表面處理介紹

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電鍍(electroplating)

在物體上鍍一層膜。由於電鍍表面具有保護兼裝飾效用;故廣被應用。也有少部分的電鍍提供其他特性,諸如高導電性、高度光反射性或降低毒性,最常使用的電鍍金屬為鎳、鉻、錫、銅、銀及金。

●用途

電鍍用途多而廣泛,由銀燭台的精製至高速電鍍錫,高速鍍錫時以每分鐘610公尺的速度將錫鍍在0.9公尺寬的細長鋼片上製造鍍錫鋼片,可用於製造馬口鐵罐。 銀由於光澤亮、外觀吸引人且無毒性,常電鍍在餐具上。金由於引人注目,處理後不變色,也常用於珠寶電鍍,金也可電鍍於需低電接觸電阻的物體面。鋼鐵鍍以不同的金屬可抗腐蝕及磨耗,錫常用於鍍鋼,也常在鎳及銅鍍層上覆以鉻。海洋中使用鍍鎘製品特別有效。若製品不要求亮麗、光澤的表面鍍層時,鋼鐵上鍍鋅為最經濟的抗腐蝕處理。某些工業如電子業,被處理表面在以軟焊劑軟焊零件時要求瞬間接合。此類表面可以錫、鍚鉛合金或金電鍍處理。 多孔鎔,因在表面形成針孔或溝槽,藉以保留潤滑油,可改善軸承的效用;活塞環鍍錫可防止引擎停車時汽缸壁刮傷。銅雖也有用作最終電鍍金屬,但大多用為預鍍層,上面再鍍一層其他金屬,如鎳及鉻。銅電鍍由於較易施行,且有使底材缺陷平滑的效果,常用作預鍍層,且當需機械拋光時,較鋼鐵易於磨光。銠通常電鍍於高強度燈光用反射面和電子接點上。 一些合金材料可用於電鍍上,包括黃銅(銅鋅合金)、青銅(銅錫合金)、鍚鉛合金、錫鎳合金及鍚鋅合金。

●電鍍原理

電鍍為一種電解過程,提供鍍層金屬的金屬片作用有如陽極,電解液通常為鍍著金屬的離子溶液,被鍍物作用則有如陰極。陽極與陰極間輸入電壓後,吸引電解液中的金屬離子游至陰極,還原後即鍍著其上。

同時陽極的金屬再溶解,提供電解液更多的金屬離子。某些情況下使用不溶性陽極,電鍍時需添加新群電解液補充鍍著金屬離子。

●設備

電鍍的基本設備包括一個電鍍槽、一個清淨溶液貯存槽及數個洗淨槽。為使溶液保持在操作溫度,有的須加加熱管;有時又為排放電鍍槽內的熱量須裝置冷卻管。
被鍍件由一槽轉移至另一槽時可以手操作、半自動或全自動方式。小零件如螺絲、螺帽等的電鍍,無法個別處理,可將其置於電鍍液面下的滾筒內電鍍之。

●清潔

為了得到理想的鍍層,基材金屬須清潔乾淨,無袨磼峔銗L干擾層。有些金屬須事先處理使活性化,使其更易接受電鍍層。有些基材金屬較難電鍍,而鋁、鎂、鈦及鉭金屬須作特殊預鍍處理。
基本的清潔程序首先以熱鹼液或有機溶劑去除髒物或污染,再以少量酸去除氧化膜,最後以溫和鹼液清洗之。此清潔程序視金屬特性及污染程度可以有許多變化。

●電鍍溶液

電鍍液大多為水溶液,但有些金屬不能以水溶液電鍍,則電鍍液改為有機電解液。其他金屬也有以熔融鹽電鍍者。大部分電鍍液均需加入不同的化學品,用以增加溶液的導電性、調整酸鹼平衡、修正鍍著層的物性狀態及增加陽極的溶解速率(用以替換電解液內溶出的金屬離子)。

許多電鍍液配方均有專利權。專利權可能包括整個電鍍過程或是針對促使鍍件光滑亮麗無需再加磨光的添加劑。大部分鍍液如不含特殊的添加劑,其電鍍層較無光澤,如作裝飾品時,須另予機械拋光。許多電鍍槽須加入少量有機添加劑,才能得到滿意的電鍍層。

許多電鍍溶液中含有氰化物及重金屬,如鉻、鎳及鋅。由於這些物質具毒性,含有此類毒物之電鍍廢水排放成為環境維護的一重要問題。

●電鍍層厚度

由於電鍍花費不貲,在商業上電鍍層盡可能很薄。如作裝飾用途之鍍金,其電鍍層厚度可薄至0.05微米。一般銅/鎳/鉻合金的鉻電鍍層約0.25微米。鎳鍍層如使用於戶外,譬如汽車保險槓,其厚度須在25-50微米;鋅及鎘端視抗腐蝕程度需要,厚度在2.5-15微米;當錫電鍍後可具軟焊特性時,其電鍍層厚度約5微米;錫罐頭的錫鍍層厚僅約0.4微米;電機工具用硬鉻鍍層在100-300微米;電鑄厚度則超過0.5公分。

