表面处理方法

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1、1.1 表面处理( Surface Treatment ) 1.2 表面处理的目的 1.3 表面处理之重要性 1.4 表面处理技术之种类 1.5 国内表面处理工业之状况及问题,第一章 表面处理概论,1.1 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,它使材料之寿 延长,此外改善材料表面之特性,光泽美观等提高产品之附加价值,所有这些改变材料表面之物理,机械及化学性质之加工技术统称为表面处理 (surface treatment) 或称为表面加工(surf

2、ace finishing) 1.1.1 金属表面处理(metal surface treatment) 金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之各种操作过程,称之为金属表面处理.或称之金属 表面加工(metal surface finishing).,一、 1.1 表面处理( Surface Treatment ),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(mecha

3、nical or engineering properties) (1) 美观(appearance) 为了提高制品之附加价值,赋予制品表面美观,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)耐腐蚀之材料,例如保护性电镀(protective plating) Zn,Cd,Ni,Cr,Sn 等电镀. _,1.2 表面处理的目的,(3) 特殊表面性质(special surface properties)

4、1. 提高制品之导电性(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Sn-Pb 合金 电镀. 3. 提高光线之反射性(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)例如在电子组件之Au及Pd电镀. _ (4) 机械或工程性质(mechanical or engineering properties ) 1. 提高制品之强度(strenth),例如塑料电镀. 2. 提高制品之

5、润滑性 ( bearing propertries ) 例如多孔洛电镀 (porous chromium plating), 内燃机之铝合金活塞 (piston) ,镀 锡Sn以防止汽缸 (cylinder)壁刮伤. 3. 增加硬度(hardness)及耐磨性(wear resistance) ,例如硬洛电镀( hard chromium plating). 4. 提高制品之耐热性,耐候性,抗幅射线,例如塑料,非金属之电镀. 5. 渗碳(carburizing) ,氮化(nitriding) 之防止,例如钢铁表面硬化 (case hardening)时在不要硬化部份镀Cu.,三.盐雾试验的类别

6、,2.1 电镀之定义 电镀(electroplating)被定义为一种电沈积过程(electrodepos- ition process)， 是利用 电极(electrode)通过电流，使金属附着于 物体表面上， 其目的是在改变物体表面之特性 或尺寸。 2.2 电镀之目的 电镀的目的是在基材上镀上金属镀层(deposit)，改变基材表面性质或尺寸。例如赋 予金属光泽美观、物品的防锈、防止磨耗、提高 导电度、润滑性、强度、耐热性、耐候性、热处理之防止渗碳、氮化 、尺寸错误或磨耗之另件之修补。,第二章 电镀基本原理与概念,2.4 电镀的基本知识 电镀大部份在液体 (solution) 下进行，又绝

7、大部份是由水溶 液 (aqueous solution) 中电镀，约有 30 种的金属可由水溶液进 行电镀, 由水溶液电镀的金属有：铜Cu、镍Ni 、铬Cr、锌Zn、镉Cd“ 、铅Pb、金Au、银Ag、铂Pt、钴Co、锰Mn、锑Sb、铋Bi、汞Hg 、镓Ga、铟In、铊、As、Se、Te、Pd、Mn、Re、Rh、Os、Ir、Nb、W 等。 有些必须由非水溶液电镀如锂、钠、钾、铍、镁、钙、锶、钡、铝、La、Ti、 Zr、Ge、Mo等。可油水溶液及非水溶液电镀者有铜、银、锌、镉、锑、铋、锰、钴、 镍等金属。 电镀的基本知识包括下列几项： 溶液性质 物质反应 电化学 化学式 界面物理化学 材料性质,

8、2.5电镀基础 电镀溶液 金属阳极与金属阳极袋 电镀架 电镀前的处理 电镀工场设备 电镀控制条件及影响因素 镀浴净化 镀层要求项目 镀层缺陷 电镀技艺 金属腐蚀 2.5.3 电镀溶液，又称镀浴（plating bath） 电镀溶液是一种含有金属盐及其它化学物之导电溶液，用来电沈积金属。其主 要类别可分酸性、中性及咸性电镀溶液。强酸镀浴是pH值低于的溶液 ，通常是金属 盐加酸之溶液，例如硫酸铜溶液。弱酸 镀浴是pH值在25.5之间镀浴，例如镍镀浴。 咸性镀浴其pH值超过之溶液，例如氰化物镀浴、锡酸盐之锡镀浴及各种焦磷酸盐镀 浴。,2.5电镀基础,2.5.7 电镀之前处理 电镀前之处理，称之前处理

9、(pretreatment)，包括下列过程： 1. 洗净：去除金属表面之油质、脂肪、研磨剂，及污泥。可用 喷射洗净、溶剂洗净、浸没洗净或电解洗净。 2.清洗：用冷或热水洗净过程之残留洗净剂或污物。 3. 酸浸：去除锈垢或其它氧化物膜，要注意防止基材被腐蚀或 1. 产生氢脆。可加抑制剂以避免过度酸浸。酸浸完后要充份清洗。 4.活化：促进镀层附着性，可用各种酸溶液使金属表面活化。 5.漂清：电镀前立刻去除酸膜，然后电镀。,适用范围（表1）,2.5.9 电镀控制条件及影响因素 1.镀液的组成。 12.覆盖性。 2.电流密度。 13.导电度。 3.镀液温度。 14.电流效率。 4.搅拌。 15.氢过电

