表面處理方法.ppt

1 1表面處理 SurfaceTreatment 1 2表面處理的目的1 3表面處理之重要性1 4表面處理技術(shù)之種類1 5國內(nèi)表面處理工業(yè)之狀況及問題 第一章表面處理概論 1 1表面處理 SurfaceTreatment 表面處理的對象非常廣泛 從傳統(tǒng)工業(yè)到現(xiàn)在的高科技工業(yè) 從以前的金屬表面到現(xiàn)在的塑料 非金屬的表面 它使材料更耐腐蝕 更耐磨耗 更耐熱 它使材料之壽延長 此外改善材料表面之特性 光澤美觀等提高產(chǎn)品之附加價(jià)值 所有這些改變材料表面之物理 機(jī)械及化學(xué)性質(zhì)之加工技術(shù)統(tǒng)稱為表面處理 surfacetreatment 或稱為表面加工 surfacefinishing 1 1 1金屬表面處理 metalsurfacetreatment 金屬經(jīng)初步加工成型后需修飾金屬表面 美化金屬表面 更進(jìn)一步改變金屬表面的機(jī)械性質(zhì)及物理化學(xué)性質(zhì)等之各種操作過程 稱之為金屬表面處理 或稱之金屬表面加工 metalsurfacefinishing 一 1 1表面處理 SurfaceTreatment 表面處理的目的可以分四大類 1 美觀 appearance 2 防護(hù) protection 3 特殊表面性質(zhì) specialsurfaceproperties 4 機(jī)械或工程性質(zhì) mechanicalorengineeringproperties 1 美觀 appearance 為了提高制品之附加價(jià)值 賦予制品表面美觀 例如裝飾性電鍍 decorativeplating Au Ag Rh Ni Cr 黃銅等電鍍 electroplating 2 防護(hù) protection 為了延長制品的壽命 再制品表面披覆 coating 耐腐蝕之材料 例如保護(hù)性電鍍 protectiveplating Zn Cd Ni Cr Sn等電鍍 1 2表面處理的目的 3 特殊表面性質(zhì) specialsurfaceproperties 1 提高制品之導(dǎo)電性 electricalconductiuity 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 lightreflectivity 例如宇宙飛船 人造衛(wèi)星的外殼需反射光線 Ag及Rh的鍍層被應(yīng)用上 4 減小接觸阻抗 contactresistance 例如在電子組件之Au及Pd電鍍 4 機(jī)械或工程性質(zhì) mechanicalorengineeringproperties 1 提高制品之強(qiáng)度 strenth 例如塑料電鍍 2 提高制品之潤滑性 bearingpropertries 例如多孔洛電鍍 porouschromiumplating 內(nèi)燃機(jī)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 wearresistance 例如硬洛電鍍 hardchromiumplating 4 提高制品之耐熱性 耐候性 抗幅射線 例如塑料 非金屬之電鍍 5 滲碳 carburizing 氮化 nitriding 之防止 例如鋼鐵表面硬化 casehardening 時(shí)在不要硬化部份鍍Cu 三 鹽霧試驗(yàn)的類別 2 1電鍍之定義電鍍 electroplating 被定義為一種電沈積過程 electrodepos itionprocess 是利用電極 electrode 