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为了提高制品的附加价值,赋予制品表面美观,例如装饰性电镀(decorativeplating)Au,Ag,Rh,Ni,Cr,黄铜等电镀(electroplating)。
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。
1.提高制品的导电性(electricalconductiuity),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.提高光线的反射性(lightreflectivity)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(contactresistance)例如在电子组件的Au及Pd电镀。
(4)机械或工程性质(mechanicalorengineeringproperties)
1.提高制品的强度(strenth),例如塑料电镀。
2.提高制品的润滑性(bearingpropertries)例如多孔铬电镀(porous
chromiumplating),内燃机的铝合金活塞(piston),镀锡Sn以防止汽缸(cylinder)壁刮伤。
3.增加硬度(hardness)及耐磨性(wearresistance),例如硬铬电镀(hardchromiumplating)。
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(casehardening)时在不要硬化部份镀Cu。
1.3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),化成处理(convesioncoating),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),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
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1000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,电子工业的任务。
1.6.1装饰电镀(decorativeplating)
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(engineeringplating)
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(tinplating)
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(tinfreesteel)的趋势。
1.6.4热浸镀锌(zinchotdipcoating)
镀锌钢片主要有电镀式镀锌钢片及热浸式钢片,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,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(hardanodizing),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,(brakedisk),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(紫外线硬化,低温硬化)的新产品,涂装工业当然应该迎头赶上。
1.7学会,杂志及参考书籍
促进表面处理工业界的联系,技术交流,标准规范的定订,防止恶性竞争,市场的操纵等应设有功能的公会,协会以解决同业的困难.例如电镀公会,阳极处理公会,涂装公会等.学会及杂志社提供新知识,新科技的信息.在做研究开发工作,资料的取得是非常重要的,尤其是有关专利资料更具有价值。
1.7.1学会
有关表面处理技术的国内外学会有:
(1)中国材料科学学会。
(2)中国钢铁学会。
(3)中国化学会。
(4)中国腐蚀防蚀学会。
(5)American,ElectroplaterSociety。
(6)American,ElectrochemicalSociety。
(7)American,NationalAssociationofCorrosionEngineers。
(8)英国Instituteofmetalfishing.
(9)英国CorrosionScienceSociety。
(10)英国CorrosionandProtectionAssociation。
(11)日本金属表面技术学会。
(12)日本金属学会第三分科会(金属表面物理化学)。
(13)日本钢铁学会。
(14)日本电器化学协会。
(15)日本化学学会。
(16)日本轻金属学会。
(17)德国BunsenGesellechaff。
1.7.2杂志
有关表面处理杂志有:
(1)国内:
金属表面技术.
工业材料。
表面处理工业.
化工技术。
防蚀工程.
材料科技.
(2)日本:
防蚀技术。
金属材料.
(3)美国:
Plating
Corrosion
MetalFinishing
MaterialsProtection
ProductFinishing
MaterialsandMethods
IndustrialFinishing
(4)英国:
Electroplating
MetalIndustry
(5)德国:
Metalloberflanche
oberflachenentechnik
KorrosionundMetallschutz
WerkstoffeundKorrosion
1.8表面处理电镀技术士检定规范
金属表面处理是一门专门的技术与学问,为提高表面处理工业的水准及发展潜力,宜规定工厂必须拥有表面处理技术士如电镀技术士,阳极处理技术士,涂装技术士等.让这些专门技术士从事工厂作业,才能有优良的产品。
技术技能士检定旨在配合经济发展,改变职业观念,建立技能共信标准,提高技术人士的地位适应国家建设的需要.凡测验合格者,由内政部颁发[中华民国技术士证]。
技术士技能检定分为学科与术科测验两阶段完成.学科测验就检定规范中[相关知识]范围内命题,采是非选择方式.术科测验需学科测验合格始能参加,采现场操作考验方式.技术士分为三等级,甲级,乙级,丙级。
二、电镀基本原理与概念
2.1电镀的定义
电镀(electroplating)被定义为一种电沉积过程(electrodepos-itionprocess),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的特性或尺寸。
2.2电镀的目的
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、热处理的防止渗碳、氮化、尺寸错误或磨耗的另件的修补。
2.3各种镀金的方法
电镀法(electroplating)无电镀法(electrolessplating)
热浸法(hotdipplating)
熔射喷镀法(sprayplating)
塑料电镀(plasticplating)浸渍电镀(immersionplating)
渗透镀金(diffusionplating)阴极溅镀(cathodesupptering)
真空蒸着镀金(vacuumplating)合金电镀(alloyplating)
复合电镀(compositeplating局部电镀(selectiveplating)
穿孔电镀(through-holeplating)笔电镀(penplating)
电铸(electroforming)
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(aqueoussolution)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
2.4.1溶液(solution)
被溶解的物质称的为溶质(solute),使溶质溶解的液体称的溶剂(solute)。
溶剂为水的溶液称的水溶液(aqueoussolution)。
表示溶质溶解于溶液中的量为浓度(concentration)。
在一定量溶剂中,溶质能溶解的最大量值称的溶解度(solubility)。
达到溶解度值的溶液称的为饱和溶液(saturatedsolution),反的为非饱和溶液(unsaturatedsolution)。
溶液的浓度,在工厂及作业现场,使用易了解及便利的重量百分率浓度(weightpercentage)。
另外常用的莫耳浓度(molalconcentration)。
2.4.2物质反应(reactionofmatter)
在电镀处理过程中,有物理变化及化学变化,例如研磨、干燥等为物理反应,电解过程有化学反应,我们必须充份了解在处里过程中各种物理及化学反应及其相互间关系与影响。
2.4.4电化学(electrochemistry)
电镀是一种电沉积(electrodeposition)过程,利用电解体electrolysis)在电极(electrode)沉积金属,它是属于电化学的应用的一支。
电化学是研究有关电能与化学能交互变化作用及转换过程。
电解质(electrolyte)(如NaCl),也就是其溶液具有电解性质的溶液,(electrolyticsolution)它含有部份的离子(ions),经由此等离子的移动(movement)而能导电。
带阴电荷朝向阳极(anode)移动称的为阴离子(anion),带正电荷朝向阴极(cathode)移动(migrate)者称的为阴离子cations)。
这些带电荷的粒子(particles)称的为离子(ions)。
放出电子产生氧化反应的电极称的为阳极(anode),得到电子产生还原化应的
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