《镁合金的表面处理》PPT课件.ppt

鎂合金的表面處理鎂合金表面處理及其功能 鎂合金零件常見之表面處理大致可分為油與蠟之外表被覆化成處理法陽極氧化法噴漆法電鍍法氣體/電漿氮化法雷射合金化而一般機械方法如拋光擦光滾桶研磨及震動磨蝕法亦可使用表面處理方法使用選擇所需考慮之因素 2.鎂合金零件是否具備某種程度之保護特性或機械效益只強化若鎂合金零件之應用僅須面對風化間歇性之潤濕而不需有豪華美麗外觀則不需做任何表面處理但有些表面處理具較復雜程度之涂裝可在長期嚴苛環境下保護零件表面處理之應用亦須考慮到整體經濟成本效益要選擇最佳條件之表面處 理必須了解鎂零件所處之環境條件急鎂零件表面處理之耐腐蝕行為及機 械特性鎂金屬表面處理最佳條件之決定因素包括可容忍之腐蝕程度及操作 環境之嚴苛程度壓鑄鎂合金于汽車零組件應用對嚴苛之鹽霧暴露及未 做化學處理或被覆之電解腐蝕抑止效果皆優于碳鋼及壓鑄380鋁材而于油 臘被覆化學處理及噴涂電鍍技朮亦皆可滿足裝飾及保護需求鎂合金表面處理及其功能 鎂合金表面可用化學法或電化學法做表面處理這些被覆物可取代天然之氫氧化物(Mg(OH)2)或碳酸鹽(MgCO3)被覆物且具更佳之耐蝕性這些表面處理對有機被覆物具更佳之相容性也可單獨使用以抗拒一般性之暴露。

化成處理后可應用有機被覆物做許多結構性之應用優勢噴涂前需做樹脂封孔所有鎂合金表面處理中鉻酸鹽被覆物可能最常被使用除具中等程度之保護外也可作噴漆底材提供化學或機械之附著力鉻酸鹽被覆物之抑制作用亦可提供永久性之附著性當工件暴露在冷凝濕氣中時阻止鹼性或氧化膜之形成鉻酸鹽底材對重工業及海洋環境嚴苛暴露腐蝕亦具效益鎂合金之陽極氧化與其它金屬陽極氧化步驟流程大致類似去污 活化陽極氧化鹼性與酸性陽極氧化皆可行但鎂之陽極氧化不具著色效益須陽極氧化配合有色之噴漆涂裝鹼性陽極氧化須做后處理以提升噴漆之附著力它比酸性陽極氧化更質硬及耐磨耗酸性陽極氧化較具彈性不易淬裂及剝落對嚴苛環境為及佳之噴漆底材鎂合金表面處理及其功能下表顯示鎂合金表面處理之功能與目的目的/效應功能表面處理清洗1 改善表面2 防止污染3 焊接前之預處理4 后續加工處理前之預處理1 溶劑或鹼液脫脂2 酸洗3 沖蝕(化學動力干式)4 機械拋光美觀著色光澤1 陽極處理染色2 噴漆3 化成處理4 電鍍改善化學特性1 保持外觀2 防止劣化3 防止污染1 陽極處理2 噴漆3 化成處理改善物理特性1 改善硬度與耐磨耗性2 電力絕緣與傳導3 熱排斥與吸附4 潤滑1 陽極處理/電鍍2 陽極處理/電鍍3 陽極處理/化成處理4 陽極處理及潤滑鎂合金之表面預處理 鎂合金之表面預處理與其它金屬處理一樣重要因為它會影響到隨后之被覆制程于鎂零件之制造過程中一些污染物如油脂氧化物或骯臟異物皆可能存在此外化學處理后之殘留雜質亦必須去除。