通過電流 使金屬附著于物體表面上 其目的是在改變物體表面之特性或尺寸 2 2電鍍之目的電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層 deposit 改變基材表面性質(zhì)或尺寸 例如賦予金屬光澤美觀 物品的防銹 防止磨耗 提高導(dǎo)電度 潤滑性 強(qiáng)度 耐熱性 耐候性 熱處理之防止?jié)B碳 氮化 尺寸錯(cuò)誤或磨耗之另件之修補(bǔ) 第二章電鍍基本原理與概念 2 4電鍍的基本知識電鍍大部份在液體 solution 下進(jìn)行 又絕大部份是由水溶液 aqueoussolution 中電鍍 約有30種的金屬可由水溶液進(jìn)行電鍍 由水溶液電鍍的金屬有 銅Cu 鎳Ni 鉻Cr 鋅Zn 鎘Cd 鉛Pb 金Au 銀Ag 鉑Pt 鈷Co 錳Mn 銻Sb 鉍Bi 汞Hg 鎵Ga 銦In 鉈 As Se Te Pd Mn Re Rh Os Ir Nb W等 有些必須由非水溶液電鍍?nèi)玟?鈉 鉀 鈹 鎂 鈣 鍶 鋇 鋁 La Ti Zr Ge Mo等 可油水溶液及非水溶液電鍍者有銅 銀 鋅 鎘 銻 鉍 錳 鈷 鎳等金屬 電鍍的基本知識包括下列幾項(xiàng) 溶液性質(zhì)物質(zhì)反應(yīng)電化學(xué)化學(xué)式界面物理化學(xué)材料性質(zhì) 2 5電鍍基礎(chǔ)電鍍?nèi)芤航饘訇枠O與金屬陽極袋電鍍架電鍍前的處理電鍍工場設(shè)備電鍍控制條件及影響因素鍍浴凈化鍍層要求項(xiàng)目鍍層缺陷電鍍技藝金屬腐蝕2 5 3電鍍?nèi)芤?又稱鍍浴 platingbath 電鍍?nèi)芤菏且环N含有金屬鹽及其它化學(xué)物之導(dǎo)電溶液 用來電沈積金屬 其主要類別可分酸性 中性及咸性電鍍?nèi)芤?強(qiáng)酸鍍浴是pH值低于 的溶液 通常是金屬鹽加酸之溶液 例如硫酸銅溶液 弱酸鍍浴是pH值在2 5 5之間鍍浴 例如鎳鍍浴 咸性鍍浴其pH值超過 之溶液 例如氰化物鍍浴 錫酸鹽之錫鍍浴及各種焦磷酸鹽鍍浴 2 5電鍍基礎(chǔ) 2 5 7電鍍之前處理電鍍前之處理 稱之前處理 pretreatment 包括下列過程 1 洗凈 去除金屬表面之油質(zhì) 脂肪 研磨劑 及污泥 可用噴射洗凈 溶劑洗凈 浸沒洗凈或電解洗凈 2 清洗 用冷或熱水洗凈過程之殘留洗凈劑或污物 3 酸浸 去除銹垢或其它氧化物膜 要注意防止基材被腐蝕或1 產(chǎn)生氫脆 可加抑制劑以避免過度酸浸 酸浸完后要充份清洗 4 活化 促進(jìn)鍍層附著性 可用各種酸溶液使金屬表面活化 5 漂清 電鍍前立刻去除酸膜 然后電鍍 適用范圍 表1 2 5 9電鍍控制條件及影響因素1 鍍液的組成 12 覆蓋性 2 電流密度 13 導(dǎo)電度 3 鍍液溫度 14 電流效率 4 攪拌 15 氫過電壓 5 電流波形 16 電流分布 6 均一性 17 金屬電位 7 陽極形狀成份 18 電極材質(zhì)及表面狀況 8 過濾 19 浴電壓 9 pH值 10 時(shí)間 11 極化 電鍍控制條件及影響因素 2 5 11鍍層要求項(xiàng)目依電鍍的目的鍍層必須具備某些特定的性質(zhì) 鍍層的基本要求有下列幾項(xiàng) 1 密著性 adhesion 系指鍍層與基材之間結(jié)合力 密著性不佳則鍍層會(huì)有脫離現(xiàn)象 其原因有 1 表面前處理不良 有油污 鍍層無法與基材結(jié)合 2 底材表面結(jié)晶構(gòu)造不良 3 底材表面產(chǎn)生置換反應(yīng)如銅在鋅或鐵表面析出 2 致密性 cohesion 系指鍍層金屬本身間之結(jié)合力 晶粒細(xì)小 無雜質(zhì)則有很好的致密性 