表面处理概论与理论知识

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1、表面处理表面处理概论与概论与理论知识理论知识 一一、表面处理概论表面处理概论 1.1 表面处理表面处理( Surface Treatment ) 表面处理的对象非常广泛，从传统工业到现在的高科技工业，从以前的金属表面到现在的塑 料，非金属的表面.它使材料更耐腐蚀，更耐磨耗，更耐热，它使材料的寿命延长，此外改善材 料表面的特性，光泽美观等提高产品的附加价值，所有这些改变材料表面的物理，机械及化学性 质的加工技术统称为表面处理(surface treatment) 或称为表面加工(surface finishing)。 1.1.1 金属表面处理(metal surface treatment) 金

2、属经初步加工成型后需修饰金属表面，美化金属表面，更进一步改变金属表面的机械性质 及物理化学性质等的各种操作过程，称的为金属表面处理.或称的金属表面加工(metal surface finishing)。 1.2 表面处理的目的表面处理的目的 表面处理的目的可以分四大类: (1) 美观(appearance)。 (2) 防护(protection) (3) 特殊表面性质(special surface properties) (4) 机械或工程性质(mechanical or engineering properties) (1) 美观(appearance) 为了提高制品的附加价值，赋予制品表

3、面美观，例如装饰性电镀(decorative plating) Au， Ag， Rh， Ni， Cr，黄铜等电镀 (electroplating)。 (2) 防护(protection) 为了延长制品的寿命，再制品表面披覆(coating)耐腐蚀的材料，例如保护性电镀(protective plating) Zn，Cd，Ni，Cr，Sn 等电镀。 (3) 特殊表面性质(special surface properties) 1. 提高制品的导电性(electrical conductiuity)，例如电镀 Ag，Cu。 2. 提高焊接性(soderability)在通讯急电子工业应用，例如 S

4、n-Pb 合金电镀。 3. 提高光线的反射性(light reflectivity ) 例如宇宙飞船，人造卫星的外壳需反射光线，Ag及 Rh的 镀层被应用上。 4. 减小接触阻抗(contact resistance)例如在电子组件的 Au及 Pd 电镀。 (4) 机械或工程性质(mechanical or engineering properties ) 1. 提高制品的强度(strenth)，例如塑料电镀。 2. 提高制品的润滑性 ( bearing propertries ) 例如多孔铬电镀(porous chromium plating)， 内燃机的 铝合金活塞 (piston) ，镀

5、锡 Sn以防止汽缸 (cylinder)壁刮伤。 3. 增加硬度(hardness)及耐磨性(wear resistance) ，例如硬铬电镀(hard chromium plating)。 4. 提高制品的耐热性，耐候性，抗幅射线，例如塑料，非金属的电镀。 5. 渗碳(carburizing) ，氮化(nitriding) 的防止，例如钢铁表面硬化(case hardening)时在不要硬化部 份镀 Cu。 1.3 表面处理的重要性表面处理的重要性 表面处理工业虽然不是工业的主流，但只有透过表面处理，制品的特性及价值才能充份发挥 出来.应用电镀(plating)，阳极处理(anodizing

6、)，化成处理(convesion coating)，涂装(coating)等工业 技术，达到防蚀，增进可焊性，润滑性，耐磨性，附着性及钢材防止渗碳等的多项目的。所以表 面处理为各种加工制造工业不可或缺的过程。从传统工业到近代高科技，表面处理技术一直扮演非常重要性的角色.例如宇宙飞船，人造卫星，集成电路等的发展表面处理技术都有决定性的影 响.由于表面处理对材料月异，带动相关科技工程的进步。 1.4 表面处理技术的种类表面处理技术的种类 从表面处理的特性可分类从表面处理的特性可分类: 表面形成： 机械法 _ 珠击法，切削，搪磨，撒砂，精磨，研磨，超加工。 冶金法 _ 表面硬化，(淬火，渗碳，氮化)

