鎂合金的表面處理

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1、鎂合金的表面處理鎂合金表面處理及其功能 鎂合金零件常見之表面處理大致可分為油與蠟之外表被覆化成處理法陽極氧化法噴漆法電鍍法氣體/電漿氮化法雷射合金化而一般機械方法如拋光擦光滾桶研磨及震動磨蝕法亦可使用表面處理方法使用選擇所需考慮之因素 1.表面處理是否僅裝飾或美觀用途 2.鎂合金零件是否具備某種程度之保護特性或機械效益只強化。3.上述功能皆須滿足 若鎂合金零件之應用僅須面對風化間歇性之潤濕而不需有豪華美麗外觀則不需做任何表面處理但有些表面處理具較復雜程度之涂裝可在長期嚴苛環境下保護零件。表面處理之應用亦須考慮到整體經濟成本效益要選擇最佳條件之表面處 理必須了解鎂零件所處之環境條件急鎂零件表面處

2、理之耐腐蝕行為及機 械特性。鎂金屬表面處理最佳條件之決定因素包括可容忍之腐蝕程度及操作 環境之嚴苛程度。壓鑄鎂合金于汽車零組件應用對嚴苛之鹽霧暴露及未 做化學處理或被覆之電解腐蝕抑止效果皆優于碳鋼及壓鑄380鋁材。而于油 臘被覆化學處理及噴涂電鍍技朮亦皆可滿足裝飾及保護需求。鎂合金表面處理及其功能 鎂合金表面可用化學法或電化學法做表面處理這些被覆物可取代天然之氫氧化物(Mg(OH)2)或碳酸鹽(MgCO3)被覆物且具更佳之耐蝕性。這些表面處理對有機被覆物具更佳之相容性也可單獨使用以抗拒一般性之暴露。化成處理后可應用有機被覆物做許多結構性之應用優勢噴涂前需做樹脂封孔。所有鎂合金表面處理中鉻酸鹽被

3、覆物可能最常被使用除具中等程度之保護外也可作噴漆底材提供化學或機械之附著力。鉻酸鹽被覆物之抑制作用亦可提供永久性之附著性當工件暴露在冷凝濕氣中時阻止鹼性或氧化膜之形成。鉻酸鹽底材對重工業及海洋環境嚴苛暴露腐蝕亦具效益。鎂合金之陽極氧化與其它金屬陽極氧化步驟流程大致類似去污 活化陽極氧化。鹼性與酸性陽極氧化皆可行。但鎂之陽極氧化不具著色效益須陽極氧化配合有色之噴漆涂裝。鹼性陽極氧化須做后處理以提升噴漆之附著力它比酸性陽極氧化更質硬及耐磨耗。酸性陽極氧化較具彈性不易淬裂及剝落對嚴苛環境為及佳之噴漆底材。鎂合金表面處理及其功能下表顯示鎂合金表面處理之功能與目的目的/效應功能表面處理清洗1 改善表面2

4、 防止污染3 焊接前之預處理4 后續加工處理前之預處理1 溶劑或鹼液脫脂2 酸洗3 沖蝕(化學動力干式)4 機械拋光美觀著色光澤1 陽極處理染色2 噴漆3 化成處理4 電鍍改善化學特性1 保持外觀2 防止劣化3 防止污染1 陽極處理2 噴漆3 化成處理改善物理特性1 改善硬度與耐磨耗性2 電力絕緣與傳導3 熱排斥與吸附4 潤滑1 陽極處理/電鍍2 陽極處理/電鍍3 陽極處理/化成處理4 陽極處理及潤滑鎂合金之表面預處理 鎂合金之表面預處理與其它金屬處理一樣重要因為它會影響到隨后之被覆制程于鎂零件之制造過程中一些污染物如油脂氧化物或骯臟異物皆可能存在此外化學處理后之殘留雜質亦必須去除。一般鎂合金

5、零件之清洗制程可分為四種類別即機械清洗溶劑清洗鹼液清洗及酸洗其中溶劑清洗鹼液清洗及酸洗亦被歸類為化學清洗。這些方法可單獨使用亦可以組合使用視工作狀況而定下表為鎂合金使用之清洗制程說明清洗類別應用方法應用機械清洗鋼刷砂磨噴沙滾桶研磨快速去除重型氧化物被覆層及污染物之方法噴沙珠擊后應使用酸洗溶劑清洗清洗蒸氣脫脂乳化浸漬清洗鹼液清洗前去除過量油質噴漆涂層前之預清洗鹼液清洗熱浸漬電解清洗鎂合金化學處理前最有效之脫脂法。可去除舊有之化學表面物酸 洗浸漬法數種酸洗法皆適用于鎂零件。鎂合金之機械清洗法 鎂合金之機械清洗法包括研磨粗拋光干式及濕式磨蝕噴擊清洗鋼刷清洗濕式桶槽清洗及振動表面處理。1.研磨及粗拋光