其影響的因素有 1 鍍浴成份 2 電流密度 3 雜質(zhì) 一般低濃度浴 低電流密度可得到晶粒細(xì)而致密 3 連續(xù)性 continuity 系指鍍層有否孔隙 pore 對美觀及腐蝕影響很大 雖鍍層均厚可減少孔隙 但不經(jīng)濟(jì) 鍍層要連續(xù) 孔率要小 鍍層要求項(xiàng)目 4 均一性 uniformity 是指電鍍浴能使鍍件表面沈積均勻厚度的鍍層之能力 好的均一性可在凹處難鍍到地方亦能鍍上 對美觀 耐腐蝕性很重要 試驗(yàn)鍍浴之均一性有Haring電解槽試驗(yàn)法 陰極彎曲試驗(yàn)法 Hull槽試驗(yàn)法 5 美觀性 appearence 鍍件要具有美感 必須無斑點(diǎn) 氣脹缺陷 表面需保持光澤 光滑 可應(yīng)用操作條件或光澤劑改良光澤度及粗糙度 也有由后處理之磨光加工達(dá)到鍍件物品之美觀提高產(chǎn)品附加價(jià)值 6 應(yīng)力 stress 鍍層形成過程會(huì)殘留應(yīng)力 會(huì)引起鍍層裂開或剝離 應(yīng)力形成的原因有 1 晶體生長不正常 2 雜質(zhì)混入 3 前處理使基材表面變質(zhì)妨磚結(jié)晶生長 7 物理 化學(xué)機(jī)械特性如硬度 延性 強(qiáng)度 導(dǎo)電性 傳熱性 反射性 耐腐蝕性 顏色等 鍍層要求項(xiàng)目 52 5 12鍍層缺陷鍍層的缺陷主要有 1 密著性不好 2 光澤和平滑性不佳 3 均一性不良 4 變色 5 斑點(diǎn) 6 粗糙 7 小孔 缺陷產(chǎn)生的原因有 1 材質(zhì)不良 2 電鍍管理不好 3 電鍍工程不完全 4 電鍍過程之水洗 干燥不良 5 前處理不完善 鍍層缺陷 金屬腐蝕 2 5 14金屬腐蝕金屬腐蝕 是由于化學(xué)及電化學(xué)作用的結(jié)果 可分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕 按腐蝕還境可分為高溫氣體腐蝕 土壤腐蝕等 又依腐蝕破壞情形可分為全面腐蝕及局部腐蝕 局部腐蝕又可分為斑狀腐蝕 陷壞腐蝕 晶間腐蝕 穿晶腐蝕 表面下腐蝕 和選擇性腐蝕 如黃銅脆鋅 影響腐蝕的因素有 1 金屬的本性 2 溫度 3 腐蝕介質(zhì) 防止金屬腐蝕的方法有 1 正確選用材料 2 合理設(shè)計(jì)金屬結(jié)構(gòu) 3 耐蝕合金 4 臨時(shí)油封包裝 5 去除腐蝕介質(zhì) 6 電化保護(hù) 7 覆層保護(hù) 3 1前處理的意義一般前處理工程過程為 研磨預(yù)備洗凈水洗電解脫酯水洗酸浸及活性化水中和水洗電鍍 3 1 1前處理的目的前處理的目的是為了得到良好的鍍層 由于鍍件在制造 加工搬運(yùn) 保存期間會(huì)有油酯 氧化物銹皮 氫氧化物 灰塵等污物附著于鍍件表面上 若不去除這些污物而進(jìn)行電鍍將得不到良好的鍍層 鍍 件質(zhì)量 前處理占很重要的地位 3 1 2前處理不良所造成之鍍層缺陷前處理不良所造成之鍍層缺陷 有下列幾項(xiàng) 1 剝離 2 氣脹 3 污點(diǎn) 4 光澤不均 5 凹凸不平 7 小孔 8 降低耐蝕性 9 脆化 電鍍之不良 前處理占很大的原因 第三章前處理 3 1 3污物的種類污物的種類 可分為有機(jī)物及無機(jī)物 有機(jī)物污物主要是動(dòng)物性油酯 植物性油酯及礦物性油酯 無機(jī)物污物是金屬氧化物 鹽類 塵埃 及砂土 另外由有機(jī)物和無機(jī)物污物之物如研磨屑 研磨材料 動(dòng)物性及植物性油酯可被化緘劑皂去除 礦物性油污無法被緘劑皂去除需用三菉乙烯 汽油 石油溶劑乳化劑等去除 無機(jī)物污物可被酸或緘溶解 利用酸 緘浸漬 