镁合金表面处理技术简介.ppt

1、 鎂合金表面處理技術的簡介l前言l鎂合金的特性l鎂的物理性質l鎂合金表面處理目的及要求l以天然海水從事鎂及合金的表面處理法l化成處理鎂合金表面處理技術的簡介l前言 金屬工業界掀起了一股鎂合金的加工熱潮,其實工業界追求新材料的期望不曾停過,工業界自從工業革命以來鋼鐵材料一直占材料界的鱉頭,當1970年代一度因為石油化學工業的興起曾挫了金屬材料的銳氣一陣,(塑膠材料變為工業材料的新寵)后來因為輕金屬,合金冶煉的發達,不出十年使鋼材料重拾信心,在極精密的微小電路及溝究穩定性的宇宙工業(衛星飛航),都仰賴金屬工業之傑作,可是大家不可忘記應 用金屬到廣泛的領域中,其表面處理的技術具有很大的貢獻,鋼鐵需要

2、表面處理,鋅,鋁等l單金屬更需求,即使合金亦一樣要表面處理輔助其性能.鋁金屬被發現以后,靠其質輕(比重2.7)與安定再加上合金后的強力與易加工,工業已十分滿足這個材料.何況光學,電學也有其發揮的領域,地球上儲藏量又豐富(存在度第3位)正是在大力發展之際,遇到攜帶式電腦大肆登上市場,女性在市場的消費力又超過從前,暴發業輕便制品無比的需求量,鎂及其合金的比重僅1.72.0,鎂合金表面處理技術的簡介 在太空飛航采用成功后推廣到眼鏡,手提式電腦及行動電話的誘力引發了鎂合金冶煉鍛造.鑄造等的追求熱,鎂合金的表面處理技術也伴隨發達起來,因為鎂合金屬具易然性,從事於鉆研表面處理的研究人員有很多人受不少實驗的

3、傷害.l鎂合金的特性 鎂是地球中第八位較豐富的元素,占地殼的2.5%其豐富含量僅次於鐵,鋁,而且在海水中含占有0.13%,即一吨的海水中可采集1.3Kg的鎂,作為資源需求來看是一種很有希望的金屬.鎂 合 金 的 特 性合金成份合金記號特性用途Mg-A1-Zn系列AZ91DA231耐腐蝕性自動化辦公室機器,工具汽車,自行車零件Mg.A1-Mn系列AM60,AM50,AM20 強度方向盤等的汽車零件車輪Mg,A1-SI系列AS41,AS21耐熱性發動機缸體等的汽車零件Mg-A1-RF系列AE42耐熱性發動機等的高溫零件表一 鎂合金的種類鎂 合 金 的 特 性 以上合金記號中AZ91D為A:鉛，Z:

4、鋅,鋁(9%),鋅(1%),D表示順序制定記號,日本工業規格JIS也采用MD/D的記號表述一般采用ASTM的記號較多(MD/D=AZ91D)鎂合金只有鐵的1/4重,鋁的2/3重能維持單位重量的比強度,實現薄肉化及輕量化.和塑料素材比放熱特性比較好(80100倍)內部含有的熱量能有效地散發出去.可以回收重復使用鎂 合 金 的 特 性由於具有導電性,為了防止精密儀器的誤動作,鎂合金具有防電磁波干擾的屏蔽性,因此可以省去對絕緣性塑料件的真空蒸發粘著以及電鍍的工藝.具有尺寸穩定性防震性(吸收振動性)抗凹陷性等優良特性.機械加工性能比較好(切削陰抗比較小)因此鎂合金能夠滿足環保及結構緊湊化的要求,特別是

5、作為塑料的代替材料,很引人注意,其中AZ91D耐蝕性比較好,因此作為筆記型電腦投影機,數位照相機等產品材料需 求日益增長.鎂 合 金 的 特 性l鎂的物理性質 項 目鎂鋁鐵比重(g/cm3)1.742.77.87融點()6506601539沸點()111020602740融解潛熱(J/L)372397312比熱(J/L,)1.0450.8890.528結晶構造最密六方面心立方體心立方標準單極電位(V.25)-2.37-1.66-0.44鎂 的 物 理 性 質l鎂合金除了具有前面敘述的優良性質以外,從其標準電極電位來看是比較差的一種金屬其缺點為較容易腐蝕,因此為了防止腐蝕進行表面處理及涂裝必不可

6、少.另外為了提高成型品表面狀態,即使在更加薄壁化的半熔融射出成型工程上,目前也存在著同樣的缺陷,特別是由於小型輕量化,使用離型劑后的素材內包含離型劑及加工油等對涂膜的附著性能產生很壞的影響,因此鎂合金前處理是一種非常難的素材之一.鎂 合 金 的 特 性l鎂合金表面處理目的要求 A.1.耐蝕性 2.EMI特性(電磁波屏蔽性)3.涂裝密著性 4.環保要求 B.鎂合金表面處理的種類 1.電鍍處理 2.陽極處理 鎂合金表面處理目的要求C.化成處理非鉻系化成鉻系化成錳系化成磷酸鹽化成鈣系化成鋯系化成有機防銹處理鎂合金表面處理目的要求 C1.鉻系化成 1.鉻酸處理(dow1)抗腐蝕力較好.2.改良鉻酸處理

