表面處理簡介 漢翔公司生產處製造組 楊文振 2013/05/13

課目內容 一、 前言 二、 製程能量 三、 鋁合金表面處理 四、 化學蝕銑 五、 噴漆

一、前言 表面處理: 作用於金屬表面使具有特定性質，該性質為尚未執行表面處理時原金屬材料所未具備。航太工業常用的材料有鋁合金、鋼、鈦合金等材料，不同材料則須於金屬表面執行不同的化學製程處理，使金屬材料不與外界直接接觸而產生保護作用，使其表面具耐腐蝕、耐磨耗等功能，該化學製程處理之加工技術即稱之為表面處理。

二、製程能量 陽極化(Anodizing) – 鉻酸陽極化(Chromic Acid Anodizing) – 硬陽極化(Hard Anodizing) – 硫酸陽極化(Sulfuric Acid Anodizing) 刷鍍(Brush Plating) 鍍鎘(Cadmium Plating) 鍍硬鉻(Chromium Plating) 清洗(Chemical Cleaning) 膠合件清洗(Chemical Cleaning for Adhesive Bonding) 鈦合金清洗(Titanium Cleaning – etch & non-etch) 化學蝕銑 (Chemical Milling – Aluminum)

二、製程能量 化成處理 (Conversion Coating) - 化學膜 600 (Alodine 600) 鈍化 (Passivation) 陽極化剝除 (Stripping) 鋼件硝蝕檢驗 (Nital Etch) 噴漆 Paint/Dry Film Coating 金屬膠合件陽極化(Metal Bond Anodize Process)

三、鋁合金表面處理 防蝕表面處理 － 化成處理 － 陽極處理 耐磨性表面處理－硬陽極處理 製程說明: 鋁合金在空氣中自然生成之氧化膜，其膜層不均勻且不連續 ，緻密性差 ，不具腐蝕防護作用， 需施予適當表面處理。主要製程為化成處理與陽極處理，且鋁合金本身易於加工，強度高用途廣，無論民生工業、與國防工業與航太工業的使用與日俱增。 防蝕表面處理 － 化成處理 　 　　　　　 － 陽極處理 耐磨性表面處理－硬陽極處理

三、鋁合金表面處理 金屬化成處理: 金屬表面元素與化學處理液發生化學反應，形成不溶解性的氧化膜或無機鹽皮膜，保護內部底材不被銹蝕，或使表面具有附著、耐熱，提升塗漆附著力的功能。 含鉻酸鹽-磷酸鹽之化成皮膜，主要用於鋁裝飾性、消光處理或作為塗漆底層 其化學溶液通常為含有氧化劑的酸性溶液(硫酸、磷酸、醋酸、氫氟酸、硝酸…等) ，氧化劑通常為硝酸鹽、亞硝酸鹽、過氧化氫、鉻酸鹽、重鉻酸鹽…等。

三、鋁合金表面處理 金屬化成處理的控制因素: 底材金屬的表面狀況 前處理的方式 化學溶液的組成 化學溶液的濃度 化學溶液的PH值 攪拌均勻度 操作溫度 操作時間

三、鋁合金表面處理 化學膜製程: Alodine 600 溫度 : 室溫 時間 : 1~3分鐘 Alodine 1200 時間 : 1~3分鐘 Alodine 1200 Alodine 1500 溫度 : 130 ~ 160 0F 化學膜應用： 一般性飛機零件不與外界環境接觸之非結構性零件，如環控系統、燃油系統、座艙系統等零件

三、鋁合金表面處理 陽極處理 說明 : 用途 : 1.防護性：氧化膜與外界隔絕，形成腐蝕與磨耗的防護性 鋁的陽極處理是利用電化學的原理， 藉由電流的作用，在金屬表面形成氧化層，該氧化層質堅硬、耐磨性強、 抗蝕性高。 用途 : 1.防護性：氧化膜與外界隔絕，形成腐蝕與磨耗的防護性 2.裝飾性：對於機製加工後的表面，對於不同材料陽極處理後，可呈現不同的顏色，金屬鹽類電解發色而得各種色彩。 3.塗裝性：陽極處理後的表面產生多孔性氧化鋁層，可增加後續漆料塗裝的附著性，或執行含許多孔 ，在磷酸鍍浴中會形成導電性變成可電鍍，而許多孔產生內鎖反應鍍層附著性加強。 4.絕緣性：陽極處理後產生絕緣的氧化鋁層，如應用在鋁電解電容器的製作。

三、鋁合金表面處理 陽極處理 原理 : 使用鋁陽極 , 鉛或鋁陰極 , 硫酸電解液時化學反應如下列: 鋁底材的離子化: 鋁底材和硫酸的反應: Al + 3H2O → Al+3 + 3(OH)- + 3 H2 鋁底材和硫酸的反應: 2Al + 3H2SO4 → 2Al+3 + 3(SO4) 2 - + 3 H2 氧化物的形成 : 2Al+3 + 3 O 2 - → Al2O3 Al2O3+ 4H2O → Al2O3 ． H2O + Al2O3 ．3 H2O

三、鋁合金表面處理 陽極處理 結構示意圖 :

三、鋁合金表面處理 陽極處理種類 : 陽極處理方法 鉻酸陽極處理 硫酸陽 極處理 草酸陽 磷酸陽極處理 硼酸陽極處理 處理液組成 鉻酸 5-10% 硫酸 15-20% 草酸 磷酸 10% 硼酸 9-15% 處理 電壓 40 Volt 14-22 50-65 10-12 50-500 溫度 (℃) 35 18-25 30 23-25 90-95 時間 (分) 10-60 10-30 20-30 陽極膜顏色 草綠 無色 半透明 彩虹色