一般鎂合金零件之清洗制程可分為四種類別即機械清洗溶劑清洗鹼液清洗及酸洗其中溶劑清洗鹼液清洗及酸洗亦被歸類為化學清洗這些方法可單獨使用亦可以組合使用視工作狀況而定下表為鎂合金使用之清洗制程說明清洗類別應用方法應用機械清洗鋼刷砂磨噴沙滾桶研磨快速去除重型氧化物被覆層及污染物之方法噴沙珠擊后應使用酸洗溶劑清洗清洗蒸氣脫脂乳化浸漬清洗鹼液清洗前去除過量油質噴漆涂層前之預清洗鹼液清洗熱浸漬電解清洗鎂合金化學處理前最有效之脫脂法可去除舊有之化學表面物酸 洗浸漬法數種酸洗法皆適用于鎂零件鎂合金之機械清洗法 鎂合金之機械清洗法包括研磨粗拋光干式及濕式磨蝕噴擊清洗鋼刷清洗濕式桶槽清洗及振動表面處理1.研磨及粗拋光帶式研磨可用于去除壓鑄件毛邊表面缺陷或刮痕等無表面污染物存在之危險性亦不需特殊磨料2.干式磨蝕噴擊清洗噴砂為鎂合金最常使用之干式磨蝕噴擊清洗法許多壓鑄廠使用25或35AFS細粒之隧石細砂也可利用小鋼珠噴擊于傳統操作狀況下2種方式均可得相同之滿意結果若噴擊壓力過大可能造成表面之腐蝕因為鋼屑可能嵌入工件表面任何干式磨蝕噴擊后皆須做酸洗以排除噴擊之不良效應3.濕式磨蝕噴擊清洗這是電鍍前之表面處理步驟可去除表面碳質化合物及厚重腐蝕產物及去除剝推操作之殘留噴漆。

4.滾桶研磨鎂壓鑄件可利用濕式桶槽振動桶槽界面活性劑及表面處理配方去除表面污染物碳質及非碳質之模具潤滑劑并平滑組件溶液須連續流動過介質以阻止污染物之累積及組件表面可能之污染滾桶研磨可作為高純度鎂合金零件之表面處理及用于鏈鋸除草設備零件及動力手工具噴漆與之預處理及清洗鎂合金之機械清洗法 5.鋼刷處理鎂合金可于現場用鋼刷處理以去除污染物再作噴焊鋼刷設備應加以調整使得足夠壓力施用于鎂片上設備之設計應使用其不致磨蝕到鎂片最終表面之平滑度與鋼刷線材組成及粗糙度有關6.振動表面處理結合磨平或擦光之清洗以去除氧化物污染物毛邊及鑄件外皮陶瓷及其它介質皆可加以使用視零件表面狀況及所需表面處理而定勿使用酸添加物易侵蝕鎂之表面適當之清洗與干燥甚為重要7.拋光與擦光可作為鎂合金電鍍陽極氧化及噴涂前之預處理鎂壓鑄件拋光時應盡量減少磨除量以保持鑄件外層薄而無孔質層標准件拋光可使用磨輪及皮帶可去除粗糙表面分模線及鎂合金零件表面之缺陷可使用Al2O3及SiC磨料其粒徑大小視表面粗糙度及最終所需之表面處理而定游離鐵及其它重金屬微粒不可用做鎂合金拋光之磨料因為這些金屬若嵌入鎂合金表面會引起腐蝕或在酸洗時造成孔洞鎂合金亦可用矽藻土化合物或 Al2O3于縫合輪作平滑光澤表面處理拋光。

