第一章 表面處理概論

1.1 表面處理( Surface Treatment ) 

     表面處理的對象非常廣泛,從傳統工業到現在的高科技工業,從以前的金屬表面到現在的塑膠,非金屬的表面.它使材料更耐腐蝕 ,更耐磨耗,更耐熱,它使材料之壽 延長,此外改善材料表面之特性,光澤美觀等提高產品之附加價值,所有這些改變材料表面之物理,機械及化學性質之加工技術統稱為表面處理 (surface treatment) 或稱為表面加工(surface finishing).

1.1.1 金屬表面處理(metal surface treatment)

     金屬經初步加工成型後需修飾金屬表面,美化金屬表面 ,更進一步改變金屬表面的機械性質及物理化學性質等之各種操作過程,稱之為金屬表面處理.或稱之金屬 表面加工(metal surface finishing). 

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1.2 表面處理的目的
 

表面處理的目的可以分四大類:
(1) 美觀(appearance).
(2) 防護(protection)
(3) 特殊表面性質(special surface properties)
(4) 機械或工程性質(mechanical or engineering properties)

(1) 美觀(appearance)

     為了提高製品之附加價值,賦予製品表面美觀,例如裝飾性電鍍
(decorative plating) Au, Ag, Rh, Ni, Cr,黃銅等電鍍 (electroplating).

(2) 防護(protection)

     為了延長製品的壽命,再製品表面披覆(coating)耐腐蝕之材料,例如保護性電鍍(protective  plating) Zn,Cd,Ni,Cr,Sn 等電鍍.

(3) 特殊表面性質(special surface properties)

1. 提高製品之導電性(electrical conductiuity),例如電鍍Ag,Cu.
2. 提高焊接性(soderability)在通訊急電子工業應用,例如Sn-Pb 合金   電鍍.
3. 提高光線之反射性(light reflectivity ) 例如太空船,人造衛星的   外殼需
   反射光線,Ag及Rh的鍍層被應用上.
4. 減小接觸阻抗(contact resistance)例如在電子組件之Au及Pd電鍍.

(4) 機械或工程性質(mechanical or engineering properties )
 

1. 提高製品之強度(strenth),例如塑膠電鍍.
2. 提高製品之潤滑性 ( bearing propertries ) 例如多孔洛電鍍
   (porous  chromium plating), 內燃機之鋁合金活塞 (piston) ,鍍   錫Sn以防止汽缸 (cylinder)壁刮傷.
3. 增加硬度(hardness)及耐磨性(wear resistance) ,例如硬洛電鍍(    hard chromium plating).
4. 提高製品之耐熱性,耐候性,抗幅射線,例如塑膠,非金屬之電鍍.
5. 滲碳(carburizing) ,氮化(nitriding) 之防止,例如鋼鐵表面硬化    (case hardening)時在不要硬化部份鍍Cu.

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1.3 表面處理之重要性
 

     表面處理工業雖然不是工業之主流,但只有透過表面處理,製品的特性及價值才能充份發揮出來.應用電鍍(plating),陽極處理(anodizing),化成處理(convesion coating),塗裝(coating)等工業技術,達到防蝕,增進可焊性,潤滑性,耐磨性,附著性及鋼材防止滲碳等的多項目的.

 
     所以表面處理為各種加工製造工業不可或缺的過 從傳統工業到近代高科技,表面處理技術一直扮演非常重要性之角色.例如太空船,人造衛星,積體電路等之發展表面處理技術都有決定性之影響.由於表面處理對材料月異,帶動相關科技工程之進步.