6、帶式研磨可用于去除壓鑄件毛邊表面缺陷或刮痕等無表面污染物存在之危險性亦不需特殊磨料。2.干式磨蝕噴擊清洗噴砂為鎂合金最常使用之干式磨蝕噴擊清洗法許多壓鑄廠使用25或35AFS細粒之隧石細砂也可利用小鋼珠噴擊。于傳統操作狀況下2種方式均可得相同之滿意結果若噴擊壓力過大可能造成表面之腐蝕因為鋼屑可能嵌入工件表面。任何干式磨蝕噴擊后皆須做酸洗以排除噴擊之不良效應。3.濕式磨蝕噴擊清洗這是電鍍前之表面處理步驟可去除表面碳質化合物及厚重腐蝕產物及去除剝推操作之殘留噴漆。4.滾桶研磨鎂壓鑄件可利用濕式桶槽振動桶槽界面活性劑及表面處理配方去除表面污染物碳質及非碳質之模具潤滑劑并平滑組件。溶液須連續流動過介質

7、以阻止污染物之累積及組件表面可能之污染。滾桶研磨可作為高純度鎂合金零件之表面處理及用于鏈鋸除草設備零件及動力手工具噴漆與之預處理及清洗鎂合金之機械清洗法 5.鋼刷處理鎂合金可于現場用鋼刷處理以去除污染物再作噴焊。鋼刷設備應加以調整使得足夠壓力施用于鎂片上設備之設計應使用其不致磨蝕到鎂片最終表面之平滑度與鋼刷線材組成及粗糙度有關。6.振動表面處理結合磨平或擦光之清洗以去除氧化物污染物毛邊及鑄件外皮陶瓷及其它介質皆可加以使用視零件表面狀況及所需表面處理而定。勿使用酸添加物易侵蝕鎂之表面。適當之清洗與干燥甚為重要。7.拋光與擦光可作為鎂合金電鍍陽極氧化及噴涂前之預處理。鎂壓鑄件拋光時應盡量減少磨除量

8、以保持鑄件外層薄而無孔質層。標准件拋光可使用磨輪及皮帶可去除粗糙表面分模線及鎂合金零件表面之缺陷。可使用Al2O3及SiC磨料其粒徑大小視表面粗糙度及最終所需之表面處理而定。游離鐵及其它重金屬微粒不可用做鎂合金拋光之磨料因為這些金屬若嵌入鎂合金表面會引起腐蝕或在酸洗時造成孔洞。鎂合金亦可用矽藻土化合物或 Al2O3于縫合輪作平滑光澤表面處理拋光。對著色拋光可用干石灰石化合物拋光化合物若含有游離鐵或其它重金屬磨料不可使用。拋光或擦光后在有機涂裝之前應作硝酸鐵光澤酸洗硝酸鐵光澤酸洗可生成鈍化表面增加被覆物之附著性及耐蝕性也可以阻止被覆物干燥后發生污點鎂合金拋光與擦光步驟類別直徑(mm)M/Ssfm

9、粗拋光60-100(SiC,Al2O3)帆布羊皮毛氈150-360 15.3-25.5 3000-5000中度拋光100-320(SiC,Al2O3)疊布150-360 20.4-30.6 4000-6000細拋光240-400布或 羊皮25-36022.9-38.2 4500-7500鍛面表面處理50-320擦光圓盤150-300 15.3-25.5 3000-5000擦光矽藻土或Al2O3擦光化合物棉150-400 20.4-40.8 4000-5000速度操作磨蝕粒徑磨輪化學清洗 鎂合金化學清洗包括蒸氣脫脂溶劑清洗乳化清洗酸洗及鹼洗。1.溶劑清洗及蒸氣脫脂可去除油質成形潤滑劑臘淬火油腐蝕