對著色拋光可用干石灰石化合物拋光化合物若含有游離鐵或其它重金屬磨料不可使用拋光或擦光后在有機涂裝之前應作硝酸鐵光澤酸洗硝酸鐵光澤酸洗可生成鈍化表面增加被覆物之附著性及耐蝕性也可以阻止被覆物干燥后發生污點鎂合金拋光與擦光步驟化學清洗 鎂合金化學清洗包括蒸氣脫脂溶劑清洗乳化清洗酸洗及鹼洗1.溶劑清洗及蒸氣脫脂可去除油質成形潤滑劑臘淬火油腐蝕保護油拋光擦光化合物溶解性土壤及污染物固態微粒如加工粉塵及碎屑可用溶劑清洗加以去除因為它可溶解附著于零件的油脂而這些油脂使這些微粒黏附在零件上這些清洗行為必須于噴涂電鍍化學處理及機械加工或成形前后進行用于其他金屬化學清洗之方法及設備同樣可使用于鎂金屬三氯乙烯過氯乙烯是最常用的溶劑二氯甲烷可有效自壓鑄件表面去除過量之有機樹脂嵌入物2.乳化清洗可用以去除油脂及拋光化合物乳化清洗劑可為中性或鹼性pH值7以上以免腐蝕鎂合金鎂合金表面加水及溶劑使用前宜加以測試以避免可能之金屬孔蝕現象化學清洗 3.酸洗酸洗可去除緊密附著于鎂合金表面之污染物或是不溶于溶劑與鹼液之污染物這些污染物包括有色天然氧化物嵌入之砂或鐵鉻酸鹽被覆物焊接雜質及燃燒之潤滑劑等酸洗處理之選擇應考慮須去除之污染物處理之鎂合金類別尺寸變形量可容許限度及所需之表面外觀。

選擇適當之酸洗法可避免表面形成狀之黑色污染物鎂合金表面處理除改變金屬表面之耐腐蝕性也可提供裝飾性之外觀 利用硝酸鐵醋酸硝酸鹽或磷酸清洗皆可達到目的硝酸鐵酸洗會在表面形成氧化鉻膜使表面鈍化而增強其耐腐蝕性醋酸-硝酸鹽及磷酸酸洗可作為一種螫合劑自鎂合金表面有效去除其它金屬雜質阻止局部電流腐蝕下表為鎂合金之酸洗處理法化學清洗 4.鹼洗鎂于噴涂前電鍍及化學處理前最常用鹼液清洗它也可自鎂零件去除鉻酸鹽被覆物大部分之鎂合金不易被鹼侵蝕除了焦磷酸鹽及聚磷酸鹽這些鹼類甚至于pH大于12時亦不致侵蝕鎂合金用于低碳鋼之重鹼液清晰劑亦適用于鎂一般浸漬清晰液包括氫氧化鈉碳酸鹽磷酸鹽鉻酸鹽或其它組合也包括天然樹脂或合成界面活性劑為乳化劑陰極清洗利用工件作為清洗液之陰極使用6V之直流電電流密度為1-5A/dm2陽極清洗易形成不必要之氧化物或氫氧化物被覆物故不建議使用長時間之陽極清洗也容易形成鎂零件之孔蝕鎂零件浸漬或電解清洗簡單鹽浴配方如下表化學清洗鎂合金之酸洗處理法處理液主要應用金屬移除量 m組成物濃度 g/l操作溫度()浸漬時間(min)桶槽類別鉻酸去除氧化物助溶劑腐蝕產物0CrO318021-1001-15不鏽鋼1100鋁鉛硝酸鹽光澤表面金屬之耐蝕及壓鑄件之表面處理8CrO3 NaF Fe(NO3).9H2O18 3.5 4016-38-3316不鏽鋼 PE乙烯氫氟鹽表面處理之表面活化350%HF23021-32-5316不鏽鋼鉛橡膠硝酸硝酸鐵之預處理13-2570%HNO35021-321/5-1/2不鏽鋼醋酸-硝酸去鏽改善金屬耐蝕性13-25CH3COOH NaNO3192 5021-27-13003鋁陶瓷鉛乙二醇-硝酸鐵去除鐵鏽或表面氧化物改善耐蝕性12-2570%CH2OHCOOH 70%HNO3 NaNO3230 40 4016-49-1橡膠鉻酸-硝酸鹽去除鐵鏽燃燒石墨焊接前處理13CrO3 NaNO3180 3021-323 不鏽鋼鋁鉛 橡膠 乙烯鉻酸-硫酸點焊前預處理5CrO3 96%H2SO4180 0.421-323不鏽鋼1100鋼陶瓷硝酸-硫酸去除砂鑄件之噴砂痕跡5070%HNO3 96%H2SO477 2021-321/6-1/4陶瓷橡膠玻璃硫酸去除砂鑄件之噴砂痕跡50NaOH 96%H2SO480-120 3021-27 21-3230sec 1/6-1/4碳鋼 陶瓷 橡膠 鉛 玻璃磷酸去除砂鑄件之表面析離物13-2585%H3PO4425868 8012021-2710-15secPVC PE 纖維強化塑膠化學清洗鎂合金之鹼液清洗法鎂合金之DOW 20鉻酸鹽化成處理 DOW 20鉻酸鹽化成處理法為之改良制程是一種鉻酸鹽之表面或處理法此制程適用于所有類別之鎂合金。