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1.4 表面處理技術之種類 從表面處理之特性可分類:
 

表
_____ 機械法 __ 珠擊法,切削,搪磨,撒砂,精磨,研磨,超加工.
面
_____ 冶金法 __ 表面硬化,(淬火,滲碳,氮化),擴散皮膜法.
形
_____ 化學法 __ 電解研磨,酸洗,化學研磨,酸蝕雕刻.
成
 

表
_____ 表面披覆__ 電鍍,無電鍍,熱浸鍍,熔射鍍,真空蒸著,陰極噴濺,
面
_____ 無機披覆__ 陽極處理,化成處理,著色,琺瑯處理.
披
_____ 有機披覆__ 塗裝,橡膠加襯,塑膠加襯.

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1.5 國內表面處理工業之狀況及問題
 

     依據民國70年行政院科技顧問組調查報告,有關表面處理工業,國內有約4000家,其中電鍍工業約佔1200家,分散全省各地,主要的生產項目有,工業電鍍, 裝飾電鍍,熱浸電鍍, 陽極電鍍,化成電鍍,發色,塗裝,從事表面處理的工作人員有15000至20000人,具有專業知識程度者約1000人至1500人.
 

1.5.1 原料及設備之供應
 

     大部分昂貴之原料依靠國外進口,生產設備多為國產,較貴重之檢驗儀器設備75% 是進口貨.國內原料成本極高,業著負擔沉重,應設法改善,防止貿易商操縱市場,更要鼓勵研究開發及生產重要之原料.

1.5.2 從業人員知識水準

     一般從業人員的程度較低,科技短識及品管觀念缺乏,難有研究開發新產品,唯賴低 廉勞力,以求生存.政府有關單位應定期舉辦研習會,使業者獲得新知蔚為研究風氣,提高技術水準,對在職工程人員,鼓勵利用建教合作方式,進修或在職訓練,亦應舉辦各類技術鑑定考試,並規定業者之工廠作業需由技術士擔任.

     表面處理對材料之附加價值甚高,先進國家不惜投入龐大人力物力從事研究發展,使得表面處理技術日新月異,我國要並駕齊驅,迎頭趕上,勢必從教育做起,在大專院校設立正規教育之表面處理人才,才能有雄厚發展實力.鼓勵學校與工業界間之建教合作,技術性問題需要由學校帶動,學校要增添新設備,充實師資,積極培育專業人才,企業界要僅量聘用教育較高科技人員,以增加研究發展之潛力.

1.5.3 生產及經營方式
 

     一般專業廠商規模不大,主要為訂貨生產,小規模工廠沒有管理制度,教育程度低,對人力,原料及能源造成無所謂的浪費.大廠則受到地下工廠惡性削價之競爭,影響 小廠應集中投資,合併經營,始合乎經濟原則.就有生產設備應適時予以淘汰,換置自動化處理設備,能以簡化經營管理,提高生產效率,穩定品質,節省人工,提高產品之國際聲譽,促進工業升級.

1.5.4 廢物處理及公害
 

     由於地下工廠甚多,使廢物形成嚴重之公害問題,廢物處理系統投資費用極高,非一般中小型表面處理工廠所能負擔維持得起,根據經驗及需要,認為設立表面處理專業區,集中處理廢物,廢水,不但能減少公害,而且能管制地下工廠.

1.5.5 表面處理公會
 

     表面處理是工業發展中很重要的一環,避免或防止表面處理界之惡性競爭或市場 操縱,加強廠商彼此合作,聯繫與技術交流,應充份發揮公會功能,解決同業之困難.另應設有完整品質檢驗中心,集中檢驗,測定之服務,訂定表面處理標準規範,作為廠 商品質改善或品質保證之依據.

1.5.6 表面處理技術資料
 

     根據業者的反映,國內技術資料的獲得不亦且缺乏,技術難以突破, 應設置有健全的表面技術資料處理中心,對研究開發者適時提供新穎充份之資訊,對引進國外技術者提供可參考資料.

1.6 國內表面處理工業發展之方向
 

     國內表面處理工業之技術自行開者很少,大多仰賴國外廠商之業務代表或代理商. 往往引進之技術並非最前進者或只是局部的,因此使本國產品品質遜於外貨乃為不可避免,產品之信譽及附加價值難以提昇.國內學術機構也甚少做獨立性長期性之研 究,國內欲求工業之升級,商品附加價值提高,必須大力提高表面處理技術,以達成支援各項金屬製造業,機器工業,電子工業之任務.