10、保護油拋光擦光化合物溶解性土壤及污染物。固態微粒如加工粉塵及碎屑可用溶劑清洗加以去除因為它可溶解附著于零件的油脂而這些油脂使這些微粒黏附在零件上。這些清洗行為必須于噴涂電鍍化學處理及機械加工或成形前后進行。用于其他金屬化學清洗之方法及設備同樣可使用于鎂金屬三氯乙烯過氯乙烯是最常用的溶劑二氯甲烷可有效自壓鑄件表面去除過量之有機樹脂嵌入物。2.乳化清洗可用以去除油脂及拋光化合物。乳化清洗劑可為中性或鹼性pH值7以上以免腐蝕鎂合金鎂合金表面。加水及溶劑使用前宜加以測試以避免可能之金屬孔蝕現象。化學清洗 3.酸洗酸洗可去除緊密附著于鎂合金表面之污染物或是不溶于溶劑與鹼液之污染物這些污染物包括有色天然氧

11、化物嵌入之砂或鐵鉻酸鹽被覆物焊接雜質及燃燒之潤滑劑等。酸洗處理之選擇應考慮須去除之污染物處理之鎂合金類別尺寸變形量可容許限度及所需之表面外觀。選擇適當之酸洗法可避免表面形成狀之黑色污染物。鎂合金表面處理除改變金屬表面之耐腐蝕性也可提供裝飾性之外觀 利用硝酸鐵醋酸硝酸鹽或磷酸清洗皆可達到目的。硝酸鐵酸洗會在表面形成氧化鉻膜使表面鈍化而增強其耐腐蝕性。醋酸-硝酸鹽及磷酸酸洗可作為一種螫合劑自鎂合金表面有效去除其它金屬雜質阻止局部電流腐蝕。下表為鎂合金之酸洗處理法。化學清洗 4.鹼洗鎂于噴涂前電鍍及化學處理前最常用鹼液清洗它也可自鎂零件去除鉻酸鹽被覆物。大部分之鎂合金不易被鹼侵蝕除了焦磷酸鹽及聚磷酸

12、鹽這些鹼類甚至于pH大于12時亦不致侵蝕鎂合金。用于低碳鋼之重鹼液清晰劑亦適用于鎂一般浸漬清晰液包括氫氧化鈉碳酸鹽磷酸鹽鉻酸鹽或其它組合也包括天然樹脂或合成界面活性劑為乳化劑。陰極清洗利用工件作為清洗液之陰極使用6V之直流電電流密度為1-5A/dm2。陽極清洗易形成不必要之氧化物或氫氧化物被覆物故不建議使用。長時間之陽極清洗也容易形成鎂零件之孔蝕。鎂零件浸漬或電解清洗簡單鹽浴配方如下表藥劑與用量操作溫度與時間80-100。C3-40分鐘.濕劑化學清洗鎂合金之酸洗處理法處理液主要應用金屬移除量 m組成物濃度 g/l操作溫度()浸漬時間(min)桶槽類別鉻酸去除氧化物助溶劑腐蝕產物0CrO3180

13、21-1001-15不鏽鋼1100鋁鉛硝酸鹽光澤表面金屬之耐蝕及壓鑄件之表面處理8CrO3 NaF Fe(NO3).9H2O18 3.5 4016-38-3316不鏽鋼 PE乙烯氫氟鹽表面處理之表面活化350%HF23021-32-5316不鏽鋼鉛橡膠硝酸硝酸鐵之預處理13-2570%HNO35021-321/5-1/2不鏽鋼醋酸-硝酸去鏽改善金屬耐蝕性13-25CH3COOH NaNO3192 5021-27-13003鋁陶瓷鉛乙二醇-硝酸鐵去除鐵鏽或表面氧化物改善耐蝕性12-2570%CH2OHCOOH 70%HNO3 NaNO3230 40 4016-49-1橡膠鉻酸-硝酸鹽去除鐵鏽燃燒

14、石墨焊接前處理13CrO3 NaNO3180 3021-323 不鏽鋼鋁鉛 橡膠 乙烯鉻酸-硫酸點焊前預處理5CrO3 96%H2SO4180 0.421-323不鏽鋼1100鋼陶瓷硝酸-硫酸去除砂鑄件之噴砂痕跡5070%HNO3 96%H2SO477 2021-321/6-1/4陶瓷橡膠玻璃硫酸去除砂鑄件之噴砂痕跡50NaOH 96%H2SO480-120 3021-27 21-3230sec 1/6-1/4碳鋼 陶瓷 橡膠 鉛 玻璃磷酸去除砂鑄件之表面析離物13-2585%H3PO4425868 8012021-2710-15secPVC PE 纖維強化塑膠化學清洗類別鹽浴步驟備注重型鹼類

