常用的表面處理介紹

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(zhì)(special surface properties) (4) 機械或工程性質(zhì)(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)

2、 Zn,Cd,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(yè)應(yīng)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(wèi)星的外殼 反射光線,Ag及Rh的鍍 層被應(yīng)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

3、多孔鉻電鍍 (porous chromium plating), 內(nèi)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(zhì)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(zhì)

4、都可為之 化學拋光, 電解拋光 適用於鋁, 不銹鋼等材質(zhì) 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(yīng)，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(yīng): Cu2+ + 2e- Cu 陽極主要反應(yīng): Cu Cu2+ + 2e- 陰極副反應(yīng): 2H3O+ + 2e

5、- H2 + 2H2O 陽極副反應(yīng): 6H2O O2 + 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(fù)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(huán)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(fù)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(jié) 構(gòu) 簡

6、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-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(chǎn)生溶解反應(yīng)一邊與發(fā)生的氧氣作 用產(chǎn)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

7、 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(yīng)用在電容器(capacitor)工業(yè)上 5.發(fā)射性及反射性: 太空(aerospace),電子(electronics) 及機械(machinery)等光熱應(yīng)用上 6.耐磨性及硬度: 具有耐磨特性,應(yīng)用在齒輪(gears),活 塞(pistons),葉片(fan blade),燃料噴角(fuel nozzles)

8、鋁合金陽極處理的物理性質(zhì) Porosity density 陽極孔密度 6x1010/cm2 Coefficient of thermal conductivity 0.16cal/cm.sec. 熱傳導係數(shù) Electrical resistance 電阻 1213M-cm Potential resistance 耐電壓 400V Film thickness 膜厚 520m(normal) ,30100m(hard anodizing) Porosity ratio 孔隙率 2030% Hardness 硬度 200250Hv(normal),400450Hv(hard anodizin

9、g) Density 密度 3.18g/cm3(20) Heat resistance 耐熱溫度 300 coefficient of thermal expansion 熱膨脹係數(shù) 4.5x10-6M/ 陽極膜的結(jié)構(gòu) 陽極處理與電鍍的差異 同心圓高光鑽切 噴 砂 網(wǎng)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(yīng)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

10、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(zhuǎn)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(shè)備管理容易 化學鎳反應(yīng)原理 反應(yīng)機構(gòu) H2PO2-+H2OH+HPO32-+2H Ni2+2HNi+2H+ H2PO2-+HH2O+OH-+P0 H2PO2-+H2OH+HPO32-+H2 主反應(yīng)：Ni2+2H2PO2-+2H2ONi+2HPO32- +4H+H2 副反應(yīng)：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

11、 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(shè)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(yīng)用領(lǐng)域 汽車 衛(wèi)浴 電子 海洋工業(yè) 器具、首飾業(yè)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(nèi)性能優(yōu)良等優(yōu)點，還具 有電阻絕緣性，耐藥性，尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點。因成形性好最適合做為射出

12、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(gòu)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(jié)構(gòu)。這種構(gòu)造的ABS素材經(jīng)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(shù)的微小凸凹。金屬鍍膜充填進這 些凸凹的裡面而產(chǎn)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(tài)，粒子半徑，形狀等都會對電鍍層 的密著性產(chǎn)生微妙的的變化。 關(guān)關(guān)於於ABSABS樹樹脂脂 28 ABSABS和和ABS/PCABS/PC塑膠鍍之優(yōu)點塑膠鍍之優(yōu)點 與金屬材質(zhì)比重量更輕，成本更低 形狀設(shè)

13、計可更趨於多樣化和複雜化，且容易生產(chǎn) 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(zhì)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.)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

14、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(chǎn)生應(yīng)力 接觸夾鉗須由不銹鋼或鈦製成 接觸夾鉗的形狀至關(guān)重要 掛具須覆PVC作絕緣 應(yīng)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 Styrene 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

15、) 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(zhuǎn)變成三價鉻離子(Cr+3)。 若鉻離子的殘留狀態(tài)是六價鉻狀態(tài)，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 = 10 min, T = 65 C ABS粗化後的表面結(jié)構(gòu)粗化後的表面結(jié)構(gòu) 35 粗化品質(zhì)控制測試(結(jié)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(yù)鍍前處理， 然後電鍍50m的光亮酸銅用於粘合

16、力測試。 良好的結(jié)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(yīng)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。 鈀鈀活化活化 37 膠體鈀在氯化亞錫螯合下吸附到塑膠表面 鈀鈀 錫錫 38 Guardian Automotive 39 加速加速 ( (解膠解膠) ) -去除錫膠體-鈀獲得活性 鈀鈀 40 化化學鎳學鎳 -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 m 41 7.)衝擊鎳衝擊鎳( 2.5 m) 產(chǎn)品產(chǎn)品: 鎳鍍液鎳

17、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 m 42 8.)酸性光亮銅酸性光亮銅(20 - 30 m) 產(chǎn)品產(chǎn)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(wěn)定性 -可產(chǎn)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

18、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(gòu)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(yōu)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(tǒng)中使用UF塗料回收 系統(tǒng)，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(zāi)顧慮。 良好的塗膜表面： 電著產(chǎn)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(chǎn)品生產(chǎn) 。 設(shè)備投資成本高。 塗

19、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(huán)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(chǎn)品置於陽極 陰極反應(yīng) 2H2O + 2e- 2(OH)- + H2 陽極反應(yīng) 2H2O 4H+ + O2 + 4e- M (金屬) Mn+ +e- -(COO)- 陰離子樹脂 + Mn+ -

20、(COO)nM 析出 反應(yīng)反應(yīng) 陰極漆 產(chǎn)品置於陰極 陰極反應(yīng) 2H2O 2(OH)- + H2 NH+ 陽離子樹脂 + e- N 析出 陽極反應(yīng) 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(xù)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(tài). 比重輕,為地球表面存在最高之金屬,且表 面處理形態(tài)多樣化,工業(yè)廣為應(yīng)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(shù)僅次於銀且價格低廉, 常

21、 用於電子產(chǎn)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(shù)高經(jīng)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(yè)、散熱模組、建築業(yè)、飾品業(yè)、襯 墊器物等 C1220 磷脫酸銅磷脫酸銅

22、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(yè)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) 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(jù) 鍍層及基