【大美百科全書(9)Encyclopedia Americana】

電著塗裝

電著塗料是一種特別的塗裝方式,即電著塗料分散於水中在通電時沉澱於被塗物,形成均勻非水溶性之塗膜。從一九七七年美國開始使用陽離子電著塗裝於汽車車體及零件的底漆塗裝後,世界各地的汽車工業亦跟進從陰離子電著改為陽離子電著系統。目前本公司的電著塗料為陽離子電著塗料(CATHODIC ELECTRODEPOSITION PAINTS簡稱CED)分為三個系統:

 

1、T-1 CED       環氧樹脂CED

 

2、Q-1CED       改質壓克力樹脂CED

 

3、 金鑽陽離子CED  壓克力陽離子電著塗料

 

 

 

電著塗料的流程與其機構

 

陰離子

陽離子

中和劑、有幾胺

中和劑、有幾胺

 

 

由於PH降低而形成

由於PH升高而形成

塗膜

塗膜

陽極  被塗物

陰極  被塗物

2H2O 4H+ + 4e- + O2

2H2O + 2e- 2OH- + H2

RCOO- + H+ R-COOH

RNH+ + OH- R-N + H2O

Me Me+ + e-

 

RCOO- + Me+ (RCOO) Me

 

陰極 2H2O + 2e- 2OH- + H2

陽極 2H2O 4H+ + 4e- + O2

 

 

  電著塗裝原理四步驟

 

 

 

現 象

行 為

ELECTRO PHORESIS 電泳

帶正電的塗料移向被塗物

ELECTRO DEPOSITION 電沉澱

形成不溶性之塗膜

ELECTRO LYSIS 電解

水的電解

ELECTRO OSMOSIS 電滲透

在塗膜的水中由於電壓差

所以逆著電流的方向移動

 

 

 使用電著塗料之優點

 

 自動化

整個流程從前處理直到電著烘烤完全自動化減少人力

 塗膜均勻

 藉由電壓之調整能均勻地獲得所需之途膜 

 高滲透力

能電著到一般噴塗方式塗裝達不到的部位,並提升這些部位之耐蝕力

 減低塗料損失

由於在電著系統中使用UF系統所以能將塗料損使減至最小

 不易著火

ED塗料與水稀釋且所含溶劑量很低,所以不易著火

 良好的塗面

電著產生之塗膜由於僅含少量水與溶劑所以不造成流漆起泡等情形

 低物染

由於塗料損失很少且溶劑含量很低,所以這種塗料相對地污染較小

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  標準電著塗裝流程

 

 

 

    去脂 表調 皮膜處理 最後水洗 電著塗裝 水洗 烘乾

流 

處 

 去 

去除油脂及防蛌o

 表  調

幫助皮膜化成穩定之結晶

 皮膜處理

有噴洗式(皮膜重量0.8-1.8g/m2) 與浸洗式(皮膜重量2.0-3.0g/m2)兩種

 最後水洗

去除殘留物,最後一到純水洗導電度必須小於50μm/cm

 電著塗裝

 1、 電著塗裝兩種通電方式比較

 

 

      帶電入槽

   入槽帶電

   優點 減少電源

   膜厚較均勻

      通電時間較長

   不會有streaky mark

   缺點 膜厚會不均勻

   需較高電能

      履帶速度慢會造成塗膜缺陷

 

 2、電著塗裝所需時間約為三分鐘

 

膜 厚

 

 

 

 

 

 

時 間

 

 

 3、快速升高電壓與soft start的電流與時間關係

 

   由上圖可知快速升高電壓、電流急速上升,可能造成膜厚

   不均、滲透力較差的狀況。

 

  4、電流與時間之關係

 

 

 5、溫度對電著塗裝之影響

 

 

槽 溫

現 

問 

 

越容易得到高膜厚

塗料安定性變差

 

不容易得到理想膜厚

色粉傾向沉澱

 

 6、電著塗裝的循環:每小時2-5

 

 水 洗

 去除殘留在被塗物的東西,同時將洗下來的殘留物回收一般水洗步驟如

 下:

 

 1、Over tank rinsing

   被塗物電著完成後一分鐘之內必須清洗的步驟

   清洗液:再循環的UF濾液 所需數量:0.5-1.5l/m2

 

 2、 1st REC UF rinsing

   第一再循環UF濾液清洗

   清洗液:再循環的UF濾液 所需數量:10-201/m2

 

 3、2nd REC UF rinsing

   第二再循環UF濾液清洗

   清洗液:再循環的UF濾液 所需數量:10-201/m2

 