15、NaOH 2-8 ozNa3PO412H2O 1-1/3 oz加水至1 gallon,鋼桶槽零件于190-212鹽浴浸漬3-10,徹底清洗pH11,可用陰極清洗法苛行鹼浸漬NaOH 13 oz加水至 1 gallon,鋼桶槽零件于190-212鹽浴浸漬10-20,徹底清洗pH13溫和浸蝕Na4P2O7 4 ozNa2B4O710H2O 9 ozNaF loz加水至1 gallon組件浸漬于170-180鹽浴2-5侵蝕量0.0001-0.0002in/5min,可使鑄件光亮鎂合金之鹼液清洗法鎂合金之DOW 20鉻酸鹽化成處理 DOW 20鉻酸鹽化成處理法為DOW No.1之改良制程是一種鉻酸鹽之

16、表面或處理法此制程適用于所有類別之鎂合金。DOW 20化成處理具良好之噴漆底材特性但零件于處理時易受侵蝕對高精密零件須考慮到金飛行屬表面之受損性。DOW 20化成處理之色澤與表面侵蝕受鹽浴老化程度合金組成鹽浴成分比例及金屬熱處理 所影響最理想之噴漆底材為黃珍珠狀之沖蝕物這種類型之被覆物可浸漬于新鮮溶液中即可得到表一為DOW 20之配方表二為DOW 20之操作流程。表一 表二藥劑量NaHF22 ozNa2Cr2O72H2O24 ozAl2(SO4)314H2O11/3 ozHNO370%,比重1.421pt水加至1 gallon操作步驟處理時間(分鐘)鹽浴溫度()備注鹼液清洗3-10190-21

17、2冷水清洗Dow 20處理5秒-2分鐘,加上5秒空氣干燥室溫用316不鏽鋼或乙浠內襯桶槽冷水清洗烘干鎂合金之DOW 20鉻酸鹽化成處理 1.為使試片組件表面均勻,鹼洗前最好作機械表面處理,用溫和鹼液沖蝕清洗或H3PO4或HF-H2SO4清洗亦可加以考慮,以改善被覆物之均勻性.2.組件浸漬處理與蒸餾水清洗間之空氣暴露時間不可過長,否則易使殘留之鉻酸鹽滯留于表面,干燥后形成粉狀被覆物,增加其粗糙度,妨礙噴漆涂裝之附著性.3.Dow 20化學分析檢測項目為HNO3及Na2Cr2O7.4.Dow 20化成處理AZ91D壓鑄試片有時易形成粉狀被覆物,若將工件預熱或處理溶液預熱,可阻止粉狀被覆物之生成.5

18、.Dow 20鉻酸鹽處理若有粉狀被覆物發生時,可檢查鉻酸鹽浴之pH值,檢查Na2Cr2O7/HNO3之濃度比例,零件是否氧化腐蝕及污染.6.Dow 20溶液調配時,化學藥劑依順序填加,一溶劑攪拌完全后,再添加另一藥劑,調配時鹽浴溫度可較室溫略高,維持在70-110.注意事項:鎂合金之DOW 20鉻酸鹽化成處理 7.表面處理之控制:有時易形成棕色非附著性之粉末被覆物,或深灰色到黃紅色被覆物,其原因與處理方法如下表:原因改善之道零件清洗前置放于空氣太久零件置放于空氣中愈短愈好HNO3/Na2Cr2O7,濃度比太高可調整適當比例由于溶液量少,太多零件進入鹽浴使溶液變得很熱冷卻鹽浴或使用大量溶液金屬未

19、能理想脫脂使用理想清洗步驟處理溶液有油質膜存在使用理想清洗步驟阻止油膜之生成,盡可能清除油質,再加少量氟化物濕劑于鹽浴中再生鹽填加次數太多鎂合金之非鉻系化成處理 目前鎂合金壓鑄件之化成處理仍以低成本,防蝕性優良之重鉻酸鹽皮膜處理為主流。由于重鉻酸鹽處理溶液中之Cr+6是一種致癌物對現場工作人員健康造成嚴重危害且鉻酸制程產生之含鉻廢物處理不易成本昂貴同時鉻酸鹽對地球環境污染極為嚴重雖可考慮設置離子交換系統來處理鉻廢液但僅能符合一般環保要求欲追上ISO 14000之環保品質標准仍有一段差距。歐盟共同體于1997年底提出方案于2003年禁止使用鉻系之化成皮膜處理且得到美國 與日本之認可鉻系化成皮膜使

