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電鍍技術
概述
螺絲產業中，由於鋼材極易銹蝕，因此大部份的碳鋼螺絲會先電鍍一層鋅作為犧牲陽極，來保護鋼材，同時有增加美觀的功能。然而電鍍鋅本身的防蝕能力也不強， 必須再加上鉻酸皮膜來提升其防蝕性能，同時提供染色的功能。即所謂青藍、五彩、黑鋅、綠鋅等六價鉻螺絲產品。此類產品雖然在性能上差強人意，但在六價鉻所 引起的環保問題上卻一直為人垢病。尤其近年來環保意識高漲，六價鉻的環保問題己被國際重視，許多國家己明定時限禁用或減用。其中歐盟己明定將在 2007 年全面禁用，其他如美、日等國也將陸續跟進。
為達到歐盟 2000/53/EC 所訂定的非鉻螺絲產品要求 , 在 全球減少使用六價鉻，以達到保護環境、降低污染，有廠商在近幾年投入許多人力，成功商業化高性能且不含鉻及任何重金屬之螺絲處理液，採用有機無機混成技術製作特殊奈米金屬鍍液，於處理後在螺絲鍍層表面形成一極 薄的保護膜，此保護膜可提供螺絲極佳的耐候及耐蝕性能，並且比其他國家現有的非鉻螺絲製程要優異許多。
產品特色及優點 :
奈米材料鍍膜可以和金屬表面產生極強的化學鍵，正如同將金屬表面改質，然後利用有機無機混成的成份控制，來達到防蝕、增強附著、潑水、抗指紋等等性能。尤 其在防蝕功能上，乃是將原本極易銹蝕的金屬表面，改質成非常惰性的表面。可以說是徹底改變金屬表面性質的主動防蝕技術，因此並不需要一些如六價鉻或其他重 金屬離子來加強防蝕能力，可以說是非常環保。這一革命性的主動防蝕技術，展現出比傳統被動防蝕技術更優異的防蝕性能，主要原因是在傳統被動防蝕技術中，金 屬表面因酸蝕所能產生的金屬氧化物，僅限於基材本身的氧化物。然而許多金屬氧化物對金屬基材的鍵結不強，加上結構不良，無法提供良好保護，即使加上六價鉻 改善亦有限。但在這一革命性的主動防蝕技術中，金屬表面鍍膜可以兼顧鍵結及結構，來達到與金屬有極強的鍵結，又能有極緻密的結構，從而達到阻隔銹蝕因數的 極佳效果。
市場競爭力 :
在電鍍約 3-5μm 的鍍鋅螺絲上，按傳統工藝以六價鉻皮膜處理，大概只能在鹽霧測試中堅持 96 小 時即產生紅鏽。因此在螺絲的表面處理市場上，習慣性地會以增加鍍鋅層厚度來提高防蝕性能，但此方法除了易產生牙規問題外，成本亦呈倍數增加，且因電鍍製程 困難度增加，常有品質問題等爭議。近來因六價鉻環保問題日益受重視，螺絲廠家希望能以三價鉻表面皮膜作為替代品，但三價鉻皮膜防蝕功能不如預期，在 3-5μm 的鍍鋅螺絲上，三價鉻皮膜處理只能耐 80 小時的鹽霧測試，衝擊更大的是其處理費用是六價鉻的 3~4 倍，使得廣大廠家對此性能不佳，但成本負擔更高的製程難以寄望。
廠商在這一革命性的防蝕技術，在 3-5μm 的鍍鋅螺絲上使用，不需任何皮膜處理，可直接鍍膜加工，以約 1μm 厚的奈米有機無機混成鍍膜，可將防蝕性能大幅提升到至少 400 小時，並可通過適度調整膜厚來提供更高的耐蝕性；沒有太厚的鍍鋅層及鍍膜，對牙規無影響；使用環保材料不會對生態環境造成衝擊；具備優良的耐蝕性能並可彈性加工；而極低的成本也將使此防蝕技術能大量的被螺絲業接納採用。