10、压。 5.电流波形。 16.电流分布。 6.均一性。 17.金属电位。 7.阳极形状成份。 18.电极材质及表面状况。 8.过滤。 19.浴电压。 9.pH值。 10.时间。 11.极化。,电镀控制条件及影响因素,2.5.11 镀层要求项目 依电镀的目的镀层必须具备某些特定的性质，镀层的基本 要求有下列几项： 1. 密着性(adhesion)，系指镀层与基材之间结合力，密着性不佳则镀层会 有脱离现象，其原因有： (1)表面前处理不良，有油污、镀层无法与基材结合。 (2)底材表面结晶构造不良。 (3)底材表面产生置换反应如铜在锌或铁表面析出。 2. 致密性(cohesion)，系指镀层金属本身间

11、之结合力，晶粒细小， 无杂质则有很好的致密性。其影响的因素有：(1)镀浴成份， (2). 电流密度，(3)杂质，一般低浓度浴，低电流密度可得到 晶粒细而致密。 3. 连续性(continuity)，系指镀层有否孔隙(pore)，对美观及腐蚀 影响很大。虽镀层均厚可减少孔隙，但不经济，镀层要连续 ，孔率要小。,镀层要求项目,4. 均一性(uniformity)，是指电镀浴能使镀件表面沈积均匀厚度的 镀层之能力。好的均一性可在凹处难镀到地方亦能镀上，对美 观、耐腐蚀性很重要。试验镀浴之均一性有Haring电解槽试验 法、阴极弯曲试验法、Hull槽试验法。 5. 美观性(appearence)，镀件

12、要具有美感，必须无斑点，气胀缺陷 ，表面需保持光泽、光滑。可应用操作条件或光泽剂改良光泽度 及粗糙度，也有由后处理之磨光加工达到镀件物品之美观提高产 品附加价值。 6. 应力(stress)，镀层形成过程会残留应力，会引起镀层裂开或剥离 ，应力形成的原因有 ：(1)晶体生长不正常，(2)杂质混入，(3)前处理使基材表面变质妨 砖结晶生长。 7. 物理、化学机械特性如硬度、延性、强度、导电性、传热性、 反射性、耐腐蚀性、颜色等。,镀层要求项目,52.5.12 镀层缺陷 镀层的缺陷主要有：(1)密着性不好，(2)光泽和平滑性不佳 ，(3)均一性不良，(4)变色，(5)斑点，(6)粗糙，(7)小孔。

13、缺陷 产生的原因有：(1)材质不良，(2)电镀管理不好，(3)电镀工程 不完全，(4)电镀过程之水洗、干燥不良，(5)前处理不完善。,镀层缺陷,金属腐蚀,2.5.14 金属腐蚀 金属腐蚀，是由于化学及电化学作用的结果，可分为化学 腐蚀与电化学腐蚀，按腐蚀还境可分为高温气体腐蚀、土壤 腐蚀等。又依腐蚀破坏情形可分为全面腐蚀及局部腐蚀。 局部腐蚀又可分为斑状腐蚀、陷坏腐蚀、晶间腐蚀、穿晶腐蚀 、表面下腐蚀、和选择性腐蚀，如黄铜脆锌。影响腐蚀的因素 有：(1)金属的本性，(2)温度，(3)腐蚀介质。防止金属腐蚀的 方法有：(1)正确选用材料，(2)合理设计金属结构，(3)耐蚀合金 ，(4)临时油封包

14、装，(5)去除腐蚀介质，(6)电化保护，(7)覆层保护。,3.1前处理的意义 一般前处理工程过程为,研磨预备洗净水洗电解脱酯水洗酸浸及活性化水中和水洗电镀。 3.1.1 前处理的目的 前处理的目的是为了得到良好的镀层，由于镀件在制造、 加工搬运、保存期间会有油酯、氧化物锈皮、氢氧化物、 灰尘等污物附着于镀件表面上，若不去除这些污物而进行 电镀将得不到良好的镀层。镀 件质量，前处理占很重要的 地位。 3.1.2 前处理不良所造成之镀层缺陷 前处理不良所造成之镀层缺陷，有下列几项：(1)剥离， (2)气胀，(3)污点，(4)光泽不均，(5)凹凸不平，(7)小孔 (8)降低耐蚀性，(9)脆化。电镀

15、之不良，前处理占很大的原 因。,第三章 前处理,3.1.3 污物的种类 污物的种类，可分为有机物及无机物。有机物污物主要是动 物性油酯，植物性油酯及矿物性油酯，无机物污物是金属氧化 物、盐类、尘埃、及砂土。另外由有机物和无机物污物之物如 研磨屑、研磨材料。动物性及植物性油酯可被化缄剂皂去除。 矿物性油污无法被缄剂皂去除需用三菉乙烯、汽油、石油溶剂 乳化剂等去除。无机物污物可被酸或缄溶解，利用酸、缄浸渍 、化学或电解方法去除及机械研磨方法去除。无机、有机混合 污物，去除较困难，除了利用化学方法，亦须用电解，机械研 磨等方法联合应用去除。 3.1.4 电镀前处理去除的典型污物 (1) 润滑油 (6) 淬火残留物 (2) 切削油 (7) 热处理盐 (3) 研磨油 (8) 热处理盐 (4) 热斑 (9) 污迹 (5) 锈及腐蚀物 (10) 油漆及油墨,1-5 试验的操作,c. 试样之间不得互相接触，也不与箱壁相碰，试样的间距一般不小于20mm，试样上下层必须交叉放置，试样间间隔应能使盐雾自由沉降在试样的主要表面上。 d.一个试样上的盐水溶液不得滴在任