20、用的緩沖時期不多。目前市場上使用之非鉻系可處理膜法膜法包括磷酸鹽法(含磷酸鹽錳鹽鉻及其它化合物)過錳酸鉀法(含有過錳酸鉀鈦鉻及其它化合物)釩酸 鹽法(含有釩酸鹽磷酸酯及其它化合物)。與鉻系處理法比較藥液主成分明顯有異但于皮膜品質及膜均勻性導電性耐蝕性涂裝密著性皆可分庭抗禮。非鉻系化成處理之原則包括 1.自原料開始即不使用含Cr+6污染物。2.廢液無Cr+6。鎂合金之非鉻系化成處理鎂合金回收再利用時無六價鉻污染之合金非鉻系處理如下脫脂洗淨水洗酸洗水洗化成皮膜水洗水洗干燥鉻酸鹽處理法非鉻系處理法(2)非鉻系處理法(2)藥劑成分硝酸重鉻酸之氮酸磷酸鈣鹽錳鹽釩酸鹽磷酸酯處理條件25 1/2-2分42-

21、101-15分鐘42-5070-120sec皮膜狀態網目狀溝網目狀溝網目狀溝皮膜主成分Mg,Cr+6Mg,Mn,Ca,PMg,V鹽霧試驗佳稍佳佳涂膜附著性佳佳佳涂膜耐蝕性佳佳佳廢水處理法中和凝集法1.Cr還原法2.中和凝集法1.中和凝集法(Ph10-12)2.上澄液中和下表為非鉻系化成處理之比較 鎂合金之電鍍表面處理 電鍍一種應用電化學之作業而達到金屬沉積作表面處理法,是利用直流電源使電流通過電解槽之陽陰極使電鍍溶液中產生電子移轉及氧化還原依不同目的而使選擇性的金屬附著力沉積于陰極基材上借制程條件之控制以達到改變基材表面或尺寸修補等目的。鎂及其合金電鍍表面處理之基本步驟可包括 1.表面調質 2

22、.活 化 3.鋅浸漬被覆 4.銅 打 底 5.標准電鍍過程鎂合金之電鍍表面處理步驟鹽 浴程 序鹼洗鹼液冷水清洗鋼桶槽徹底清洗表面調質機械對平滑高度拋光表面磨輪拋光且擦光零件滾動且壓光小零件。若使用鋼刷或鋼毛處理零件必須經酸洗。水洗用溶劑蒸氣脫脂或鹼液清洗鋼桶槽去除油脂及磨光化合物酸洗鉻酸酸洗鉛襯套不鏽鋼或1100鋁桶槽磷酸酸洗0.9加侖85%H3PO4加水到1加侖鉛玻璃陶瓷或橡膠襯套桶槽尺寸改變不可容忍時使用零件浸漬于70-90溶液1/2-1分鐘金屬侵蝕損失量約0.0005inch/surface冷水清洗徹底清洗活化1.6pints 85%H3PO4 2.131/3 oz NaHF2,KHF2

23、或NH4HF2,加水到1加侖,橡膠及乙烯襯套槽零件浸漬于70-90溶液中1/2-2分勿使用任何類別之玻璃設備。冷水浸漬徹底清洗鎂合金之電鍍表面處理步驟鹽 浴程 序鋅浸漬被覆ZnSO4H2O 4 ozNa4P2O7 16 ozNaF 2/3 oz 加水到1gallonLiF 0.4 ozNa2CO3 2/3 oz零件浸漬于155-110溶液中3-15分溫和攪拌pH保持10.2-10.4之間。冷水清洗徹底清洗銅打底鹽浴1CuCN 5.5 ozKCN 9.0 oz 加水到1gallonKF 4.0 ozCN 1 oz鹽浴2CuCN 4 ozNaCN 5.5 oz6%Rochelte加NaHCO3調整

24、pH到 10.0-10.51.0-1.5 oz 游離 CN加水到 1 gallon零件浸漬于鹽浴1或鹽浴2約6分鐘鹽浴1之處理溫度130-140陰極攪拌鹽浴pH值在9.6-10.間。鹽浴2之操作溫度在70-90陰極攪拌。鹽浴2 之pH在9.6-10.4之間盡快做電力接觸初期電流密度為5-10A/ft,若需有厚鍍層僅需使用周期逆轉電流。冷水清洗徹底清洗標准鍍液銅鎳鎘鋅銀鉻依標准商業電鍍操作進行鎂合金之無電鍍鎳處理制程 無電鍍制程乃不導入直流電流作用于含有欲鍍金屬離子之水溶液中于適當之控制操作條件下利用催化現象與還原 劑使水溶液中之金屬離子經化學反應而還原成金屬所進行的一種連續性自身具催化性之表面

