电镀的介绍.ppt

,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,材料知識,-3,電鍍的介紹,2005.6,編製,什麼是電鍍,?,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,某情況下用不溶性陽極,電鍍時需添加電解液補充鍍著金屬離子,一般泛指以電解還原反應在物體上鍍一層膜,目前使用種類,:,一般電鍍法,(electroplating),、複合電鍍,(composite plating),、合金電鍍,(alloy plating),、局部電鍍,(selective plating),、筆電鍍,(pen plating),等,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,電鍍之目的,電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層,(deposit),改變基材表面性質或尺寸,例如賦予金屬光澤美觀、物品的防鏽、防止磨耗、提高 導電度、潤滑性、強度、耐熱性、耐候性、熱處理之防止滲碳、氮化、尺寸錯誤或磨耗之另件之修補,電鍍技術,電鍍技術目前可電鍍之金屬約,70,種,合金電鍍約,15,種,經由水溶液電鍍的金屬有,銅,、,鎳,、,鉻,、,錫,、,鋅,、,鎘,、,鉛,、,金,、,鉑,、,銀,、,鈷,、,錳,、,銻,、鉍、,汞,、鎵、,銦,、鉈、,砷,、,硒,、碲、釙、銥、錸、,銠,、鋨、,鎢,等等,由非水溶液電鍍之金屬有,鋰、鈉、鉀、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、,鈦,、鋯、,鉬,、鑭、,鍺,等,合金電鍍有,銅,-,錫,(,青銅,),、銅,-,鋅,(,白,.,黃銅,),、錫,-,鉛、銅,-,鎘、錫,-,鉛,-,銻、錫,-,鉛,-,鋅、鎳,-,錫、鎳,-,鈷、金合金,等等,電鍍的基本知識包括下列幾項,溶液性質,電解液的知識,物質反應,物質的化學知識,電化學,電能與化學能知識,化學式,化學知識,界面物理化學,金屬與液體的接觸知識,材料性質,材料知識,溶液的名詞解釋,被溶解之物質稱之為溶質,(solute),使溶質溶解之液體稱之溶劑,(solute),溶劑為水之溶液稱之水溶液,(aqueous solution),表,示溶質溶解於溶液中之量為濃度,(concentration),在一定量溶劑中,溶質能溶解之最大量值稱之溶解度,(solubility),達到溶解度值之溶液稱之為飽和溶液,(saturated solution),反之為非飽和溶液,(unsaturated solution),溶液之濃度,在工廠及作業現場,使用易了解及便利的重量百分率濃度,(weight percentage),另外常用的莫耳濃度,(,molal,concentration),溶液,(solution),在電鍍處理過程中,有物理變化及化學變化,例如研磨、乾燥等為物理反應,電解過程有化學反應,例如分解、附著等為化學反應,我們必須充份了解在處理過程中各種物理及化學反應及其相互間關係與影響,物質反應,(reaction of matter),電化學,(electrochemistry),電鍍是一種電沉積,(,electrodeposition,),過程,利用電解體,(electrolysis),在電極,(electrode),沉積金屬,它是屬於電化學之應用的一支,電化學是研究有關電能與化學能交互變化作用及轉換過程,電解質,(electrolyte),例子,NaCl,也就是其溶液具有電解性質之溶液,(,electrolyticsolution,),它含有部份之離子,(ions),經由此等離子之移動,(movement),而能導電,帶陰電荷朝向陽極,(anode),移動稱之為陰離子,(anion),帶正電荷朝向陰極,(cathode),移動,(migrate),者稱之為陽離子,(,cations,),這些帶電荷之粒子,(particles),稱之為離子,(ions),放出電子產生氧化反應之電極稱之為陽極,(anode),得到電子產生還元化應之電極稱之為陰極,(cathode),整個反應過程稱之為電解,(electrolysis),電化學知識的種類,電極電位,(electrode