三、鋁合金表面處理 陽極處理 流程: 除油處理 鹼洗處理 去氧化層處理 陽極處理 封孔處理

三、鋁合金表面處理 陽極處理 硫酸法之氧化膜細胞較為細緻 , 平均細胞直徑大小200 ~ 300Å 氧化膜電子顯微鏡圖 (a) 硫酸10V (b)鉻酸30V (c)硼砂20V

三、鋁合金表面處理 陽極處理 控制參數: 電解液種類 電解液濃度 攪拌均勻度 操作溫度 操作時間 電壓大小 干擾因素

三、鋁合金表面處理 陽極處理 電解液對氧化膜的影響: 電解液(強酸或強鹼)會溶解生成的氧化膜 , 溶解至飽和。 電解液 (如硼酸塩或酒石酸塩溶液)不溶解氧化膜 , 生成附著緊密而且不導電的薄膜 , 需使用高電壓。 電解液不易溶解氧化膜 , 皮膜的生長係藉著表面溶解生成細孔 , 使電流繼續流通 , 直至生成速率等於溶解速率 , 而達極限值 , 如硫酸 , 磷酸或鉻酸法。 生成之氧化物在電解液中的溶解度適中 , 為電解研磨。

三、鋁合金表面處理 陽極處理 封孔: 封孔為陽極處理製程的最終步序，封孔是將氧化鋁層的孔封住，通常是以熱水或無機鹽填入氧化鋁的孔隙內成為沒有吸附性的表面，使得改變其氧化鋁層表面機械性質。

四、化學蝕銑 化學蝕銑是以強鹼溶解金屬做為加工之方法，在其加工流程中使用了許多化學材料，因此要深入了解化學蝕銑之特性，就須先明瞭這些加工流程中所使用之化學材料以及其應用之基本原理與特性.化學蝕銑加工整個流程大致可分為： 前清洗→封膠(AC828-77)→刻劃→補膠→乾燥→蝕銑 首先在材料表面形成耐強酸或強鹼的封膠時，為了增強封膠與材料面間之密著性及加工後容易剝離封膠之特性以及為得到均一的蝕銑率，就先要實行各種表面清洗工作，以便除去材料表面殘 留之污物、油脂及氧化層，使材料之素材顯露出來，接著依據素材，蝕銑溶液及使用溫度，選擇適當之封膠材料來保護不必蝕銑部份，然後再依據金屬選擇合適之蝕銑溶液來作蝕銑加工，因此可見整個加工流程完全是以化學方法來代替機械加工，其主要的用處有， 可在熱處理後或成形後零件、曲面零件、硬和脆的材料上加工。 加工方式分為二大類鋁合金化學蝕銑及鈦合金化學蝕銑(AIDC已廢除)。

四、化學蝕銑 鋁合金化學蝕銑 強鹼蝕銑液 (1) 基本反應： 2H2O＋2NaOH+2Al→2NaAlO2＋3H2 H2O＋2NaAlO2 → Al2O3＋2NaOH (2) 溶液中包含成份： NaOH，NaAlO2， Al2O3(白色不溶性固體)及其它雜質。 (3) 若蝕銑時泡沫過多加添消泡劑如： triethane amine (4) 在蝕銑溶液中常添加金屬離子封鎖劑，以減少及延遲Al2O3的形成，以減少蝕銑的障礙及防止污泥及重垢的形成。

四、化學蝕銑 化學蝕銑樣板(CMT) 註: 紅色(一道) 、 黃色(二道)、 綠色(三道)、 白色(四道)、橘色(五道)、 藍色(六道)、棕色(不蝕銑區)

五、噴漆 目前飛機上金屬所通用之防蝕方式，係在表面處理之機體結構上噴塗一層環氧底漆及聚氨基甲酸酯(PU)面漆，以隔水蒸氣、氧(02)、氯離子(Cl")、硫離子(S")等腐蝕因子，直接與金屬接觸，造成腐蝕。為提高防蝕效果，漆料一般須有下列之特性： (1) 對基材具有極強之膠合效果，能夠抑制或延緩腐蝕面不致擴張，例如針孔及塗膜之破裂。 (2) 對面漆之膠合效果佳。 (3) 防蝕及抗化學藥品能力佳。 (4) 撓曲性佳。

五、噴漆 漆料基本性質 底漆(Primer)： 底漆直接塗裝於金屬表面，達成下述功能，亦即改善防銹性及對金屬或面漆(Top Coat)的附著性，對溫度變化所致膨脹收縮的順應性，使塗裝全體達成平衡狀態，並提昇零組件的耐久性與耐蝕性，同時可以調整金屬面的凹凸及彎曲，即賦予面漆塗層的美觀性。由於各種底漆各有自身的特性，故須考慮被塗裝物塗裝的目的、塗裝條件、塗裝方法及經濟性後，再加以適當選擇使用。 面漆(top coat)： 面漆是作凹凸面最後調整，而使零件表面能有較好的外觀，因此塗裝於底漆(Primer)或補土(Putty)的上面，由其自身的機械強度而保護外來的衝擊，而且可以阻止外界溶劑的浸透與可防止底漆受到浸漬。叉百阻止水份的浸入，而使塗裝系的耐水性增加，可強化與底漆相互附著性，因此耐久性可增加。

五、噴漆

五、噴漆