25、被覆物處理法。一般無電鍍鍍液由下列成分組配而成。1.金屬離子鍍層金屬來源。2.還原劑將金屬離子還原成金屬。3.催化劑使基材表面具催化性。4.錯合劑防止氫氧化物沉澱調整析出速率防止鍍液分解。5.緩沖劑控制pH值于操作范圍內。6.潤滑劑使表面作用良好。7.光澤劑使鍍層具良好光澤性。8.安定劑吸著微粒雜質防止鍍液自然分解使鍍液安定延長鍍液壽命。鎂合金之無電鍍鎳處理制程1.還原劑之氧化還原電位須足夠以還原金屬離子使金屬析出。2.鍍液須安定于催化性之鍍件表面接觸時可迅速開始作用析出金屬鍍層。3.析出速率能被控制pH值溫度能調節析出速率。4.析出金屬須具催化作用進行自身催化電鍍使鍍層連續成形以達所需之鍍層

26、厚度。5.鍍液反應生成物不妨礙鍍液功能使鍍液壽命長久。6.原料成本須便宜。無電鍍液之配方要件鎂合金之無電鍍鎳制程可分為下列步驟 1.表面調質。2.化學浸蝕或鋅浸漬加銅打底。3.鍍無電鍍鎳。4.鈍化或標准電鍍制程。鎂合金之無電鍍鎳處理制程鎂合金之無電鍍鎳處理制程:步驟鹽浴過程清洗鹼液冷水清洗徹底清洗表面調質如電鍍之調質冷水清洗徹底清洗化學浸蝕1.鉻酸-硝酸浸漬(a)對含鋁之鎂合金 CrO3:16 ozHNO3:14.4 oz 加水到1gallon(b)對其它鎂合金 CrO3:16 ozHNO3:11.5 oz 加水到1 gallon用不鏽鋼桶槽或有玻璃陶瓷乙烯基及合成橡膠襯套之桶槽零件于室溫浸漬

27、20-60秒徹底清洗立即進行2.HF浸漬70%HF 7oz 加水到1 加侖用橡膠或乙烯襯套桶槽組件于室溫金子10分鐘處理AZ61A或AZ80A時使用28.5 oz 70%HF清洗后立即移注到鎳浴中鎂合金之無電鍍鎳處理制程步驟鹽浴過程無電鍍鎳2NiCO33Ni(OH)24H2O 1 oz70%HF 0.767 oz 檸檬酸 0.7 ozNH4HF2 1 ozNaH2PO2H2O 2.66 oz30%NH4OH 4.0 oz 加水到1 gallon零件浸漬于170-180溶液Ph4.5-6.8,用不鏽鋼過濾泵浦定期過濾鹽浴溫和機械攪拌電鍍速率 0.0008-0.001 in/hr冷水清洗徹底清洗若

28、上述鍍層為最終鍍層產品欲得最大耐蝕性可進行下列步驟鉻酸鹽鈍化鹽浴1CrO3:0.33 oz 加水至1gallon鹽浴2Na2Cr2O72H2O:16 oz加水至1 gallon冷水清洗徹底清洗鎂合金之陽極氧化處理 鎂合金陽極氧化為及佳噴漆底材品質并具良好之耐腐蝕性它也具極佳硬度及耐磨耗性。DOW 17陽極氧化可應用到所有類別與形態之鎂合金其制程乃利用含磷酸鹽氟化與鉻酸鹽離子 組合之酸電解質水液。它是一步處理過程而得到2種不同厚度之被覆物較薄層被覆物可應用于被噴涂被覆物 為淡灰色到淡綠色而較厚之深綠色被覆物于未噴 涂狀態即可增強耐腐蝕性與耐磨耗性其缺點乃當鎂處于鹽苛環境下易剝落。陽極氧化未噴涂處

29、理之被覆物的耐腐蝕性可浸漬于四矽酸鈉溶液中封孔而以改善。而利用底粘度表面張力及緩慢干燥速率 之有機物表面處理封孔亦可改善其剝落特性。深綠色厚度被覆物之厚度約0.0015寸。陽極氧化處理可利用交流電被覆物之結果與特性大同小異一般商業化設備皆使用交流電因為設備成本便宜。直流電被覆物之優點不甚明顯應用直流電時后層被覆物表面較平滑對鍛件產品具耐磨耗性其處理時間較利用交流電少30%。鎂合金之陽極氧化處理 若有金屬鑲嵌物時最好鎂零件陽極處理完畢后再插入鑲嵌物。若鑲嵌物必須于鎂零件所處之陽極氧化前就鑲入則在陽極處理時必須將鑲嵌物遮蔽除非鑲嵌物材質是鋁合金因為大部分鋁合金于溶液中易極化使得鎂合金可陽極氧化。操

