材料表面工程

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1、材料表面工程一、簡介二、一般前處理三、電鍍工程四、無電鍍鎳五、熱浸鍍鋅六、化學氣相蒸鍍七、物理氣相蒸鍍八、熱熔射九、擴散塗層十、陽極處理材料表面工程相關技術1.表面分析,特性描述如光學顯微鏡，掃瞄式電子顯微鏡，X光繞射，原子力顯微鏡，歐傑電子光譜，化學分析電子光譜（或稱X光電子光譜）。2.性能,功能研究如微硬度，腐蝕，磨耗，電性，光性質，電磁性質等。3.表面工程(製程技術)本課程討論是以表面工程技術為主。表面工程技術分類表面工程可分為個別製程，且其表面僅具單一功能或性能，以及整合製程，且其表面具多種功能或性能。表面工程以技術原理區分可分類如下：•機械方法•研磨,拋光,

2、布磨•噴砂-砂粒噴砂•壓接•機械式鍍鋅•珠擊2.熱能方法•熱浸鍍（鋅，鋁鋅，鋁）•銲錫(在引線架上)•擴散被覆•熱熔射•雷射處理•滲碳•滲氮•電漿轉換電弧3.化學方法•化學蝕刻•脫脂•化成皮膜處理(如磷酸鹽皮膜)•無電鍍•溶膠－凝膠法4.電化學方法•電拋光•電鍍•電鑄•陽極處理5.真空方法•化學氣相沉積－加熱式，電漿輔助式，有機金屬式•物理氣相沉積（離子鍍，濺鍍，蒸鍍）•離子佈植•氮化法•碳化法6.物理方法•油漆•烤漆表面工程功能與目的﹕簡言之，表面工程的功能與目的為增進基材特殊的性質，以賦予其原不具有之性能或延長使用壽命，大致如下：1.抗腐蝕/氧化•飛機蒙皮(鋁合金

3、)-陽極處理•汽車車身板金(鋼材)-熱浸鍍鋅，電鍍鋅，上塗料•船的甲板(鋼材)-熱熔射，上塗料•建築物-如橋樑，電塔可使用熱浸鍍鋅與上塗料等方式•個人電腦機殼-熱浸鍍鋅，電鍍鋅，上塗料•石化輸油管線-覆蓋披覆2.耐磨耗－硬鉻，氮化鈦，離子氮化，滲碳氮化，鑽石薄膜，雷射表面處理•軸承•軸心•鑽孔切割工具•硬碟3.光學性質•建築用窗框•光學玻璃•單色光•相機機身，顯示器4.磁性•記錄媒體•光碟•硬碟5.導電性•半導體電路•聯接導線•微電子金屬化製程6.裝飾•裝飾品•眼鏡•手錶7.熱傳導性/熱傳阻抗－黑鎳，黑鉻，氧化鋯•渦輪葉片熱阻層•太陽能電池吸熱層8.機械壽命•疲勞壽命

4、9.製造、加工•電鑄，微機電表面工程技術選用考量因素選擇表面工程技術以進行材料表面改質有諸多考慮因素，如下所述：1.材料（塗佈,析鍍,沉積,即是指表面覆蓋）之可應用性－單一/多種材料*這是主要的考量因素*參考表面工程的功能與目的－腐蝕壽命：在使用環境下的腐蝕速率－磨耗壽命：使用條件下的磨耗速率－疲勞壽命：應力作用下的壽命週期，熱疲勞的壽命週期（熱膨脹係數差異所造成）－光學性質：亮度的需求，反射率的需求－磁光性質：信號/雜訊比－導電性：電阻率－裝飾：顏色，視覺效果－熱傳導/阻抗：熱傳導性－製造：可加工性2.基材適性－溫度；例如不均勻結構的薄板金屬片不適用於熱浸鍍鋅－活性

5、；鈍性的基材須要適當的前處理，活性極佳的基材，如鈦，不易施以電鍍－機械強度;熱熔射會使薄件產生變形3.技術的可行性－熱熔射通常需要表面粗度大的基材，不適用於陶瓷基材－化學汽相沉積需要氣相的化學藥品以及真空處理－物理汽相沉積會因工作腔室的空間而限制了試樣的尺寸與形狀－電鍍通常會因拋鍍力差而使均勻性變差4.經濟因素需要考慮初成本與長時間的保固成本，特別是建築物的結構可能影響成本的因素：鍍層的材料，化學藥品的來源，製程的困難度，市場佔有率等5.單一技術/技術整合單一技術—純金屬，合金或混合析鍍的單一鍍層技術整合-如多層鍍層，連續處理可選用之表面工程技術表面工程技術種類繁多，

6、前節曾依技術原理分類，下述則依功能分類，並列出相關可能應用之技術(I)一般的前處理I-1機械法1.噴砂(砂粒噴砂)2.研磨/布磨/拋光I-2化學法1.脫脂2.酸洗I-3電化學法1.電拋光2.電解清洗I-4乾式1.電漿蝕刻2.離子蝕刻(II)耐蝕性覆層/改質II-1鋅覆層1.熱浸鍍鋅2.電鍍3.熱熔射II-2鋁覆層1.熱熔射2.擴散塗層3.熱浸鍍II-3鎳覆層1.熱熔射2.電鍍3.無電鍍II-4塗料1.有機塗料2.富鋅無機塗料II-5化成皮膜1.陽極處理2.鉻酸鹽皮膜處理3.磷酸鹽皮膜處理(III)磨耗/裝飾塗層III-1複合鍍層1.電弧轉換電漿2.鎳/陶瓷複合電鍍3.

7、無電鍍鎳/陶瓷或鐵氟龍（PTFE），鍍鑽石膜4.雷射覆蓋III-2陶瓷複層：氧化物，碳化物，氮化物，鑽石膜1.熱熔射2.化學氣相沉積3.物理氣相沉積－濺鍍，離子鍍，電漿電弧III-3硬鉻1.電鍍III-4無電鍍鎳1.無電鍍析鍍III-5表面硬化1.滲碳法2.滲氮法3.雷射處理III-6裝飾用/光學的1.熱浸鍍鋅發色2.鋁陽極處理3.不銹鋼發色(IV)覆層/改質在電性上的應用IV-1電子的－氧化物；IrO2，PdO2等1.電鍍2.熱分解IV-2太陽能電池－硫化物1.電鍍(V)電子的覆層V-1聚亞醯銨介電質1.旋轉塗佈V-2銅導線－印刷電路板1.電鍍V-