 4、Clear UF rinsing

   純UF濾液清洗

   清洗液:純UF濾液 所需數量:0.5-1.51/m2

 

 5、Clear DI water rinsing

   純水洗 清洗液:純水 所需數量:0.5-1.51/m2

 

 烘 烤

 1、Cross linking by heating through dissociation of blocked 

   isocyanate加熱造成對端基異氰酸酯分解而形交聯反應

 

 2、烘烤粘度的變化

 

   塗膜於塗裝完成後,烘烤前為固化狀態經加熱烘烤後,開始軟化即

   粘度降低繼續烘烤,由於塗料行交聯反應而慢慢硬化,亦即粘度上

   升而在需求的溫度下達到我們所要的膜厚。

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

粉末塗裝

 

 

粉體塗裝的前處理基本上與傳統液體塗裝之前處理一致,被噴塗物的表面要乾淨、無油漬、無灰塵,而化學前處理則要視不同的素材做不同的選擇。金屬素材的處理,是要使金屬表面經化學反應分解轉換成非金屬的表層,而易於塗膜的附著,同時增加塗膜與底素材的密著性與抗腐蝕性。化學前處理概要:

1、除蛂G

塗裝時最忌諱被噴塗物生蛂A當被噴塗物生蛃伒摀]法除去,除蛌漱隤k計有,化學方法使用化學藥品除蛂A但化學除蛌k因處理條件與作業工程等因素,有害粉體塗膜,較不建議使用。物理方法使用噴砂或砂紙等方式除蛂A而粉體塗裝宜使用物理方法來除蛂C

2、 素材清洗(脫脂)

溶劑擦拭法、蒸氣去油法(蒸氣或溶液)、乳化脫脂法(噴霧或浸漬)、鹼液脫脂法(噴霧或浸漬)

3、 化學前處理(化成皮膜)

A、鐵素材或鋼素材,可用磷酸鹽做前處理較佳。但須注意不得造成過厚的皮膜結晶,否則會降低密著性。

處理液

皮膜形式

特 

   磷酸鋅

  磷酸鋅

 磷酸鋅塗膜的耐蝕性優異但物理性能較差

   酸性磷酸

  磷酸鐵

 磷酸鐵塗膜的耐蝕性較差但物理性能良好

 

 

B、鋅素材可分為三類:熱浸鍍鋅,一般的環境下,只需將其油膩的表面以酸液脫脂法處理,如欲供防蝕環境下使用,最好使用鉻酸封孔處理。或在熱浸鍍鋅處理後在淬冷時緊接著一道鋅系磷酸鹽處理,使其具有合理的鈍化作用,以增強塗膜的附著性。電解鍍鋅,辨別的方式可由藍色或金色的表面看出來,在一般的環境下只需再經洗淨、脫脂,再處以鉻酸前處理。壓鑄鋅材,必須經過脫脂處理,同時需除去素材表面任何會釋放的媒體。壓鑄鋅材通常含有被吸附的氣體,如無法使之順利排出,便易導致塗膜起泡的現象,特別是在表面經過研磨(噴砂)後。若塗膜有嚴格的要求時,塗裝前需將素材預熱至烘烤溫度,再施行噴塗作業。

C、鋁素材,標準的鋁材在一般的環境下只需做脫脂的處理,但在防蝕的環境下,就要做鉻酸化成處理。

4、水切乾燥爐:

 

主要將前處理後的水份除去,通常以紅外線爐或熱風循環爐來烘乾水份。

 

5、粉體塗裝室:

 

靜電粉體塗裝主要在塗裝房完成,盡量使粉體塗料附著於被噴塗物上,未附著之塗料可以回收再使用 ,回收的粉體塗料再使用時,需經過篩處理且不可單獨使用,需與新粉混合使用。

 

6、粉體靜電塗裝機:

 

粉體塗裝方式可經由流動床式或靜電效應,而將粉體塗料噴塗於被噴塗物上,其中以靜電效應較廣泛被使用。

 

7、 粉體塗料回收系統,必須考慮下列因素:

 

塗料的回收能力、帶電塗料的解降電荷、換色、換不同樹脂系統的經濟性、防止粉塵爆炸。

 

8、 燒付乾燥爐(烤爐)

 

需注意爐內溫度分佈上的差異在±5℃為佳,其熱源與加熱方法可參考下表:

 

熱 

加  熱  方 

電氣

紅外線爐、電熱爐

LPG

紅外線爐、直接熱風爐、間接熱風爐

瓦斯(輕油)

直接熱風爐、間接熱風爐

 

 

影響塗裝效率的因素:

 

粉體塗裝優點

 

  

 