30、作處理時間(分)處理溫度()內容鹼液清洗冷水清洗陽極氧化2.5-24160-180可使用AC或DC處理時間受鑄件鍛件合金電壓或類似因素影響桶槽可為鋼槽合成橡膠或乙烯內襯之材料冷水清洗熱水清洗浸漬160-180可使用熱風DOW 17 陽極氧化之處理流程如下鎂合金之陽極氧化處理 另有一種TAGNITE的陽極氧化制程TAGNITE陽極氧化被覆制程包括二步驟首先鎂合金浸漬于加熱之含氟離子溶液產生簡易化學反應生成之薄膜含有MgF2及MgO可作為第二步驟電解陽極氧化之底層。電解陽極氧化可利用高壓整流器供應AC/DC記號到電化學槽體。于陽極氧化制程中鎂合金零件于電解中為陽極不鏽鋼為陰極。電解制程可同時使基材

31、金屬氧化且使含矽酸 鹽之電解質被覆到鎂合金。大于150V高壓可形成火花被覆制程。在1-2分種內電流密度 為15A/ft2,電壓槽電壓增加到150-190V火花被覆甚為明顯。火花形成主要原因乃使用之電壓大于第一步化學反應形成及隨即電解反應被覆層之介電繼電電壓火花所生成之局部溫度可高達1000 這種高溫可使氧化物與矽酸鹽沉積于金屬表面雖然火花形成之 熱量局限于表面溶液之電阻熱須有一冷卻系統使電解質溫度維持在10-20 之間。鎂合金之陽極氧化處理三種鎂合金陽極氧化被覆制程之說明:被覆制程化學組成溶液溫度()電流密度(A/ft2)電壓(V)Dow 17重鉻酸鈉二氟化銨磷酸71-825-50100HAE

32、氫氧化鉀氫氧化鋁氟化鉀磷酸鈉錳酸鉀2518-2585Tagrite氫氧化鉀氟化鉀矽酸鉀10-205-15340 陽極氧化于固定電流下進行電壓持續上升以維持所需之電流密度被覆物厚度與電阻增加時終極電壓隨鹽浴組成之合金及電流密度而變但對任何合金每單位面積之電流數則保持不變。鎂合金之噴漆與涂裝表面處理 涂裝之目的乃給予美觀與被涂物金屬之保護自耐腐蝕性觀點看來于涂裝前處理上如何 使表面鈍化極為重要以遮蓋方法防蝕處理為強化透水率透氣性附著力膜厚需選擇良好樹脂很重要。就美觀觀點來看被涂物表面須平整涂裝前之表面調整(機械研磨化學拋光)成型時表面的細度極小化(熱水皺紋熱水流痕鑄件之表面粗糙度)盡可能地作成平滑

33、表面極其重要。作為塑料對與表面平滑之方法包括 1.為附與表面流動性調整表面張力。2.依據素材狀態有必要利用研磨劑。3.針孔孔穴與表面凹凸不同為鑄件內部缺陷要和表面調整所不同之技朮角度來處理。鎂合金零件之噴漆涂裝表面處理與其它金屬類似必須有一良好之噴漆底層鎂噴漆前應有適當機械與化學處理之清潔表面。鎂合金之噴漆與涂裝表面處理底漆層 鎂成功之噴漆表面處理與選擇理想之底層漆關系甚大鎂噴漆附著性之品質深受鎂金屬形成自我保護層之鹼性所影響。若這層鹼性保護不是太厚或太陳舊可提供良好之機械附著性。于干燥環境下噴漆對鹼性層有良好之附著性并可維持適當之壽命。當長期暴露在嚴苛腐蝕條件下在鎂零件使用對鹼性敏感的噴漆涂

34、層之剝落及全部破壞。短期或 間歇性的暴露在相同嚴苛環境剝落不甚明顯因為鹼性碳酸鎂于金屬鎂上形成碳酸鎂層易脫水形成復雜膠結結構可耐腐蝕環境下之濕氣。乙烯基環氧樹脂醇酸樹脂及硝化纖維聚酯類之耐鹼性鍵結底漆層可加以使用而于實際應用上Polyvinyl Butyral 及Epichlorohydrin-bisphenol樹脂可提供鎂底漆有效之涂層。底漆層之烘干硬化可改善耐鹼性及附著性。許多傳統底漆均可用于鎂合金但其磷酸含量須降低75%以阻止氣泡發生。用于其它金屬之傳統底漆層可能不適用于鎂欲使用須經適當測試最好在實際之操作條件下測試以証明其適用性。大部分用于鎂合金之底漆對鋼和鋁之附著性亦佳鎂合金之噴漆與

