常用的表面处理介绍

1、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(special surface properties) (4) 機械或工程性質(mechanical or engineering properties) 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 (decorative plating) Au, Ag, Rh, Ni, Cr,黃銅等電鍍 (electroplating). 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(protective plating) Zn,C

2、d,Ni,Cr,Sn 等電鍍. 1. 提高製品之導電性(electrical conductivity),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(light reflectivity ) 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(contact resistance)例如在電子組件之Au及Pd電鍍. 1. 提高製品之強度(strength),例如塑膠電鍍. 2. 提高製品之潤滑性 (bearing properties ) 例如多孔鉻電鍍 (poro

3、us chromium plating), 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(wear resistance), 例如硬鉻電鍍(hard chromium plating),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

4、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(electrodeposits process)， 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 O

5、2 + 4H3O+ + 4e- 電鍍原理鍍層分類使用目的功能性鍍層耐磨和減磨性鍍層抗高溫氧化鍍層修復性鍍層熱處理用鍍層磁性鍍層導電性鍍層其他可焊性鍍層防護-裝飾性鍍層保護基體金屬,賦予美麗外觀.提高製品表面硬度,增加其抗磨能力(Cr )磁環磁片磁膜(Ni-Fe 、Co-Ni)保護製品在熱處理時不改變性能(Cu 、 Sn)修復損壞部位(Ni、Cu 、Cr)改善焊接性能(Sn)改善光學性能鍍層等(Cr,黑鉻)防止製品在高溫下被氧化腐蝕(Pt-Rh)提高表面導電性能(Au-Co)鍍層結構簡單鍍層複合鍍層組合鍍層單一金屬鍍層(Zn、Cr)幾層相同或不同金屬疊加而成的鍍層(暗Ni-半光Ni-光Ni Ni

6、-Au Ni-Cu)固體微粒均勻地分散在金屬中而形成的鍍層(Ni-SiC Cu-Al3O2)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 As the anode reaction 2Al = 2Al3+ + 6e 2H2O =O2 + 4H+ + 6e 4Al3+ + 3O2 = 2Al2O3 + 12e As the cathode reaction 2H+ + 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

7、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(fan blade),燃料噴角(fuel nozzles)鋁合金陽極處理的物理性質Porosity density 陽極孔密度 6x1010/cm2Coefficient of thermal condu

8、ctivity 0.16cal/cm.sec. 熱傳導係數Electrical resistance 電阻 1213M-cmPotential resistance 耐電壓 400VFilm thickness 膜厚 520m(normal) ,30100m(hard anodizing)Porosity ratio 孔隙率 2030%Hardness 硬度 200250Hv(normal),400450Hv(hard anodizing)Density 密度 3.18g/cm3(20)Heat resistance 耐熱溫度 300coefficient of thermal expansi

9、on 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Electroless Plating 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

10、機構H2PO2-+H2OH+HPO32-+2HNi2+2HNi+2H+H2PO2-+HH2O+OH-+P0H2PO2-+H2OH+HPO32-+H2 主反應：Ni2+2H2PO2-+2H2ONi+2HPO32-+4H+H2 副反應：4H2PO2-2HPO32-+2P+2 H2O+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

11、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0.11.0）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

12、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。關於關於ABSABS樹樹脂脂28ABSABS和和ABS/PCABS/PC塑膠鍍之優點塑膠鍍之優點 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塑膠鍍流程可大致分為1515個個步步驟驟: :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1.)塑膠塑膠射出射出2

13、.)上上掛掛3.) 粗化粗化4.)活化上活化上鈀鈀5.)活化活化 加速加速6.)低溫低溫化學鎳化學鎳流程流程30在完成導電之後，下面的九步與金屬底材鍍原理相同7.)衝擊鎳衝擊鎳8.)酸銅酸銅9.)半光鎳半光鎳 12.)鍍鉻鍍鉻14.)下掛下掛10.)光鎳光鎳 11.)微孔鎳微孔鎳 13.)烘乾烘乾 15.)掛具清潔掛具清潔31上掛上掛注意事項: 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粗化粗化橫截面:黑色球狀的為B部分丁二烯. Butadiene丁二烯St

14、yrene苯乙烯Acrylonitrile丙烯腈方法方法: 380 g/l CrO3 ，380g/l H2SO4, 63 - 70 C ABS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。34SEM掃描電鏡照片t = 1

15、0 min, T = 65 CABS粗化後的表面結構粗化後的表面結構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50m的光亮酸銅用於粘合力測試。 良好的結合力範圍在5 12 lbs/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。 鈀活化鈀活化37膠體鈀在氯化亞錫螯合下吸附到塑膠表面 鈀鈀錫錫38Guardian Auto

16、motive39加速加速 ( (解膠解膠) ) -去除錫膠體-鈀獲得活性 鈀鈀40化學鎳化學鎳 -在鈀的催化作用下，在表面沉積化學鎳，基體獲得了導電性 化學鎳化學鎳 0.5 m417.)衝擊鎳衝擊鎳( 2.5 m) 產品產品: 鎳鍍液鎳鍍液(瓦特鎳型瓦特鎳型)-增強加固化學鎳鍍層厚度 化學鎳化學鎳 0.5 m衝擊鎳衝擊鎳 2.5 m428.)酸性光亮銅酸性光亮銅(20 - 30 m) 產品產品:CUPROSTAR 1560 -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、光滑的表面化學鎳化學鎳 0.5 m鎳沖鎳沖 2.5 m光亮銅光亮銅 25 m電泳(電著)塗裝 電著塗裝是

17、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。 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

18、。 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。 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 依極性分 1. Anionic Electrodeposition(AED)，陰離子電著 (陽極漆) 2. Cationic Electrodeposition(CED)，陽離子電著(陰極漆) 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 陽極漆 產品置

19、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 析出反應反應 陰極漆 產品置於陰極 陰極反應 2H2O 2(OH)- + H2NH+ 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

20、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 無氧銅無氧銅OFC Cu:99.995 O2:0.0003 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 軔煉銅軔煉銅TCU Cu:99.95 O2:0.035 特性：電

21、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 磷脫酸銅磷脫酸銅DCU Cu:99.95 O2:0.005 P: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(thickness tests) 。 (2) 鍍層附著性測試(adhesion tests)。 (3) 鍍層硬度測試(hardness tests)。 (4) 鍍層耐磨性測試(abrasion tests)。 (5

22、) 鍍層耐腐蝕性測試( corrosion tests)。 (6) 鍍層孔隙度測試( porosity tests)。 (7) 鍍層焊接性測試( soderability tests)。 (8) 鍍層外觀測試( appearance tests)。 (9) 鍍層定性分析(identification of deposits )。 (10) 鍍層光澤及面粗度( brightness and Roughness tests)。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(destructive tests);(2) 破壞性測試(non-destructive tests); 依據鍍層及基材之性質，測試要求，產品特性選擇適當的厚度