potentials),標準電極電位,(standard electrode potential),Nernst,電位學說,電極電位在熱力學的表示法,電極電位之意義,界面電性二重層,液間電位差,(liquid junction potential),過電壓,(,overvoltage,),活化能過電壓,(,activiation,overvoltage,),濃度過電壓,(concentration,overvoltage,),溶液電阻過電壓,(solution resistance,overvoltage,),電極鈍態膜過電壓,(passivity,overvoltage,),分解電壓,(decomposition potential),界面物理化學,什麼是界面物理化學,?,表面處理過程中,金屬會與水或液體接觸,例如水洗、酸浸、電鍍、塗裝、琺瑯等,要使金屬與液體作用,需金屬表面完全浸濕接觸,若不能完全接觸,則表面處理將不完全,無法達到表面處理的目的,所以金屬與液體接觸以介面物理化學性質對表面處理有十分重要的意義,界面物理化學知識,表面張力及界面張力,界面活性劑,材料性質,表面處理工作人員必須對材料特性充份了解,表面處理的材料大多是金屬,所以首先要知道各種金屬的一般性質,例如色澤、比重、比熱、溶點、降伏點、抗拉強度、延展性、硬度、導電度等,電鍍的基本構成元素,外部電路,包含有交流電源、整流器、導線、可變電阻、電流計、電壓計,陰極、或鍍件,(work),、掛具,(rack),電鍍液,(bath solution),陽極,(anode),鍍槽,(plating tank),加熱或是冷卻器,(heating or,colling,coil),電鍍工廠設備,防酸之地板及水溝,糟及預備糟,攪拌器,整流器或發電機,導電棒、陽極棒、陰極棒、掛具,安培表、伏特表、安培小時表、電阻表,泵、過濾器及橡皮管電鍍槽用之蒸氣、電器或瓦斯之加熱設備,操作用之上下架桌子,檢驗、包裝、輸送工件等各項設備、儀器,通風及排氣設備。,電鍍使用之電流,在電鍍中,一般都僅使用直流電流,交流電流因在反向電流時金屬沈積又再被溶解所以交流電流無法電沈積金屬,直流電源是用直流發電機或交流電源經整流器產生,直流電流是電子向一個方向流通,所以可以電沈積金屬,但在有些特殊情況會使用交流電流或其他種特殊電流,用來改善陽極溶解消除鈍態膜、鍍層光層、降低鍍層內應力、鍍層分佈、或是用於電解清洗等,電鍍溶液又稱鍍浴,(plating bath),電鍍溶液是一種含有金屬鹽及其他化學物之導電溶液,用來電沈積金屬,其主要類別可分酸性、中性及鹹性電鍍溶液,強酸鍍浴是,pH,值低於的溶液,通常是金屬鹽加酸之溶液,例如硫酸銅溶液,弱酸鍍浴是,pH,值在,2,5.5,之間鍍浴,例如鎳鍍浴,鹹性鍍浴其,pH,值超過之溶液,例如氰化物鍍浴、錫酸鹽之錫鍍浴及各種焦磷酸鹽鍍浴,鍍浴的介紹,鍍浴的種類,金屬鹽,導電鹽,陽極溶解助劑,緩衝劑,錯合劑,安定劑,鍍層性質改良添加劑,潤濕劑,鍍浴的準備,去除雜質,鍍浴的調整,如,:pH,值及溫度等,鍍浴的維持,化學分析法及,Hull,試驗,電鍍之前處理,電鍍前之處理,稱前處理,(pretreatment),包括下列過程,洗淨,:,去除金屬表面油質、脂肪、研磨劑、污泥,;,可用噴射、溶劑、浸沒或電解等洗淨法,清洗,:,用冷或熱水洗淨過程之殘留洗淨劑或污物,酸浸,:,去除銹垢或其他氧化物膜,要注意防止基材被腐蝕或產生氫脆,;,可加抑制劑以避免過度酸浸,酸浸完後要充份清洗,活化,:,促進鍍層附著性,可用各種酸溶液使金屬表面活化,漂清,:,電鍍前立刻去除酸膜,然後電鍍,電鍍控制條件及影響因素,鍍液的組成,電流密度,鍍液溫度,攪拌,電流波形,均一性,陽極形狀成份,過濾,pH,值,時間,極化,覆蓋性,導電度,電流效率,氫過電壓,電流分佈,金屬電位,電極材質及表面狀況,浴電壓,鍍層要求項目,依電鍍的目的鍍層必須具備某些特定的性質,鍍層的基本要求有下列幾項,:,密著性,(adhesion),、緻密性,(cohesion),、連續性,(continuity),、均一性,(uniformity),、美觀性,(,appearence,),、應力,(stress),物理、化學機械特性,如硬度、延性、強度、導電性、傳熱性、反射性、耐腐蝕性、顏色等,鍍層的缺陷主要有,:,(1),密著性不好,(2),