35、涂裝表面處理 面漆層考慮之原則 (1)與底漆層之相容性。(2)操作條件與表面處理設備適用性能之配合。(3)暴露在操作條件下時能提供所需之保護。成功應用于鎂面漆涂層系統包括醇酸樹脂環氧樹脂環氧聚酯樹脂壓克力及PU被覆物。鎂面漆涂層可利用靜電被覆法特別是使用環氧樹脂或環氧聚酯粉末時。它們可成功的應用于鉻酸及磷酸化成處理除可提供良好之耐蝕性也可提供一高韌性耐沖擊被覆層。電著涂裝(Electrophoretic Painting)亦可使用于鎂合金。較早是利用陽極電泳將底漆或單層面漆噴涂于鎂合金零件上零件可浸漬到稀釋水溶解樹脂桶槽中作為陽極于70-300V電壓下通電進行底漆及面漆之噴涂。后來發展出陰極電

36、泳。陽極電泳和陰極電泳均可提供傳統涂裝方式所不易達成的連續且厚度均勻之涂層但陰極電泳更可鈍化鎂合金加強耐腐蝕性。陰極電泳比傳統噴涂系統對深孔及復雜表面零件之噴涂可得更均勻效果但無法解決潛在之電解腐蝕問題。且由于涂層甚薄用于過度表面粗糙粉狀被覆物及含助熔劑及鐵矽有害污染物之鎂壓鑄件可能提早破壞陰極電鍍被覆物用于高品質鑄件可得極佳性能。面漆層鎂合金之噴漆與涂裝表面處理 鎂合金噴底漆及面漆前使用熱固性環氧樹脂封孔可改善陽極氧化及鉻酸鹽化成處理之耐蝕性這對壓鑄件或不同金屬鑲入物成組件結合時特別有效。Ciba Geigy生產之Araldite 985E及597樹脂可做良好之封孔劑這2種環氧樹脂經混合再利

37、用6%之Diacet-one Alcohol及34%Toluene及10%Ethylacetate調薄到低黏度其處理如下 (1)零件加到200-220 保持30分鐘使表面處理水分自內孔層排除。(2)零件冷卻到60 立即用Araldite樹脂浸漬或噴涂。(3)經30分鐘空氣干燥后再于200-220 加熱硬化15-20分鐘。為得到最佳性能鉻酸鹽層可經一次或二次相容性被覆物。表面封孔鎂合金之噴漆與涂裝表面處理 鎂合金噴涂表面處理物之烘干硬化可于烘箱中或用紅外線燈進行。進行時應考慮烘干硬化溫度及時間對鎂合金機械性質之影響一般烘干溫度勿超過350 若有些表面處理需更高溫度烘干硬化進行前須檢驗其對機械特性

38、之影響。鎂鑄件噴涂表面處理于烘干硬化時會出現如針孔氣泡魚眼等缺陷可能損及外表及降低噴涂被覆物之防蝕效果。這些缺陷都是由于氣體從鑄件表面的孔冒出可能是壓鑄件的問題也可能是化學處理不當造成的問題。運用下列措施可能會有所改善 (1)于硬化溫度預熱壓鑄件。(2)預熱溫度未降時噴涂鑄件。(3)降低噴涂硬化溫度。(4)改善硬化過程自低溫硬化及高溫表面處理。噴漆處理之烘干硬化鎂合金表面處理之安全操作 鎂合金表面處理之安全操作需求與其它金屬表面處理操作之需求無甚大差異鎂合金表面處理操作潛在之毒害物與金屬處理使用之化學藥劑與溶液有關也與處理桶槽產生之煙塵及長期浸漬造成之錯誤有關。化學品之安全處理 鎂合金表面處理使用之許多藥劑與溶液非常具刺激性對身體組織皆具腐蝕性于處理過程中自藥品供應之裝卸到儲存混合配制及實際使用皆經產謹慎小心。特殊處理方法隨化學藥劑有所不同一般原則乃盡可能勿碰觸眼睛及皮膚。個別之安全指引如下 1.眼睛保護于進行化學實驗工作時戴上安全護目鏡若任何化學藥劑不慎入眼內于最近沖水處用水沖洗干淨再盡快做醫療處理。2.皮膚保護處理原料時視所使用之化學藥劑與暴露程度宜穿戴適當之保護衣裳。在有些狀況下橡膠手套就已足夠有時須穿戴橡膠圍裙或橡膠些。