《表面處理方法》PPT課件.ppt

1、1.1 表面處理( Surface Treatment ) 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( Surface Treatment ) 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)品之附加價值,所有這些改變材料表面之物理,機械及化學性質(zhì)之加工技術(shù)統(tǒng)稱為表面處理 (surface treatment) 或稱為表面加工(surf

2、ace finishing) 1.1.1 金屬表面處理(metal surface treatment) 金屬經(jīng)初步加工成型后需修飾金屬表面,美化金屬表面 ,更進一步改變金屬表面的機械性質(zhì)及物理化學性質(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(metal surface finishing).,一、 1.1 表面處理( Surface Treatment ),表面處理的目的可以分四大類: (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)(mecha

3、nical or engineering properties) (1) 美觀(appearance) 為了提高制品之附加價值,賦予制品表面美觀,例如裝飾性電鍍 (decorative plating) Au, Ag, Rh, Ni, Cr,黃銅等電鍍 (electroplating). _(2) 防護(protection) 為了延長制品的壽命,再制品表面披覆(coating)耐腐蝕之材料,例如保護性電鍍(protective plating) 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)(special surface properties) 1

4、. 提高制品之導電性(electrical conductiuity),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(contact resistance)例如在電子組件之Au及Pd電鍍. _(4) 機械或工程性質(zhì)(mechanical or engineering properties ) 1. 提高制品之強度(strenth),例如塑料電鍍. 2. 提高制品之潤滑

5、性 ( bearing propertries ) 例如多孔洛電鍍 (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) ,例如硬洛電鍍( hard chromium plating). 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 (case hardening)時在不要硬化部份鍍Cu.,三.鹽霧試驗的類別,2

6、.1 電鍍之定義 電鍍(electroplating)被定義為一種電沈積過程(electrodepos- ition process)， 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 導電度、潤滑性、強度、耐熱性、耐候性、熱處理之防止?jié)B碳、氮化 、尺寸錯誤或磨耗之另件之修補。,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) 下進行，又絕大部

7、份是由水溶 液 (aqueous solution) 中電鍍，約有 30 種的金屬可由水溶液進 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?？捎退芤杭胺撬芤弘婂冋哂秀~、銀、鋅、鎘、銻、鉍、錳、鈷、 鎳等金屬。 電鍍的基本知識包括下列幾項： 溶液性質(zhì) 物質(zhì)反應(yīng)電化學 化學式界面物理化學 材料性質(zhì),2.5電

8、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目鍍層缺陷電鍍技藝金屬腐蝕2.5.3電鍍?nèi)芤?，又稱鍍?。╬lating bath） 電鍍?nèi)芤菏且环N含有金屬鹽及其它化學物之導電溶液，用來電沈積金屬。其主 要類別可分酸性、中性及咸性電鍍?nèi)芤骸娝徨冊∈莗H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25.5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

9、列過程： 1.洗凈：去除金屬表面之油質(zhì)、脂肪、研磨劑，及污泥?？捎?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?？杉右种苿┮员苊膺^度酸浸。酸浸完后要充份清洗。 4.活化：促進鍍層附著性，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。1

10、7.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.時間。 11.極化。,電鍍控制條件及影響因素,2.5.11鍍層要求項目 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： 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 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，晶粒細小， 無雜質(zhì)則有很好的致密性。其影響的因素有：(1

11、)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，鍍層要連續(xù) ，孔率要小。,鍍層要求項目,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。試驗鍍浴之均一性有Haring電解槽試驗 法、陰極彎曲試驗法、Hull槽試驗法。 5.美觀性(appearence)，鍍件要具有美感，必須無斑點，氣脹缺陷 ，表面需保持光澤、光滑?？蓱?yīng)用操作條件或

12、光澤劑改良光澤度 及粗糙度，也有由后處理之磨光加工達到鍍件物品之美觀提高產(chǎn) 品附加價值。 6.應(yīng)力(stress)，鍍層形成過程會殘留應(yīng)力，會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、化學機械特性如硬度、延性、強度、導電性、傳熱性、 反射性、耐腐蝕性、顏色等。,鍍層要求項目,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，(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，

13、(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，是由于化學及電化學作用的結(jié)果，可分為化學 腐蝕與電化學腐蝕，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)計金屬結(jié)構(gòu)，(3)耐蝕合金 ，(4)臨時油封包裝，(5)去除腐蝕介質(zhì)，(6)電化保護，(7)覆層保護。,3.1前處理的意義 一般

14、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、保存期間會有油酯、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：(1)剝離， (2)氣脹，(3)污點，(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，

15、可分為有機物及無機物。有機物污物主要是動 物性油酯，植物性油酯及礦物性油酯，無機物污物是金屬氧化 物、鹽類、塵埃、及砂土。另外由有機物和無機物污物之物如 研磨屑、研磨材料。動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。無機物污物可被酸或緘溶解，利用酸、緘浸漬 、化學或電解方法去除及機械研磨方法去除。無機、有機混合 污物，去除較困難，除了利用化學方法，亦須用電解，機械研 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

16、(4) 熱斑 (9) 污跡 (5) 銹及腐蝕物 (10) 油漆及油墨,1-5 試驗的操作,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 試驗的操作,5-5 試驗中：依（表1）規(guī)格設(shè)定試驗溫度、壓力和時間進行試驗。 在規(guī)定的試驗周期內(nèi)噴霧不得中斷，只有當需要短暫觀察試樣時才能打開鹽霧箱，開箱檢查的時間和次數(shù)應(yīng)盡可能少。5-6 試驗后處理:試驗結(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,然

17、后用流動冷水輕輕洗滌或浸漬，以除去沉積在試樣表面的鹽類，用吹風機吹干后檢查，評定試驗結(jié)果。,1-5 試驗的操作,鹽霧試驗結(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)計分析法。評級判定法是把腐蝕面積與總面積之比的百分數(shù)按一定的方法劃分成幾個級別，以某一個級別作為合格判定依據(jù)，它適合平板樣品進行評價；稱重判定法是通過對腐蝕試驗前后樣品的重量進行稱重的方法，計算出受腐蝕損失的重量來對樣品耐腐蝕質(zhì)量進行評判，它特別適用于對某種金屬耐腐蝕質(zhì)量進行考核；腐蝕物出現(xiàn)判定法是一種定性的判定法，它以鹽霧腐蝕試驗后，產(chǎn)品是否產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象來對樣品進行判定，一般產(chǎn)品標準中大多采用此方法；腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法提供了設(shè)計腐蝕試驗、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 試驗的判定,6-1試驗結(jié)果的評價: a 試驗后的外觀 b 除去表面腐蝕產(chǎn)物后的外觀 c 腐蝕缺陷如點蝕、裂紋、氣泡等的分布和數(shù)量和狀態(tài). d 被腐蝕時間6-2 評級原則： 對鍍件外觀或使用性能