螺絲性能表 :
性能 項目 |
鹽霧測試 |
備註 |
Peacco A223 非鉻螺絲 |
白鏽 >100 hrs 紅鏽 >500 hrs |
無鉻 |
Peacco A223 ( 五彩或青藍螺絲當底材 ) |
白鏽 >200 hrs 紅鏽 >800 hrs |
含鉻 |
Peacco N 4223 ( 一般烤漆螺絲當底材 ) |
白鏽 >300 hrs 紅鏽 >1000 hrs |
視烤漆種類 |
應用實例 :
1. 非鉻螺絲 Peacco A223 (SST 測試 500 小時 )
電鍍白鋅螺絲 ( 無需鉻酸皮膜 ) → 使用 比可 A223 鍍液 ( 浸鍍 5-10 秒 ) → 離心 → 烘烤 160 ℃， 20 分鐘 → 冷卻 → 使用 A223 鍍液 ( 浸鍍 5-10 秒 ) → 離心 → 烘烤 160 ℃， 20 分鐘。
2. 青藍五彩螺絲 Peacco A223 (SST 測試 800 小時 )
鍍鋅螺絲進行五彩或青藍皮膜製程 → 使用 A223 鍍液 ( 浸鍍 5-10 秒 ) 離心 → 烘烤 160 ℃， 20 分鐘 → 冷卻 → 使用 A223 鍍液 ( 浸鍍 5-10 秒 ) → 離心 → 烘烤 160 ℃， 20 分鐘。
3. 非鉻烤漆螺絲 Peacco N 4223 ( 鹽霧測試 >1000 小時 )
使用方式 : ( N4223當面層 )
電鍍白鋅螺絲 ( 無須鉻酸皮膜 ) →烤漆製程 → 冷卻 → 浸鍍 N4223 溶液 (5-10 秒 ) → 離心 → 使用 160-180 o C, 20 分鐘進行烘烤 → 冷卻完成
4. 非鉻烤漆螺絲 Peacco N 4223 ( 鹽霧測試 >1000 小時 )
使用方式 : ( N4223當底層 )
電鍍白鋅螺絲 ( 無須鉻酸皮膜 ) → 浸鍍 N4223 溶液 ( 5-10 秒 ) → 離心 → 使用 160-180 o C, 20 分鐘進行烘烤 → 冷卻 → 烤漆製程 → 完成
建議 各種金屬件及 螺絲件所使用的底塗／面塗處理劑型號：
底漆／封口劑（ 0.5~1 μ m ，還可上各種面漆）
1. N4223 （適用於鍍鋅鎳件， Cr +3 皮膜，油性）
2. N6021 （適用於鍍鋅鎳件， Cr +3 皮膜，水性）
3. N6020 （不用於鍍鋅鎳件，適用於其他各種金屬，包括中碳鋼、鋁、銅等，油性） → 另也可直接加入於面漆中混合攪拌後直接作為面漆使用，可增強與金屬面結合力。
4. N8122 （適用於各種金屬，特別是鋁合金，取代 Cr +3 ／ Cr +6 ，水性）
面漆（ 1~3 μ m ，表面滑溜，不再上其他面漆）
1. N7111 （適用於各種材質，鍍鋅鎳件除外，不用再上底漆，但也可上底漆增加更高的耐鹽霧能力，油性）
2. A223 （適用於鍍鋅鎳件，做為面漆，產品使用方法同 N7111 ，油性）
電鍍產品種類
表面處理
1． 什麼叫表面處理﹖
為了使產品更美觀﹐經久耐用 . 抗腐蝕或為了使其具有某種功能而對產品表面採取的加工方式的總稱﹐叫表面處理。
2． 產品的表面處理主要有五金類﹐塑膠類﹐模具類
A. 五金的表面處理