光澤和平滑性不佳,(3),均一性不良,(4),變色,(5),斑點,(6),粗糙,(7),小孔,缺陷產生的原因有,:,(1),材質不良,(2),電鍍管理不好,(3),電鍍工程不完全,(4),電鍍過程之水洗、乾燥不良,(5),前處理不完善,產業現況分析,-1,鍍業經營的歷史可追溯至台灣早期外銷的雨傘、腳踏車、五金零件等,直到近來的鐘錶、相機、電路板、電子零件、資訊產品等,因此可說源遠流長,而且隨著工業的轉型而變化,根據調查結果的分析,全部工廠的平均廠齡為,15.8,年,由此可見,約有半數的工廠已設立,10,20,年,(52.1%),而,10,年以下與,20,年以上者分別佔,25.7%,與,22.1%,同時,值得注意者為廠齡,2,年以內的工廠只佔,0.7%,亦即新設的工廠非常少,顯見投資者與創業者對電鍍業裹足不前的現象,產業現況分析,-2,由於電鍍業者係以代客電鍍為主,因此電鍍產品就和需要電鍍加工的工業習習相關,雖然業者大多採專業經營與協力廠商的型態,但仍有不少業者並非屬於單一產品的廠家,而可進行多種產品的電鍍加工,根據調查結果,國內業者經營各項電鍍目前最主要的三大電鍍產品類別為五金器材,(60.3%),、電子零件,(39.0%),與車輛零件,(37.5%),其次則為工具儀器,(16.9%),、照明燈飾,(14.0%),與文具禮品,(13.2%),產業現況分析,-3,一個產業中所有工廠的營業額總合即為該業的產值,此為衡量該種產業重要性的主要指標之一,依據調查結果分析,各電鍍廠的營業額分佈情形為,500,萬元以下的工廠佔,14.0%,500,990,萬元佔,11.0%,1,000,4,900,萬元佔,55.9%,5,000,9,900,萬元佔,10.3%,10,000,49,000,萬元佔,8.1%,而,50,000,萬元以上佔,0.7%,由此結果可知,約有半數工廠的年營業額為一千萬至五千萬之間,而在五千萬元以下的工廠約佔,80%,一億元以上者有,8.8%,全部樣本的年營業額平均值約為,5,500,萬元,若以全台灣地區,1,500,家工廠推算,則電鍍工業的產值為,830,億元,此外,在本次調查中亦請各電鍍廠估算最近三年,(82,84,年,),的年營業額變化情形,其中有,53.7%,的業者呈現下降現象,但是也有,46.3%,的業者表示業績上升,此種半萎縮，半成長的狀態,可見電鍍業非全為夕陽工業,只是隨國內產業結構、工業轉型、社會變遷呈劇烈動盪,同時營業額衰退的業者只要能學習業績較佳者的經營型態,仍有反虧為盈的機會,錫,(,Sn,),的性質,(1),原子量,:118.69.,(2),原子序,:50.,(3),熔點,:231.9,(4),沸點,:2270,(5),密度,:5.77(,灰錫,aSn,)7.29(,白錫,bSn,),(6),電阻,:11.5m W,(7),導電度,:15%IACS,(8),強度,:14,MPa,(9),硬度,:,Brinell,硬度,10kg,20,硫酸浴,SnSo4 5469,g/l,硫酸,10075,g/l,甲酚磺酸,C7H6OH.HSO3 100120,g/l,B-,柰酚,11.25,g/l,凝膠,22.5,g/l,浴溫,25,金,(Au),的性質,1.,原子序,:79,2.,原子量,:196.9665,4.,熔點,:1063,5.,沸點,:2809,6.,密度,:19.302g/cm,7.,電組,:2.06-cm,8.,抗拉強度,:124MPA,9.,硬度,:25Vickers,10.,標準電位,:+1.68,12.,金是一種帶有黃色金屬,是最軟化金屬之一,有最大的延性及可鍛性,13.,金優良導電性,不易腐蝕生鏽,長期使用確保電開關及接點倒電做用,14.,金有優良的紅外線反射性,15.,金的抗酸性強,可抵抗大多數酸侵蝕,只有王水才可溶解它,氰酸在沒有氧下反應非常慢,但含氧則反應變快,磷酸不做用,硫酸,250,以下不作用,氫氟酸在沒有氧化劑下不做用,鹽酸在沸點下不做用,硝酸落沒有鹵素則不會作用,晒酸是惟一的單酸能和金作用,16.,金可抵抗堿金屬的之氫氧化物及碳酸化物在任何溫度下作用,但堿金屬之氰化物溶液在含有氧下會溶解金,17.,熔融過氧化訥及氰化物會腐蝕金,其他非氧化性鹽類及硝酸鹽類則否,18.,汞及汞鹽會與金作用,要避免接觸防止金合金應力脆裂,鍍金,氰化金鉀,氰化鉀,碳酸鉀,碳酸氫二鉀,END,THANKS,