DOW 20化成處理具良好之噴漆底材特性但零件于處理時易受侵蝕對高精密零件須考慮到金飛行屬表面之受損性DOW 20化成處理之色澤與表面侵蝕受鹽浴老化程度合金組成鹽浴成分比例及金屬熱處理 所影響最理想之噴漆底材為黃珍珠狀之沖蝕物這種類型之被覆物可浸漬于新鮮溶液中即可得到表一為DOW 20之配方表二為DOW 20之操作流程表一 表二鎂合金之DOW 20鉻酸鹽化成處理 1.為使試片組件表面均勻,鹼洗前最好作機械表面處理,用溫和鹼液沖蝕清洗或H3PO4或HF-H2SO4清洗亦可加以考慮,以改善被覆物之均勻性.2.組件浸漬處理與蒸餾水清洗間之空氣暴露時間不可過長,否則易使殘留之鉻酸鹽滯留于表面,干燥后形成粉狀被覆物,增加其粗糙度,妨礙噴漆涂裝之附著性.3.Dow 20化學分析檢測項目為HNO3及Na2Cr2O7.4.Dow 20化成處理AZ91D壓鑄試片有時易形成粉狀被覆物,若將工件預熱或處理溶液預熱,可阻止粉狀被覆物之生成.5.Dow 20鉻酸鹽處理若有粉狀被覆物發生時,可檢查鉻酸鹽浴之pH值,檢查Na2Cr2O7/HNO3之濃度比例,零件是否氧化腐蝕及污染.6.Dow 20溶液調配時,化學藥劑依順序填加,一溶劑攪拌完全后,再添加另一藥劑,調配時鹽浴溫度可較室溫略高,維持在70-110.注意事項:鎂合金之DOW 20鉻酸鹽化成處理 7.表面處理之控制:有時易形成棕色非附著性之粉末被覆物,或深灰色到黃紅色被覆物,其原因與處理方法如下表:鎂合金之非鉻系化成處理 目前鎂合金壓鑄件之化成處理仍以低成本,防蝕性優良之重鉻酸鹽皮膜處理為主流。

由于重鉻酸鹽處理溶液中之Cr+6是一種致癌物對現場工作人員健康造成嚴重危害且鉻酸制程產生之含鉻廢物處理不易成本昂貴同時鉻酸鹽對地球環境污染極為嚴重雖可考慮設置離子交換系統來處理鉻廢液但僅能符合一般環保要求欲追上ISO 14000之環保品質標准仍有一段差距歐盟共同體于1997年底提出方案于2003年禁止使用鉻系之化成皮膜處理且得到美國 與日本之認可鉻系化成皮膜使用的緩沖時期不多目前市場上使用之非鉻系可處理膜法膜法包括磷酸鹽法(含磷酸鹽錳鹽鉻及其它化合物)過錳酸鉀法(含有過錳酸鉀鈦鉻及其它化合物)釩酸 鹽法(含有釩酸鹽磷酸酯及其它化合物)與鉻系處理法比較藥液主成分明顯有異但于皮膜品質及膜均勻性導電性耐蝕性涂裝密著性皆可分庭抗禮非鉻系化成處理之原則包括Cr+6污染物2.廢液無Cr+6鎂合金之非鉻系化成處理鎂合金回收再利用時無六價鉻污染。