化學(xué)或電解方法去除及機(jī)械研磨方法去除 無機(jī) 有機(jī)混合污物 去除較困難 除了利用化學(xué)方法 亦須用電解 機(jī)械研磨等方法聯(lián)合應(yīng)用去除 3 1 4電鍍前處理去除的典型污物 1 潤滑油 6 淬火殘留物 2 切削油 7 熱處理鹽 3 研磨油 8 熱處理鹽 4 熱斑 9 污跡 5 銹及腐蝕物 10 油漆及油墨 1 5試驗(yàn)的操作 c 試樣之間不得互相接觸 也不與箱壁相碰 試樣的間距一般不小于20mm 試樣上下層必須交叉放置 試樣間間隔應(yīng)能使鹽霧自由沉降在試樣的主要表面上 d 一個(gè)試樣上的鹽水溶液不得滴在任何別的試樣上 試樣識別記號或裝配孔應(yīng)覆于下方 1 5試驗(yàn)的操作 5 5試驗(yàn)中 依 表1 規(guī)格設(shè)定試驗(yàn)溫度 壓力和時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn) 在規(guī)定的試驗(yàn)周期內(nèi)噴霧不得中斷 只有當(dāng)需要短暫觀察試樣時(shí)才能打開鹽霧箱 開箱檢查的時(shí)間和次數(shù)應(yīng)盡可能少 5 6試驗(yàn)后處理 試驗(yàn)結(jié)束后 依順序?qū)㈤_關(guān)關(guān)閉 取出試樣在室內(nèi)自然干燥0 5 1小時(shí) 然后用流動(dòng)冷水輕輕洗滌或浸漬 以除去沉積在試樣表面的鹽類 用吹風(fēng)機(jī)吹干后檢查 評定試驗(yàn)結(jié)果 1 5試驗(yàn)的操作 鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的判定方法有 評級判定法 稱重判定法 腐蝕物出現(xiàn)判定法 腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析法 評級判定法是把腐蝕面積與總面積之比的百分?jǐn)?shù)按一定的方法劃分成幾個(gè)級別 以某一個(gè)級別作為合格判定依據(jù) 它適合平板樣品進(jìn)行評價(jià) 稱重判定法是通過對腐蝕試驗(yàn)前后樣品的重量進(jìn)行稱重的方法 計(jì)算出受腐蝕損失的重量來對樣品耐腐蝕質(zhì)量進(jìn)行評判 它特別適用于對某種金屬耐腐蝕質(zhì)量進(jìn)行考核 腐蝕物出現(xiàn)判定法是一種定性的判定法 它以鹽霧腐蝕試驗(yàn)后 產(chǎn)品是否產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象來對樣品進(jìn)行判定 一般產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中大多采用此方法 腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法提供了設(shè)計(jì)腐蝕試驗(yàn) 分析腐蝕數(shù)據(jù) 確定腐蝕數(shù)據(jù)的置信度的方法 它主要用于分析 統(tǒng)計(jì)腐蝕情況 而不是具體用于某一具體產(chǎn)品的質(zhì)量判定 1 6試驗(yàn)的判定 6 1試驗(yàn)結(jié)果的評價(jià) a試驗(yàn)后的外觀b除去表面腐蝕產(chǎn)物后的外觀c腐蝕缺陷如點(diǎn)蝕 裂紋 氣泡等的分布和數(shù)量和狀態(tài) d被腐蝕時(shí)間6 2評級原則 對鍍件外觀或使用性能起重要作用的部分鍍層表面 即主要表面進(jìn)行外觀和保護(hù)等級評定 1 6試驗(yàn)的判定 1 5試驗(yàn)的