材料表面工程摘要.PDF

材 料 表 面 工 程 一、簡介 二、一般前處理 三、電鍍工程 四、無電鍍鎳 五、熱浸鍍鋅 六、化學氣相蒸鍍 七、物理氣相蒸鍍 八、熱熔射 九、擴散塗層 十、陽極處理 材料表面工程相關技術 1. 表面分析,特性描述 如光學顯微鏡，掃瞄式電子顯微鏡，X光繞射，原子力顯 微鏡，歐傑電子光譜，化學分析電子光譜（或稱X光電子 光譜）。 2. 性能,功能研究 如微硬度，腐蝕，磨耗，電性，光性質，電磁性質等。 3. 表面工程(製程技術) 本課程討論是以表面工程技術為主。 表面工程技術分類 表面工程可分為個別製程，且其表面僅具單一功能或性能，以 及整合製程，且其表面具多種功能或性能。 表面工程以技術原理區分可分類如下： • 機械方法 • 研磨, 拋光,布磨 • 噴砂-砂粒噴砂 • 壓接 •機械式鍍鋅 •珠擊 2. 熱能方法 •熱浸鍍（鋅，鋁鋅，鋁） •銲錫(在引線架上) • 擴散被覆 • 熱熔射 •雷射處理 • 滲碳 •滲氮 •電漿轉換電弧 3. 化學方法 •化學蝕刻 •脫脂 •化成皮膜處理(如磷酸鹽皮膜) •無電鍍 •溶膠－凝膠法 4. 電化學方法 •電拋光 •電鍍 •電鑄 •陽極處理 5. 真空方法 •化學氣相沉積－加熱式，電漿輔助式，有機金屬式 •物理氣相沉積（離子鍍，濺鍍，蒸鍍） •離子佈植 •氮化法 •碳化法 6. 物理方法 •油漆 •烤漆 表面工程功能與目的﹕ 簡言之，表面工程的功能與目的為增進基材特殊的性質，以 賦予其原不具有之性能或延長使用壽命，大致如下： 1. 抗腐蝕/氧化 •飛機蒙皮(鋁合金)-陽極處理 •汽車車身板金(鋼材)-熱浸鍍鋅，電鍍鋅，上塗料 •船的甲板(鋼材)-熱熔射，上塗料 •建築物-如橋樑，電塔可使用熱浸鍍鋅與上塗料等方式 •個人電腦機殼-熱浸鍍鋅，電鍍鋅，上塗料 •石化輸油管線-覆蓋披覆 2. 耐磨耗－硬鉻，氮化鈦，離子氮化，滲碳氮化，鑽石薄膜， 雷射表面處理 •軸承 •軸心 •鑽孔切割工具 •硬碟 3. 光學性質 •建築用窗框 •光學玻璃 •單色光 •相機機身，顯示器 4. 磁性 •記錄媒體 •光碟 •硬碟 5. 導電性 •半導體電路 •聯接導線 •微電子金屬化製程 6. 裝飾 •裝飾品 •眼鏡 •手錶 7. 熱傳導性/熱傳阻抗－黑鎳，黑鉻，氧化鋯 •渦輪葉片熱阻層 •太陽能電池吸熱層 8. 機械壽命 •疲勞壽命 9. 製造、加工 •電鑄，微機電 表面工程技術選用考量因素 選擇表面工程技術以進行材料表面改質有諸多考慮因素，如下 所述： 1. 材料（塗佈,析鍍,沉積,即是指表面覆蓋）之可應用性－單一/ 多種材料 * 這是主要的考量因素 *參考表面工程的功能與目的 －腐蝕壽命：在使用環境下的腐蝕速率 －磨耗壽命：使用條件下的磨耗速率 －疲勞壽命：應力作用下的壽命週期，熱疲勞的壽命週期（熱 膨脹係數差異所造成） －光學性質：亮度的需求，反射率的需求 －磁光性質：信號/雜訊比 －導電性：電阻率 －裝飾：顏色，視覺效果 －熱傳導/阻抗：熱傳導性 －製造：可加工性 2. 基材適性 －溫度；例如不均勻結構的薄板金屬片不適用於熱浸鍍鋅 －活性；鈍性的基材須要適當的前處理，活性極佳的基材， 如鈦，不易施以電鍍 －機械強度;熱熔射會使薄件產生變形 3. 技術的可行性 －熱熔射通常需要表面粗度大的基材，不適用於陶瓷基材 －化學汽相沉積需要氣相的化學藥品以及真空處理 －物理汽相沉積會因工作腔室的空間而限制了試樣的尺寸與 形狀 －電鍍通常會因拋鍍力差而使均勻性變差 4. 經濟因素 需要考慮初成本與長時間的保固成本，特別是建築物的結構 可能影響成本的因素： 鍍層的材料，化學藥品的來源，製程的困難度，市場佔有率 等 5. 單一技術/技術整合 單一技術—純金屬，合金或混合析鍍的單一鍍層 技術整合-如多層鍍層，連續處理 可選用之表面工程技術 表面工程技術種類繁多，前節曾依技術原理分類，下述則依 功能分類，並列出相關可能應用之技術 (I) 一般的前處理 I-1 機械法 1. 噴砂(砂粒噴砂) 2. 研磨/布磨/拋光 I-2 化學法 1. 脫脂 2. 酸洗 I-3 電化學法 1. 電拋光 2. 電解清洗 I-4 乾式 1. 電漿蝕刻 2. 離子蝕刻 (II) / II-1 鋅覆層 1. 熱浸鍍鋅 2. 電鍍 3.