1、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 compositeplating 合金電鍍 alloyplating 局部電鍍 selectiveplating 筆電鍍 penplating 等由於電鍍表面具
2、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
3、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 aqueoussolution 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
4、為飽和溶液 saturatedsolution 反之為非飽和溶液 unsaturatedsolution 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 weightpercentage 另外常用的莫耳濃度 molalconcentration 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 reactionofmatter 電化學 electrochemistry 電鍍是一種電沉積 electrodeposition
5、 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
6、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 electrodepotentials 標準電極電位 standardelectrodepotential 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 liquidjunctionpotential 過電壓 overvoltage 活化能過電壓 activiationovervoltage 濃度過電壓 concentrationovervoltage 溶液電阻過電壓 solutionresistanceoverv
7、oltage 電極鈍態膜過電壓 passivityovervoltage 分解電壓 decompositionpotential 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
8、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 bathsolution 陽極 anode 鍍槽 platingtank 加熱或是冷卻器 heatingorcollingcoil 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
9、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 platingbath 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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、 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 金 Au 的性質 END THANKS