1.6.1 裝飾電鍍(decorative plating)
 

     裝飾電鍍之主要目的改進產品之外觀,提高產品附加價值,其主要產品如項鍊,胸 針,耳環等飾物,合法登記之裝飾電鍍廠不足十分之一,地下小廠不需付稅捐,廢水處裡費用等,導致小廠吃大廠,劣幣逐良幣之反淘汰之惡性循環. 所以發展之方向應為大廠增添新設備,提高技術水準,提高產品品質,加強取締公害,自然促使非法及小廠淘或合併經營才能進一步發展.

1.6.2 工程電鍍(engineering plating）

     工程電鍍之目的是增加產品之耐蝕力,延長使用壽命,改進機械性質等.現在許多精密模具無法使用機械加工, 也使用電鍍法, 稱之為電鑄 (electroforming).工之規模較大,許多操作採用自動化,多附屬於大規模較大機器製造廠.

     獨立之工程電 鍍廠也大都與大型機器金屬製造廠訂有長期加工契約,其惡性競爭較裝飾性電鍍小,筍嵹禤a經濟發展,工程電鍍技術水準必須精益求精,力爭上游,其發展是大有可為的工程電鍍使用支援料數量鉅大,因此廢物處理之公害問題需特別重視,稍一不慎將 造成不可收拾的公害.

     一般中小廠為節省開支沒有廢物處理設備,或有也只供參觀檢 查時之用,浪費投資,罔顧員工及環境之安全與衛生.故今後發展方向為如何協助,促使這些小廠家合併始引進或研究開發更經濟更有效新技術.工程電鍍用之化學品如進鍍成性質之添加劑,多為國外原料供應商之機密,利潤甚高,若能長期研究必能研 就發展成功替代品,以減低本國電鍍工業之成本.

1.6.3 鍍錫(tin plating)
 

     鍍錫生產應往高速率之連續生產方向發展,唯有使用高度自動化設備才能節省日益高漲之連續工資及能源.此種設備國內無法設計製造, 需向國外引進技術,近年來使用鋁罐,鋁箔,塑膠瓶罐,臘紙盒,玻璃瓶等材料越來越普遍, 佔去馬口鐵很大的市場尤其一些錫生產的開發國家如印尼,菲律賓,泰國,馬來西亞等也開始生產馬口鐵,另外有逐漸改無錫鐵皮(tin free steel)之趨勢.

1.6.4 熱漫鍍鋅(zinc hot dip coating)

 
     鍍鋅鋼片主要有電鍍式鍍鋅鋼片及熱浸式鋼片,其中以熱浸式佔大多數,鍍鋅鋼片具有優良耐蝕性與低廉價格.主要用途為建築如用在頂板(roofing),側板(siding ),廣告牌,風管等,其次為電器及機械業.國內鍍鋅鋼片業者需淘汰更新陳舊設備,採用新式連續式熱浸鍍鋅方式生產,產量大,品質佳,產品適用性廣,成本低並加以配合耐高腐蝕力,鍍層延性,抗熱性,銲接性及美麗彩色塗裝之需求提高製品之品質.如發展出來的鐵鋅合金鍍面,差別鍍鋅,單面鍍鋅及鋁鋅合金鍍面等.

1.6.5 陽極處理(anodizing)
 

     鋁的陽極處理是鋁金屬表面藉由電流的作用形成一層氧化物膜,堅硬耐磨,抗蝕性極高,色澤優美.鋁合金本身易於加工,強度高,用途很廣,磥瑣T陽處理產品為鋁門窗,傢俱,照相機及儀表外殼另件.鋁材製造極其加工業也日益擴展,鋁陽處理有相當市場潛力.