7、(dow20)噴涂應用(初期台灣段使 用)3.重鉻酸處理(dow7)鈍化層較厚(初期龍華段使用)4.硝酸鐵處理(dow21)光亮.5.其它鎂合金表面處理目的要求C2.鎂合金非鉻系化成的研究歷程 1999年2月初開始研發鎂合金表面處理1999年4月鉻系工藝配方開發成功1999年9月鎂合金非鉻系化成試驗成功1999年11月15非鉻系化成經臺灣涂料同業合會測試認可2000年7月鎂合金非鉻系化成開始量產2000年9月1日FSN產品業現化成外觀不良現象開始改 善2000年9月底鎂合金化成增加后處理產品質量大大改善 鎂合金表面處理目的要求 新發明,以天然海水從事鎂及合金一.概要 在天然的海水中含有多種的鹽

8、類,利用此浴以電解的方式 鎂及其合金與多種鹽類相互作用,在表面即能形成安定的復 合氧化皮膜,天然海水中含有的各種成份中基本上有氫氧化 鹼性鹽,采用含金屬離子的電解浴把鎂及鎂合金電解,利用 ph與金屬離子的相互作用,使鎂及其合金的表面生成不同 的復合膜,前述電解浴中,添加鹼性鹽,多個醇氨基酸類鋅鹽 類,鎳鹽類及銅鹽類構成電解浴.新發明,以天然海水從事鎂及合金二.在產業上應用的領域.利用天然海水中含有的氫氧化鹼性鹽,金屬離子基本多種成份為電解浴對鎂及合金加以電解,在其表面形成復合氧化皮膜的天然海水電解浴,從鎂及其合金所具有的特性來看,對鹼性物質有強的抵抗鹽酸會自己分解的缺點,尤其用於形狀復 新發明

9、,以天然海水從事鎂及合金 雜還有微小接點的電學制品,為了使鎂及其金具有防蝕 的能力,利用此電解所生成的復氧化皮膜可以強化其防 蝕效果.三.鎂及其合金最大的缺點是眾所周知的元素本身在65合金 在420 就會引起火燃燒,當做製品用的構造材料一定需要 化成處理,電鍍,涂裝,陽極處理等二次加工,過去的電解浴 主要成份是以氟化物性無機鹽十分安定,所以當做電解液 其分解少,對製品的生產性也相對安定.新發明,以天然海水從事鎂及合金四.利用天然海水從事鎂及合金的表面處理法的優點 1.電子工業的零件其構造材料有微小的孔及細而深的溝,所用電解浴屬酸性或中性浴,其極化效果差,電解時間 長,並且浴中的添加劑會導致表面

10、張力,前述微調的部 份無法充分形成皮膜的缺點,基於上述觀點,用天然海 水有無盡的藏量,再加上無公害之處,容易廢水處理,產 業對製品所要付出的成本很少,鎂及其合金在一般狀態 下覆蓋有氧化物,用過去一般的方法 新發明,以天然海水從事鎂及合金 處理前要經過脫脂,酸洗中和,溶蝕等過程,然用這種方法則不用前述的各種工程,天然海水中含有多量的食鹽電解的話會分解導電性的氯與鈉,即引發產生氫與氧的機會這就是可以除去表面油膜與氧化物的機能,同時除去油膜的清淨表面經過電解表面就會與浴中的成份相互作用,產生的化學反應即可形成復合氧化皮膜.化 成 處 理l所謂化成處理基本上是以浸漬的方式來做表面處理,代表性的技術有在

11、電鍍膜上再加上一層鉻酸處理及鋼材上做磷酸鹽處理.鎂的化成處理(鉻系)也是以含+6價鉻的溶液做主成份來做,鉻酸處理為主流,這規範可說是美國所開發出來的,對鎂合金處理所言其基本工程如圖.1.所示在臆工程須盡力清除機械加工的油污,附著 物及離型劑等,在化成處理槽液中,在鎂合金界面.利用氧化原元反應.於鎂合金的表面形成鉻酸錯離化 成 處 理子鹽的皮膜,實際皮膜的真正化學式並未明朗,只能說是六價鉻置入三價鉻的膠體上來當主體的一種物質,六價鉻約含重量百分率約10%,化成處理的膜厚不到1,由於非常的薄,如在1以上其處理製程就會不同,且藥浴亦不同,剛處理完的化成皮膜呈膠狀很容易剝離,但在70左右干燥后就會形成

12、具有防腐蝕功能化 成 處 理的化成皮膜,這皮膜若在170%以上長時間加熱變會引起劣化.鉻酸皮膜能夠處理發揮防腐蝕功能是因如下的機能.鉻酸與鉻錯離子形成鹽類在空氣中會形成無返應性的皮膜可保護金屬.鉻酸皮膜具有自我修復性,皮膜如受到像指甲刮痕般的物理傷痕時,鉻酸皮膜會自形再生修補.鎂的化成處理製程使用各種酸,在鎂界面產生氧化還化 成 處 理元反應,並以洗淨,蝕刻來形成皮膜,在Ph11.5以上高Ph範圍,鎂不會有反應,所以通常制程上均在Ph11.5值以下,很多情況采用酸性藥液,因此依藥浴組成件.隨返應有時會在鎂表面生成粉狀的化合物,所以鉻系化成處理常有因藥液組成不平穩產生粉狀化合物,此化合物不但會造成電子回路的短,路也阻礙了涂裝的密著性,所以藥液的定期分析及補充管理很重要,因鎂比所有化 成 處 理金屬活性強的緣故,在藥浴中能維持正確的反應,也就是各工段藥液的管理是很重要的.圖一脫脂水洗水洗酸洗水洗化成處理水洗表面調整水洗蝕刻水洗烘幹