7、，扩散皮膜法。 化学法 _ 电解研磨，酸洗，化学研磨，酸蚀雕刻。 表面披覆： 表面披覆_ 电镀，无电镀，热浸镀，熔射镀，真空蒸着，阴极喷溅， 无机披覆_ 阳极处理，化成处理，着色，珐琅处理。 有机披覆_ 涂装，橡胶加衬，塑料加衬。 1.5 国内表面处理工业的状况及问题国内表面处理工业的状况及问题 依据民国 70 年行政院科技顾问组调查报告，有关表面处理工业，国内有约 4000 家，其中 电镀工业约占 1200 家，分散全省各地，主要的生产项目有，工业电镀，装饰电镀，热浸电镀， 阳极电镀，化成电镀，发色，涂装，从事表面处理的工作人员有 15000 至 20000 人，具有专业知 识程度者约 10

8、00 人至 1500 人。 1.5.1 原料及设备的供应 大部分昂贵的原料依靠国外进口，生产设备多为国产，较贵重的检验仪器设备 75%是进口 货.国内原料成本极高，业着负担沉重，应设法改善，防止贸易商操纵市场，更要鼓励研究开发 及生产重要的原料。 1.5.2 从业人员知识水准 一般从业人员的程度较低，科技短识及品管观念缺乏，难有研究开发新产品，唯赖低廉劳 力，以求生存.政府有关单位应定期举办研习会，使业者获得新知蔚为研究风气，提高技术水 准，对在职工程人员，鼓励利用建教合作方式，进修或在职训练，亦应举办各类技术鉴定考试， 并规定业者的工厂作业需由技术士担任。表面处理对材料的附加价值甚高，先进国

9、家不惜投入庞 大人力物力从事研究发展，使得表面处理技术日新月异，要并驾齐驱，迎头赶上，势必从教育做 起，在大专院校设立正规教育的表面处理人才，才能有雄厚发展实力.鼓励学校与工业界间的建 教合作，技术性问题需要由学校带动，学校要增添新设备，充实师资，积极培育专业人才，企业 界要仅量聘用教育较高科技人员，以增加研究发展的潜力。 1.5.3 生产及经营方式 一般专业厂商规模不大，主要为订货生产，小规模工厂没有管理制度，教育程度低，对人 力，原料及能源造成无所谓的浪费.大厂则受到地下工厂恶性削价的竞争，影响小厂应集中投 资，合并经营，始合乎经济原则.就有生产设备应适时予以淘汰，换置自动化处理设备，能以

10、简 化经营管理，提高生产效率，稳定品质，节省人工，提高产品的国际声誉，促进工业升级。 1.5.4 废物处理及公害 由于地下工厂甚多，使废物形成严重的公害问题，废物处理系统投资费用极高，非一般中 小型表面处理工厂所能负担维持得起，根据经验及需要，认为设立表面处理专业区，集中处理废 物，废水，不但能减少公害，而且能管制地下工厂。 1.5.5 表面处理公会 表面处理是工业发展中很重要的一环，避免或防止表面处理界的恶性竞争或市场操纵， 加强厂商彼此合作，联系与技术交流，应充份发挥公会功能，解决同业的困难.另应设有完整品 质检验中心，集中检验，测定的服务，订定表面处理标准规范，作为厂商品质改善或品质保证

11、的 依据。 1.5.6 表面处理技术资料 根据业者的反映，国内技术资料的获得不亦且缺乏，技术难以突破，应设置有健全的表面技 术数据处理中心，对研究开发者适时提供新颖充份的信息，对引进国外技术者提供可参考资料。 1.6 国内表面处理工业发展的方向国内表面处理工业发展的方向 国内表面处理工业的技术自行开者很少，大多仰赖国外厂商的业务代表或代理商往往引进 的技术并非最前进者或只是局部的，因此使本国产品品质逊于外货乃为不可避免，产品的信誉及 附加价值难以提升.国内学术机构也甚少做独立性长期性的研究，国内欲求工业的升级，商品附 加价值提高，必须大力提高表面处理技术，以达成支持各项金属制造业，机器工业，电