     陽極處理之發展例如硬質陽極處理(hard anodizing),在低溫電流亦有用交直流並用之陽極處理.這種硬化之陽極處理的鋁材可用於活塞,汽缸,汽缸內襯,油壓機及渦輪之另件,汽閥,齒輪,'槍械另件,離合器,煞車圓片,(brake disk),機器另見及工具等.浴溫,電流密度, 溶液成份需自動控制才能嚴格管制成品之品質以達客戶要求.自動化需引進國外技術及大量之資金,所以同時要深入了解國外市場之潛力循序達成自動化.

1.6.6 塗裝(coating)
 

     塗裝工業之成長仍應會繼續擴大,應設法取締地下工廠以減少公害保障合法廠商,避免惡性競爭.教育用戶重視表面處理技術之價值,提高塗裝品質之要求.大廠商應力爭上游,自行發展高級產品而不能只埋怨小廠之低廉競銷.發展之趨勢大多採用粉體塗裝,以節省能源和溶劑並可減少公害.非溶劑之塗裝和省能源型(紫外線硬化,低 溫硬化)之新產品我國塗裝工業當然應該迎頭趕上.
 

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1.7 學會,雜誌及參考書籍

     促進表面處理工業界之聯繫,技術交流,標準規範之定訂,防止惡性競爭,市場之操縱 等應設有功能的公會,協會以解決同業之困難.例如電鍍公會,陽極處理公會,塗裝公會等.學會及雜誌社提供新知識,新科技之資訊.在做研究開發工作,資料之取得是非常重要的,尤其是有關專利資料更具有價值.

1.7.1 學會

有關表面處理技術之國內外學會有:

(1) 中國材料科學學會.
(2) 中國鋼鐵學會.
(3) 中國化學會.
(4) 中國腐蝕防蝕學會.
(5) American, Electroplater Society.
(6) American, Electrochemical Society.
(7) American, National Association of Corrosion Engineers .
(8) 英國Institute of metal fishing.
(9) 英國Corrosion Science Society.
(10) 英國Corrosion and Protection Association.
(11) 日本金屬表面技術學會.
(12) 日本金屬學會第三分科會(金屬表面物理化學).
(13) 日本鋼鐵學會.
(14) 日本電器化學協會.
(15) 日本化學學會.
(16) 日本輕金屬學會.
(17) 德國Bunsen Gesellechaff.

1.7.2 雜誌

    有關表面處理雜誌有:

        

          (1) 國內:

            金屬表面技術.                 工業材料.

            表面處理工業.                 化工技術.

            防蝕工程.                     材料科技.

          (2) 日本:

            金屬表面技術.                 防蝕技術.

            金屬材料.                    工業材料.

          (3) 美國:

            Plating                       Corrosion  

            Metal Finishing               Materials Protection

            Product Finishing             Materials and Methods

            Industrial Finishing

         (4) 英國:

            Electroplating                Metal Industry

          (5) 德國:

            Metalloberflanche  

            oberflachenentechnik

            Korrosion und Metallschutz

            Werkstoffe und Korrosion

1.7.3 參考書籍

1.8 我國表面處理電鍍技術士檢定規範
 

     金屬表面處理是一門專門的技術與學問,為提高我國表面處理工業之水準及發展潛力,宜規定工廠必須擁有表面處理技術士如電鍍技術士,陽極處理技術士,塗裝技術士等.讓這些專門技術士從事工廠作業,才能有優良的產品.

     我國技術技能士檢定旨在配合經濟發展,改變職業觀念,建立技能共信標準,提高技術人士之地位適應國 家建設之需要.凡測驗合格者,由內政部頒發[中華民國技術士證].

     技術士技能檢定分為學科與術科測驗兩階段完成.學科測驗就檢定規範中[相關知識]範圍內命題,採是非選擇方式.術科測驗需學科測驗合格始能參加,採現場操作考驗方式.技術士分為三等級,甲級,乙級,丙級.

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