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1、1.1表面处理表面处理(SurfaceTreatment)1.2表面处理的目的表面处理的目的1.3表面处理之重要性表面处理之重要性1.4表面处理技术之种类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国内表面处理工业之状况及问题 第一章第一章表面处理概论表面处理概论 1.1 1.1 表面处理表面处理(Surface Treatment)Surface Treatment)表面处理的对象非常广泛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传统工业到现在的高科技工业,从以前的金属表从以前的金属表面到现在的塑料面到现在的塑料,非金属的表面非金属的表面.它使材料更耐腐蚀它使材料更耐腐蚀
2、,更耐磨耗更耐磨耗,更耐热更耐热,它使它使材料之寿材料之寿 延长延长,此外改善材料表面之特性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机械及化学性质之加工技术统称为表面处理 (surface treatment)surface treatment)或称为表面加工或称为表面加工(surface finishing)surface finishing)1.1.1 1.1.1 金属表面处理金属表面处理(metal surface treatment)metal surf
3、ace treatment)金属经初步加工成型后需修饰金属表面金属经初步加工成型后需修饰金属表面,美化金属表面美化金属表面,更进一步改变金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称之为金属表面处理.或称之金属或称之金属 表面加工表面加工(metal surface finishing).metal surface finishing).一、一、1.1表面处理表面处理(SurfaceTreatment)表面处理的目的可以分四大类表面处理的目的可以分四大类:(1)(1)美观美观(appearance).appea
4、rance).(2)(2)防护防护(protection)protection)(3)(3)特殊表面性质特殊表面性质(special surface properties)special surface properties)(4)(4)机械或工程性质机械或工程性质(mechanical or engineering properties)mechanical or engineering properties)(1)(1)美观美观(appearance)appearance)为了提高制品之附加价值为了提高制品之附加价值,赋予制品表面美观赋予制品表面美观,例如装饰性电镀例如装饰性电镀 (dec
5、orative plating)Au,Ag,Rh,Ni,Cr,decorative plating)Au,Ag,Rh,Ni,Cr,黄铜等电镀黄铜等电镀 (electroplating).electroplating)._(2)(2)防护防护(protection)protection)为了延长制品的寿命为了延长制品的寿命,再制品表面披覆再制品表面披覆(coating)coating)耐腐蚀之材料耐腐蚀之材料,例如例如保护性电镀保护性电镀(protectiveprotective plating)Zn,Cd,Ni,Cr,Sn plating)Zn,Cd,Ni,Cr,Sn 等电镀等电镀._1.2表
6、面处理的目的表面处理的目的(3)(3)特殊表面性质特殊表面性质(special surface properties)special surface properties)1.1.提高制品之导电性提高制品之导电性(electrical conductiuity),electrical conductiuity),例如电镀例如电镀Ag,Cu.Ag,Cu.2.2.提高焊接性提高焊接性(soderability)soderability)在通讯急电子工业应用在通讯急电子工业应用,例如例如Sn-Pb Sn-Pb 合金合金 电镀电镀.3.3.提高光线之反射性提高光线之反射性(light reflecti
7、vity)light reflectivity)例如宇宙飞船例如宇宙飞船,人造卫星的人造卫星的 外壳需外壳需 反射光线反射光线,AgAg及及RhRh的镀层被应用上的镀层被应用上.4.4.减小接触阻抗减小接触阻抗(contact resistance)contact resistance)例如在电子组件之例如在电子组件之AuAu及及PdPd电镀电镀._(4)(4)机械或工程性质机械或工程性质(mechanical or engineering properties)mechanical or engineering properties)1.1.提高制品之强度提高制品之强度(strenth),s
8、trenth),例如塑料电镀例如塑料电镀.2.2.提高制品之润滑性提高制品之润滑性(bearing propertries)bearing propertries)例如多孔洛电镀例如多孔洛电镀 (porousporous chromium plating),chromium plating),内燃机之铝合金活塞内燃机之铝合金活塞(piston),piston),镀镀 锡锡SnSn以防止汽缸以防止汽缸(cylinder)cylinder)壁刮伤壁刮伤.3.3.增加硬度增加硬度(hardness)hardness)及耐磨性及耐磨性(wear resistance),wear resistance)
9、,例如硬洛电镀例如硬洛电镀(hard chromium plating).hard chromium plating).4.4.提高制品之耐热性提高制品之耐热性,耐候性耐候性,抗幅射线抗幅射线,例如塑料例如塑料,非金属之电镀非金属之电镀.5.5.渗碳渗碳(carburizing),carburizing),氮化氮化(nitriding)nitriding)之防止之防止,例如钢铁表面硬化例如钢铁表面硬化 (case hardening)case hardening)时在不要硬化部份镀时在不要硬化部份镀Cu.Cu.三三.盐雾试验的类别盐雾试验的类别2.1 2.1 电镀之定义电镀之定义 电镀电镀(e