12、子工业的 任务。 1.6.1 装饰电镀(decorative plating) 装饰电镀的主要目的改进产品的外观，提高产品附加价值，其主要产品如项链，胸针，耳 环等饰物，合法登记的装饰电镀厂不足十分的一，地下小厂不需付税捐，废水处里费用等，导致 小厂吃大厂，劣币逐良币的反淘汰的恶性循环，所以发展的方向应为大厂增添新设备，提高技术 水准，提高产品品质，加强取缔公害，自然促使非法及小厂淘或合并经营才能进一步发展。 1.6.2 工程电镀(engineering plating） 工程电镀的目的是增加产品的耐蚀力，延长使用寿命，改进机械性质等.现在许多精密模具 无法使用机械加工， 也使用电镀法，称的为

13、电铸 (electroforming).工的规模较大，许多操作采用 自动化，多附属于大规模较大机器制造厂。独立的工程电镀厂也大都与大型机器金属制造厂订有 长期加工契约，其恶性竞争较装饰性电镀小，随着经济发展，工程电镀技术水准必须精益求精， 力争上游，其发展是大有可为的工程电镀使用支持料数量钜大，因此废物处理的公害问题需特别 重视，稍一不慎将造成不可收拾的公害。一般中小厂为节省开支没有废物处理设备，或有也只供 参观检查时的用，浪费投资，罔顾员工及环境的安全与卫生.故今后发展方向为如何协助，促使 这些小厂家合并始引进或研究开发更经济更有效新技术.工程电镀用的化学品如进镀成性质的添 加剂，多为国外原

14、料供货商的机密，利润甚高，若能长期研究必能研就发展成功替代品，以减低 本国电镀工业的成本。 1.6.3 镀锡(tin plating) 镀锡生产应往高速率的连续生产方向发展，唯有使用高度自动化设备才能节省日益高涨的 连续工资及能源.此种设备国内无法设计制造，需向国外引进技术，近年来使用铝罐，铝箔，塑 料瓶罐，腊纸盒，玻璃瓶等材料越来越普遍，占去马口铁很大的市场尤其一些锡生产的开发国家 如印尼，菲律宾，泰国，马来西亚等也开始生产马口铁，另外有逐渐改无锡铁皮(tin free steel)的 趋势。 1.6.4 热浸镀锌(zinc hot dip coating) 镀锌钢片主要有电镀式镀锌钢片及热

15、浸式钢片，其中以热浸式占大多数，镀锌钢片具有优 良耐蚀性与低廉价格.主要用途为建筑如用在顶板(roofing)，侧板(siding)，广告牌，风管等，其次 为电器及机械业.国内镀锌钢片业者需淘汰更新陈旧设备，采用新式连续式热浸镀锌方式生产， 产量大，品质佳，产品适用性广，成本低并加以配合耐高腐蚀力，镀层延性，抗热性，焊接性及 美丽彩色涂装的需求提高制品的品质.如发展出来的铁锌合金镀面，差别镀锌，单面镀锌及铝锌 合金镀面等。 1.6.5 阳极处理(anodizing) 铝的阳极处理是铝金属表面藉由电流的作用形成一层氧化物膜，坚硬耐磨，抗蚀性极高， 色泽优美.铝合金本身易于加工，强度高，用途很广，

16、磥琐 T 阳处理产品为铝门窗，家俱，照相 机及仪表外壳另件.铝材制造极其加工业也日益扩展，铝阳处理有相当市场潜力。阳极处理的发 展例如硬质阳极处理(hard anodizing)，在低温电流亦有用交直流并用的阳极处理.这种硬化的阳极处理的铝材可用于活塞，汽缸，汽缸内衬，油压机及涡轮的另件，汽阀，齿轮，枪械另件，离合 器，煞车圆片，(brake disk)，机器另见及工具等.液温，电流密度，溶液成份需自动控制才能严 格管制成品的品质以达客户要求.自动化需引进国外技术及大量的资金，所以同时要深入了解国 外市场的潜力循序达成自动化。 1.6.6 涂装(coating) 涂装工业的成长仍应会继续扩大，应设法取缔地下工厂以减少公害。保障合法厂商，避免 恶性竞争.教育用户重视表面处理技术的价值，提高涂装品质的要求.大厂商应力争上游，自行发 展高级产品而不能只埋怨小厂的低廉竞销.发展的趋势大多采用粉体涂装，以节省能源和溶剂并 可减少公害.非溶剂的涂装和省能源型(紫外线硬