工藝範圍 pH 值過低 降低溶液酸度 清洗水不乾淨 換清洗水 溶液電導率太高 離子交換去掉雜質離子 膜厚太薄

25、 增加電泳電壓或時間 表面針孔 添加溶劑 火山口或油點 工件上附有油 加強除油工序 槽液面有油漬 防止槽液被油污染 顆粒污染 加強迴圈過濾和超濾 電壓高膜層厚 降低電泳電壓和時間 彩虹 膜層太薄 增加電泳電壓 电泳制程常见问题及对策 故障 產生原因 糾正方法 顏色不符 膜層太厚或太薄 選擇合適的工作電壓和時間 調配塗料時，顏色比例錯 嚴格按工藝配方配製電泳漆 溶劑太多，滲透能力差，膜層厚薄不均 調整溶劑含量，使其符合工藝規範 不規則圖形 前處理不徹底 加強前處理工序 硬度不夠 烤烘時間短或溫度低 嚴格按工藝規範進行 塗裝麵點狀或片狀顏色差 異 零件有針孔或砂眼 杜絕不合格工件下槽 色料乳化攪拌

26、不勻 加強電泳漆攪拌 表面有水液 用壓縮空氣吹幹 水滴未幹即烘烤 用壓縮空氣吹幹 電泳前水洗不徹底 加強入槽產零件的清洗 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 技术即在电场作用下形成的等离子体中, 块体材料 被溅射出来, 而沉积在工件表面, 形成一定厚度的薄膜. 依蒸发源的不同分成：蒸镀、溅镀、离子镀。 靶材粒子 气体离子 电子 靶材 工件 观察窗 PVD蒸镀设备 PVD分类 真空镀膜法： 真空镀膜

27、法是指在，使其，在 样品表面冷却的方法。 真空镀膜法示意图 电源回路 加热 真空镀膜金属 蒸发 样品 高真空状态 自转 公转 因高真空下操作，金属的蒸发温度降低 溅射镀膜法示意图 惰性气体惰性气体 样品样品 等离子状态等离子状态 金属靶金属靶 ArAr+ + N N S S 磁磁 场场 溅射镀膜法： 给靶材施加高电压（形成等离子状态）， ，而在样品表面形成金属皮膜的方法。 因存在磁场，等离子状态在金属靶附 近停留。等离子状态和溅射时放出的 电子可以保护样品。 磁控管溅射镀膜法 PVD分类 离子镀膜法: 蒸发源的加热和真空镀膜法相同。由于系统为等离子状态， 。金属离子为高能量状态，成 膜时具有离子、的优点。 离子镀膜法示意图 惰性气体 电源回路 加热 真空镀膜金属 蒸发 样品 等离子状态 自转 公转 金属离子 PVD分类 PVD制程流程图 启动蒸 镀开关 启动抽气系统 至设定真空值 靶材置于