10、lectroplating)electroplating)被定义为一种电沈积过程被定义为一种电沈积过程(electrodepos-electrodepos-ition process)ition process)，是利用是利用 电极电极(electrode)electrode)通过电流，使金属附着于通过电流，使金属附着于 物体表面上，物体表面上，其目的是在改其目的是在改变物体表面之特性变物体表面之特性 或尺寸。或尺寸。2.2 2.2 电镀之目的电镀之目的 电镀的目的是在基材上镀上金属镀层电镀的目的是在基材上镀上金属镀层(deposit)deposit)，改变基材表面性改变基材表面性质或尺寸。例
11、如赋质或尺寸。例如赋 予金属光泽美观、物品的防锈、防止磨耗、提高予金属光泽美观、物品的防锈、防止磨耗、提高 导导电度、润滑性、强度、耐热性、耐候性、热处理之防止渗碳、氮化电度、润滑性、强度、耐热性、耐候性、热处理之防止渗碳、氮化 、尺、尺寸错误或磨耗之另件之修补。寸错误或磨耗之另件之修补。第二章第二章电镀基本原理与概念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
12、、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
13、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(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。
14、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(adhes
15、ion)，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
16、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
17、、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。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
18、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
19、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，
20、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何别的试样上。试样识别记号或装配孔应覆于下方。1-5试验的操作5-5试验中：依（表1）规格设定试验温度、压力和时间进行试验。在规定的试验周期内喷雾不得中断，只有当需要短暂观察试样时才能打开盐雾箱，开
21、箱检查的时间和次数应尽可能少。5-6试验后处理:试验结束后，依顺序将开关关闭。取出试样在室内自然干燥0.5-1小时,然后用流动冷水轻轻洗涤或浸渍，以除去沉积在试样表面的盐类，用吹风机吹干后检查，评定试验结果。1-5试验的操作盐雾试验结果的判定方法有：评级判定法、称重判定法、腐蚀物出现判定法、腐蚀数据统计分析法。评级判定法是把腐蚀面积与总面积之比的百分数按一定的方法划分成几个级别，以某一个级别作为合格判定依据，它适合平板样品进行评价；称重判定法是通过对腐蚀试验前后样品的重量进行称重的方法，计算出受腐蚀损失的重量来对样品耐腐蚀质量进行评判，它特别适用于对某种金属耐腐蚀质量进行考核；腐蚀物出现判定法
22、是一种定性的判定法，它以盐雾腐蚀试验后，产品是否产生腐蚀现象来对样品进行判定，一般产品标准中大多采用此方法；腐蚀数据统计分析方法提供了设计腐蚀试验、分析腐蚀数据、确定腐蚀数据的置信度的方法，它主要用于分析、统计腐蚀情况，而不是具体用于某一具体产品的质量判定。1-6试验的判定6-1试验结果的评价:a 试验后的外观 b 除去表面腐蚀产物后的外观 c 腐蚀缺陷如点蚀、裂纹、气泡等的分布和数量和状态.d 被腐蚀时间6-2 评级原则：对镀件外观或使用性能起重要作用的部分镀层表面，即主要表面进行外观和保护等级评定。1-6试验的判定1-5试验的操作6-3 保护等级的评定；根据腐蚀缺陷所覆盖的面积得出保护等级
23、 腐蚀点缺陷面积=n/N100%评定等级评定等级缺陷面积缺陷面积(%)(%)无缺陷无缺陷1000.2590.250.580.517122448816163232645432166401-5试验的操作6-4.外观等级的评定；a评定外观等级和许多因素有关，因而外观等级不象保护等级那样用同一精度来评定。它不仅依据缺陷的面积，而且还要根据缺陷的损失程度；b评定时，应根据试验要求，将覆盖层外观的损坏分为：很轻微的/轻微的/中等的/严重的。根据上述划分，按以下原则进行评定 1-5试验的操作 外观等级的评定；评定等级评定等级表面有较大的白锈斑，有少量红锈点，生成表面有较大的白锈斑，有少量红锈点，生成310%
24、表面锈蚀情况表面锈蚀情况表面表面无无变化变化10表面有非常微弱的灰色霉斑表面有非常微弱的灰色霉斑9表面有微弱的白锈点，生成白锈表面有微弱的白锈点，生成白锈 3%8表面有少量的白锈点，生成白锈表面有少量的白锈点，生成白锈310%7表面有较多的白锈斑，生成白锈表面有较多的白锈斑，生成白锈1130%表面有较大的白锈斑，生成白锈表面有较大的白锈斑，生成白锈31100%表面有较大的白修斑，开始有红锈，生成红锈表面有较大的白修斑，开始有红锈，生成红锈 3%表面有完整的白锈，有较多的红锈点，生成表面有完整的白锈，有较多的红锈点，生成1130%表面有完整的白锈，较大红锈斑，生成红锈表面有完整的白锈，较大红锈斑，生成红锈31100%543216