自從粉體塗料塗裝技術進入塗裝業界後與其他塗料技術相互競爭。粉體塗料在一般工業用塗料中,所佔有的市場比例逐年持續的成長。而粉體塗料所以能夠持續的成長,是因為結合了下列的優異的性能:1、降低環境的污染性2、經濟效益的優異性3、能源節約性4、塗膜性能的優異性

 

1、降低環境的污染性

 

為了遵照環保法令中在大氣層中有機揮發物的含量規定,塗裝業界想盡辦法改善使用對環境較溫和的塗裝技術,從很多的實驗與測試後,很明顯的發現“粉體塗裝”是目前能夠達到最乾淨的塗裝技術。粉體塗料不使用有機溶劑、水等揮發性溶劑,因為粉體塗料為無溶劑型塗料,大大減少了起因於溶劑的公害,包括不會因有機溶劑而引起操作人員的有機溶劑的中毒事件,也不會因有機溶劑引火而發生火災。粉體塗料是百分之百的固型成份的塗料,粉體塗料可完全採用全自動噴塗,過量或超噴的粉末,容易經由回收系統裝置而達到回收再使用的目的。因此粉體塗料幾乎可達百分之百的使用率。使得塗裝業界降低廢棄物的處理,同時使環境污染的程度降到最低。

粉體塗裝溶劑型塗裝的比較

 

項 目

 粉體塗裝

溶劑型塗裝

塗 膜 性 能

 塗膜外觀

 良好

 良好

 一次噴塗膜厚

 30200 μm

 2040 μm

 密著性

 非常好

 良好

 耐衝擊性

 非常好

 良好

 耐酸性

 非常好

 良好

 耐鹼性

 非常好

 良好

 鹽水噴霧

 1000小時 (視素材、前處理而異)

 300小時 (視素材、前處理而異)

 耐蝕性

 佳

 較差

 針孔流漆

 不易產生

 容易產生

經 濟 效 益

 塗料使用率

 90%以上

 60%以下

 回收

 可回收再使用

 無法回收

 自動化

 可完全自動化

 較難自動化

 噴塗成本

 較低

 

 換色

 較難

 容易

 烘烤時間

 (815分鐘) 

 (1530分鐘)

 烘烤溫度

 較高(160200)

 較低(120160)

環 保 安 全

 衛生性

 

 不良

 公害性

 

 

 火災性

 

 

 溫、濕度的影響

 

 

   

2、經濟效益的優異性

 

在塗裝作業,塗膜形成的成份中,溶劑型約為6065%而粉體塗料幾乎可達到 100%的效率,且未附著於被噴塗物件的粉體塗料可以回收再使用。一般而論,使用粉體塗裝技術,可使塗裝業界盡可能的達到經濟性及更有效率性。在粉體塗裝作業中,如果有噴塗不良的部位,可在未經烘烤前使用空氣噴槍,很輕易的吹除然後再塗裝上去。因此在粉體塗裝作業時,不太可能發生表面流漆、滴漆的現象,自然重塗、重工的機率相對的就降低了許多。因粉體塗裝乃運用靜電原理實施噴塗作業,塗裝設備幾乎可達到全自動化,無須浪費人力資源。即使需要人工輔助,塗裝人員也不必經過長期訓練,即可噴塗良好的塗膜。粉體塗料為100% 的固型成份且不需添加任何溶劑,所以塗料容積減少,可降低儲存空間。

粉體塗料經濟效益的比較

 

 

 

3、能源節約性

 

比較液體塗料與粉體塗料的能源成本,因為粉體塗料沒有有機揮發物的產生,而揮發至大氣層的浪費,所以大大降低了能源的使用。靜電塗裝機的吐出量大,而且一次噴塗既可得厚膜,不必再重複性的噴塗,也不必打底漆,且相同膜厚的塗裝作業迅速。塗裝設備中也不需要靜置時間 (Setting Times)可節省設備空間,另外粉體塗裝的烘烤時間也較液體塗裝來得短,如此,可大大降低燃料能源,縮短塗裝作業線,提高產能,促進全體生產的效率化。

 

 

4、塗膜性能的優異性

 

只要直接將粉體塗料噴塗於已經過合適的前處理之鐵材、鋁材上,經過烘烤完成即可得到性能優異的塗膜表面。一般粉體塗料能提供塗膜持久的性能,其中包括:耐摩擦性、耐衝擊性、密著性、韌性、耐蝕性及耐化學藥品性能等。而戶外用的粉體塗料,除了上述的優點外,更包括了高耐候性及耐污染性。 粉體塗料一次噴塗可得到高膜厚塗膜,粉體塗裝一次噴塗可得50300μm的塗膜厚度,且沒有溶劑型塗料厚塗時的滴垂或積滯的情形發生。為了增進粉體塗料的多功能性,尚可依客戶的喜好來調整顏色、光澤及表面平坦性能,甚至特殊的金屬粉體塗料以及一些特殊的皺紋粉體塗料。

 

 

 

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