產品五金類材料主要有﹕鐵﹐銅﹐鋁﹐鋅﹐不銹鋼等﹐由於不同的物理特性﹐處理時略有不同。主要有電鍍﹐陽極處理﹐增加樹脂﹐直接處理底材四種。
1) 電鍍
什麼叫電鍍﹖就是利用電解質的功能將一種金屬披覆上另一種金屬。
五金的電鍍主要分為鎳系電鍍﹐無鎳電鍍﹐鎳系電鍍主要顏色分為﹕基本色﹐合成色﹐加工色。
基本色﹕鎳﹐鋅﹐金﹐銀﹐紅銅﹐青銅﹐黑鎳
合成色﹕珍珠槍﹐沙電黑﹐珍珠金﹐沙電金﹐沙電青銅
加工色﹕青古﹐黑古﹐古銀﹐染色
電鍍的其本步驟﹕前處理 -> 打銅底 -> 鍍鎳 -> 鍍其它顏色 -> 上封閉油
a． 前處理﹕可以清潔底材﹐ 使其表面光潔﹐增強表面活性。一般細小的產品通常放入振動器裡﹐加入清潔劑﹐脫脂劑去滾動﹐然後漂洗乾淨即可﹐體積較大的通常直接脫脂去油﹐然后用水或純 水清洗即可﹐如果產品生銹或粘了膠﹐必須用硫酸清洗﹐即通常說的酸洗。鋅合金電鍍前處理必須振動﹐人工打磨的產品必須用超聲波清洗。
b． 打銅底﹕打銅底分紅銅底和青銅底﹐掛鍍時為了使產品更光亮﹐部分產品須過硫酸銅。
c． 鍍鎳﹕鍍槽里面主要金屬塊是鎳板﹐溶液主要成份是硫酸鎳﹐氯化鎳﹐另加光澤劑。
d． 鍍其它顏色﹕黑鎳﹐青銅﹐珍珠鎳﹐正金等.
沙電不用鍍鎳﹐直接紅銅 -> 沙電
青古也不用鍍鎳﹐直接青銅 -> 發黑 -> 加工
鋅色也不用鍍鎳﹐直接鍍鋅 ( 藍鋅､白鋅､五彩鋅､黑鋅 )
影響電鍍質量的因素﹕電流強度﹐溶液濃度﹐銅板﹐鎳板數量
不良品種類﹕
材質起泡：主要原因是材料含雜質﹐密度不夠等
電鍍起泡：原因較多﹐電鍍液調配不當﹐催化劑 ( 氰化鈉 ) 比重不當﹐表面清理不乾淨﹐紅銅未打好﹐烤溫太高都會引起起泡。
起 彩﹕封閉油太薄引起 ( 可以重新封油 )
燒 焦﹕電流局部太強﹐產品太薄
表面油花﹕封閉油太厚﹐或未吹乾前移動過都會引起表面花
沙孔現象﹕金屬由原子､分子組成﹐排列時不整齊﹐有間隙形成針孔 ( 密度不夠 )
青古銅時間稍長會出現黑點
鍍沙電時間越長越亮
珍珠鎳時間越長越霧
為了節省成本﹐電鍍工序實際操作中有變動
例如﹕
沙電水霧 前處理 -> 亮紅銅 -> 水霧 ( 不鍍鎳 )
粉霧代水霧
純金加鍍青銅﹐減少鍍金時間
代用金 青銅染色上油
沙電採用鍍粉霧不拋沙
鐵類 前處理完後不打紅銅直接鍍鎳 ( 釘､線扣､套片 )
改電﹕通常未上封閉油的易改電 ( 鎳､鋅 ) ﹐青銅､珍珠鎳較難﹐黑鎳難度更大﹐改電通常統一處理﹐原因﹕須使用脫鎳劑､濃酸去油等 ( 鋅合金改電易起泡 )
e. 上封閉油 ( 噴鎳架 ) ﹕可以隔絕空氣﹐補充針孔。分亮油與霧油﹐耐酸油與普通油等多種。注意上油太薄易起彩﹐太厚易花﹐烤的時間太長易發黃。掛鍍與滾鍍工序和原理一樣﹐只是工藝水平較高﹐須逐個掛上處理﹐費時費人力﹐所以單價貴。
Tips:
鎳色､正金色一般都不上封閉油,因為兩種金屬元素比較穩定﹐不易氧化﹐能保持較長時間。
掛電中常見的加工色﹕青古､黑鎳､青銅､正金掃尼龍
掛電中的間色 ﹕白鎳間黑鎳､水霧間槍色､即雙色電鍍。
當產品重量較大時﹐滾鍍費用比掛鍍貴
無鎳電鍍
無鎳電鍍 又稱 無毒電鍍 :為了減少鎳對人體的毒害﹐採用銅錫合金代替鎳鍍層的方法﹐就是無鎳電鍍.
