常用的表面处理介绍

功 能 性 鍍 層
導電性鍍層 磁性鍍層 熱處理用鍍層 修復性鍍層 可焊性鍍層 其他 簡單鍍層
鍍 層 結 構
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)
組合鍍層 複合鍍層
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(special surface properties) • (4) 機械或工程性質(mechanical or engineering properties)
• (1)
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都可為之 化學拋光, 電解拋光 適用於鋁, 不銹鋼等材質 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。
2.)上掛 3.) 粗化
4.)活化上鈀
5.)活化 加速
6.)低溫化學鎳
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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
8.)酸銅
9.)半光鎳
10.)光鎳
11.)微孔鎳
12.)鍍鉻
13.)烘乾
14.)下掛
15.)掛具清潔
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上掛
注意事項: • 上掛時不要扭曲、擠壓或拉伸工件，以免產生應力
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鈀活化
由於化學鎳的沉積需要催化，因此首先應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。
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膠體鈀在氯化亞錫螯合下吸附到塑膠表面
鈀 錫
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Guardian Automotive
加速 (解膠)
-去除錫膠體-鈀獲得活性
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 件一邊產生溶解反應一邊與發生的氧氣作 用產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
電鍍鎳與無電解鎳鍍層差異
電鍍鎳
無電解鎳
塑膠電鍍
塑膠鍍應用領域
• • • • • 汽車 衛浴 電子 海洋工業 器具、首飾業等
關於ABS樹脂
ＡＢＳ樹脂正如眾所周知，它是由丙烯腈（Acrylonitrile成分Ａ）、丁二烯（Butadiene 成分Ｂ）及苯乙烯（Styrene成分Ｓ）這３種成分組成。各種成分的作用： ① 丙烯腈：耐熱性 ② 苯乙烯：成形加工性 ③ 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性能優良等優點，還具 有電阻絕緣性，耐藥性，尺寸穩定等優點。因成形性好最適合做為射出成形材料。 相反作為缺點，它比聚丙烯的耐熱性要稍差一點。 ＡＢＳ的構造是在ＡＳ的母體中Ｂ這種橡膠成分呈球狀粒子（直徑0.1～1.0μ）分 散其中而成的兩層結構。這種構造的ABS素材經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，素材表面形成無數的微小凸凹。金屬鍍膜充填進這 些凸凹的裡面而產生牽引效果。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，粒子半徑，形狀等都會對電鍍層 的密著性產生微妙的的變化。
鍍層分類
防護-裝飾性鍍層 使 用 目 的 耐磨和減磨性鍍層 抗高溫氧化鍍層 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 )
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) 磁環`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)
陽極膜的結構
陽極處理與電鍍的差異
變化多端的陽極處理
噴 砂 同 心 圓 高 光 鑽 切
網 印
多色陽極
Logo 鑽切
髮 絲 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
電鍍原理
借助外界直流電的作用，在溶液中進行電解反應，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:
Cu2+ + 2e- → Cu
陽極主要反應:
Cu →Cu2+ + 2e-
陰極副反應:
2H3O+ + 2e- →H2 + 2H2O
陽極副反應:
6H2O →O2 + 4H3O+ + 4e-
•
• (3) 特殊表面性質(special surface properties)
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 業應用,例如Sn-Pb 合金 電鍍. 3. 提高光線之反射性(light reflectivity ) 例如 太空船,人造衛星的外殼 反射光線,Ag及Rh的鍍 層被應用上. 4. 減小接觸阻抗(contact resistance)例如在電 子組件之Au及Pd電鍍.
鋁合金陽極處理的物理性質
Porosity density 陽極孔密度 Coefficient of thermal conductivity
熱傳導係數
6x1010/cm2 0.16cal/cm.sec. ℃
Electrical resistance 電阻 12~13MΩ-cm Potential resistance 耐電壓 400V Film thickness 膜厚 5~20μm(normal) ,30~100μm(hard anodizing) Porosity ratio 孔隙率 20~30% Hardness 硬度 200~250Hv(normal),400~450Hv(hard anodizing) Density 密度 3.18g/cm3(20℃) Heat resistance 耐熱溫度 300℃ coefficient of thermal expansion 熱膨脹係數 4.5x10-6M/℃
• 接觸夾鉗須由不銹鋼或鈦製成
• 接觸夾鉗的形狀至關重要 • 掛具須覆PVC作絕緣
• 應注意工件掛的方向和角度，減少“兜水”給鍍液帶來的損耗
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粗化
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) 形成投錨點 －在表面形成直徑為0.2 µ m到1 µ m的凹陷
Leabharlann Baidu
ABS和ABS/PC塑膠鍍之優點
• 與金屬材質比重量更輕，成本更低 • 形狀設計可更趨於多樣化和複雜化，且容易生產
• 無需機械處理如拋光或打磨等
• 可上鍍多種金屬鍍層，獲得想要的金屬質感
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流程
塑膠鍍流程可大致分為15個步驟: 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.)塑膠射出
• (4) 機械或工程性質(mechanical or engineering properties )
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 多孔鉻電鍍 (porous chromium plating), 內燃機 之鋁合金活塞 (piston) ,鍍錫Sn以防止汽缸 (cylinder)壁刮傷.
H2PO2-+H→H2O+OH-+P0
H2PO2-+H2O→H++HPO32-+H2↑
• 主反應：Ni2++2H2PO2-+2H2O→Ni+2HPO32+4H++H2↑ • 副反應：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 • 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, 電鍍鎳之設備及 人工成本較高
ABS粗化後的表面結構
SEM掃描電鏡–照片 t = 10 min, T = 65 ° C
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粗化品質控制測試(結合力)
• 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測試板上進行預鍍前處理， 然後電鍍50m的光亮酸銅用於粘合力測試。 • 良好的結合力範圍在5 – 12 lbs/inch之間，這取決於 所使用的樹脂和射出條件。
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 • 陽極處理 • 化成處理
• • • •
幾乎所有金屬材質都可為之 適用於鋁、鎂、鈦、鋅等金屬 用於鋁、鎂、鐵、鋅等金屬的防銹或塗裝 之底層處理
•
美觀(appearance)
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).
•
(2) 防護(protection)
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) Zn,Cd,Ni,Cr,Sn 等電鍍.
鈀
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化學鎳
-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~ 0.5 µ m
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7.)衝擊鎳(~ 2.5 µ m)
產品:
鎳鍍液(瓦特鎳型)
-增強加固化學鎳鍍層厚度
衝擊鎳~ 2.5 µ m
化學鎳 ~ 0.5 µ m
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8.)酸性光亮銅(20 - 30 µ m)
產品: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定性 -可產生光亮、光滑的表面
無電解鎳的特性
• • • • • • • • • • • 皮膜均一 磷含量控制於10%以上可達非磁性鍍層 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 設備管理容易
化學鎳反應原理
反應機構 H2PO2-+H2O→H++HPO32-+2H Ni2++2H→Ni+2H+
Acrylonitrile 丙烯腈
Butadiene 丁二烯
Styrene 苯乙烯
橫截面: 黑色球狀的為B部分丁二烯.
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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)轉變成三價鉻離子(Cr+3)。 若鉻離子的殘留狀態是六價鉻狀態，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。
As the cathode reaction
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,應用在電容器(capacitor)工業上 • 5.發射性及反射性: 太空(aerospace),電子(electronics) 及機械(machinery)等光熱應用上 • 6.耐磨性及硬度: 具有耐磨特性,應用在齒輪(gears),活 塞(pistons),葉片(fan blade),燃料噴角(fuel nozzles)