鎳對人體有毒:某些人對鎳有過敏現象﹐使人體出現搔癢起瘡等﹐這種現象就是對人體的毒害。無鎳電鍍步驟大致與鎳系電鍍差不多﹐只是避免使用含鎳的溶液﹐如硫酸鎳等﹐鎳鍍層用銅錫合金代替。
2). 陽極處理
陽極處理通常只針對鋁材﹐但壓鑄鋁不能陽極處理。
3). 塗漆樹脂處理
噴漆﹕前處理 -> 噴漆 -> 烤乾
烤漆﹕前處理 -> 噴漆 -> 烤乾 -> 鎳架 ( 溫度要求高﹐漆的種類不一樣 )
電著塗裝﹕前處理 -> 電著 -> 烤乾
粉體塗裝﹕烘烤 -> 浸膠
4). 直接處理底材
打 磨﹕研磨､振動 ( 振粗﹐振優 )
人工打磨﹕沙輪 ( 沙帶 ) ﹐麻輪﹐布輪
噴沙﹕以沙粒均勻地噴在產品表面並定型﹐制造一種粗糙的效果。
染 黑﹕直接染黑色﹐例如﹕螺絲
磷化處理﹕通過磷化物溶液 ( 角鋼 )
凍 色﹕重鉻酸鉀溶液 ( 防鏽 )
熱 處 理﹕先經高溫加熱產品再冷卻﹐改變原子排列方向
加硬﹕滲碳､加錳､驟冷
退火﹕緩慢冷卻
B. 塑膠的表現處理﹕真空電鍍﹐噴漆
C. 其它表面處理﹕銅拉沙
新的表面處理方式 ---- 彩圖披覆工藝 將各種自然色彩和圖案轉印到產品外殼上﹐
例﹕木紋處理。
無電解電鍍是利用氧化還原的原理
將溶液中本來是離子的金屬 用還原劑還原為原子
並沉澱在燒杯或欲鍍的東西上
真空濺鍍(sputter)是利用氬原子將靶材原子變成氣態後 直接鍍在基材上
真空蒸鍍(evaporae)是將靶材加熱到變成蒸氣 再沉澱在基材上真空濺鍍(sputtering)和真空蒸鍍(evaporae)都是一種新的應用科技,是在真空艙(chamber)中以高電壓的DC Power或頻率13.56Mhz的RF Generator於媒介氣體中打擊靶材(target材質有Cu,Al,Zn等)使得飛散出的電離子 附著或沉積在被鍍物上形成一層金屬薄膜,它的優點是作業很乾淨要在無塵室中進行對環境的污染減低並且對絕緣體的渡鍍膜有絕佳的效果所以廣泛的應用在各行各業以往真空鍍膜裝置皆由日本歐美等國外廠商製作輸入,現因台灣的真空鍍膜裝置廠逐漸壯大中 所以今後的應用會更廣.
雙色電鍍,真空濺鍍廠商:明通企業股份有限公司. 網址 www.mtbs.com.tw
電鍍防鏽液廠商:士筌實業股份有限公司.網址 www.peacco.com
參考資料
1. 士筌實業股份有限公司- www.peacco.com/pd5.htm
網內資料: