鋁材質表面處理分析與應用(二) by Sallyna

鋁及其合金的表面處理技術

表面工業雜誌

　　在鋁的表面處理方法中，陽極氧化稱得上是一種「萬能」的方法。鋁的陽極氧化是用鋁或鋁合金當陽極，用鉛、碳或不銹鋼當陰極，在草酸、硫酸、鉻酸等溶液中電解。用該方法可得到自然氧化法難以達到的成膜速度。

Sallyna簡單說陽極處理與粉體塗裝有何不同？

陽極處理即俗稱的電鍍→經過時間→表面產生鏽蝕氧化物→美觀受影響強度不變→

應用方面：例如小零件螺絲、螺帽等電鍍。

粉體塗裝就是粉體烤漆→經過時間→表面不會產生鏽蝕氧化物→鋁合金本身已經完全與空氣隔絕關係→

應用方面：通常機殼都會用這種處理方式。

陽極基本上是利用電解的一些原理，
簡單的來講；就是讓鋁的表面毛細孔打開，
然後讓染色色彩填入毛細孔中，
最後在用一道封口的手續把它封起來，
這樣鋁就如同多了一層有顏色的保護膜啦！

陽極氧化(anodizing)後→手工染色處理→封色手續→鋁多了一層有顏色的保護膜

無論做粉體烤漆或陽極處理，都是保護金屬表面增加其耐久性。

染色：鋁材產品依需求，在表面上進行層積著色，此一工序即為鋁材染色處理，根據鋁材進行陽極處理後，而形成之氧化膜的厚度，進行各類染料之吸收層積，即可獲得所要求顏色色澤。

陽極處理

陽極處理技術，是在鋁及其合金經由鑄造(casting)或擠型(extrusion)所製成的物件上，做發色及保護膜的一種過程，這一層保護膜，能讓鋁材耐候抗氧化經久耐用。六合鋁業的基本氧化膜厚皆符合CNS標準，並經封孔處理，耐蝕性可達50秒以上。烤漆則是再加上一層具有耐鹼耐酸之電著塗料(簡稱ED)，厚標準則為7μm以上。

粉體塗裝

將溶劑樹脂塗料改為粉狀(Powder)經靜電噴槍讓塗料帶靜電荷附著於物件表面，經烘烤完成。

鋁材噴砂

噴砂技術是以高速強迫不鏽鋼砂通過摩擦鋁材表面，塑造表面霧化的過程並產生新的氧化膜，去提高鋁材的抗氧化能力。這是一種破壞性的加工方式，利用細小的金屬顆粒對金屬表面衝擊，讓表面產生像顆粒化般的凹陷。噴砂是陽極前的另一項加工處理，因此噴砂後的鋁料還需要經過陽極電鍍或上色。

陽極處理：

電鍍(陽極處理)

陽極處理為表面處理工法之一種

「陽極處理」這一項大家會較常聽到，其主要的目的是由於一般鋁合金很容易氧化，氧化層雖有一定鈍化作用，但長期曝露之結果，氧化層仍會剝落，喪失保護作用，因此陽極處理的目的即利用其易氧化之特性，藉電化學方法控制氧化層之生成，以防止鋁材進一步氧化，同時增加表面的機械性質。提供耐腐蝕（金屬的氧化物較金屬更安定,所以更耐腐蝕 ）、美觀（用不同鋁合金來陽極處理，亦可做上色工作）以及提高耐磨性（若採用低溫硫酸電解液來做陽極處理，可產生非常堅硬的陽極鍍層，具有耐磨特性。

● 鋁鎂合金陽極處理之使用目的：美觀、耐磨耗、耐電壓、耐高溫、耐腐蝕、具金屬導電/熱特性、具陶瓷耐高溫/腐蝕及絕緣特性。
● 影響陽極處理皮膜品質因素：鋁材雜質含量、機械加工、電流、電解液、其他。

陽極處理通常只針對鋁材，但壓鑄鋁不能陽極處理。

因為鋁壓鑄件的雜質成份較高，無法用陽極處理，會在酸洗時整個變黑掉。

Sallyna要提醒您，如果手把（為鑄造品）鋁鑄品是無法陽極

鑄造的鋁合金經陽極處理後表面呈現暗灰色，

壓鑄品要做電鍍處理會出現凹點或凸點的狀況機會很高，
即使你在拋光之後 表面殘留的小孔仍是難以用肉眼看出。
● 陽極處理皮膜檢測方法：膜厚、渦電流接觸式檢測、抗電壓測試、微硬度測試、鹽霧試驗、熱龜裂測試、硝酸滴定測試、表面粗度量測、顏色分析。
● 陽極處理程序步驟：工件 → 脫脂 →水洗 → 化學光澤 → 水洗 → 脫漬 → 水洗 → 陽極處理→ 水洗 → 封孔→ 水洗 → 乾燥

● 陽極處理概述：陽極處理是一種使色澤能滲入物塊裡層的加工方式，其製程是於電解槽中，將金屬(大部分為鋁或鋁合金)工件置於陽極，施加一定電壓與電流，促使工件表面形成附著良好的氧化層。由於一般鋁合金容易氧化，氧化層雖有一定鈍化作用，但長期曝露之結果，氧化層仍會剝落，喪失保護作用，因此陽極處理的目的即利用其易氧化之特性，藉電化學方法控制氧化層之生成，以防止鋁材進一步氧化，同時增加表面的機械性質，另一方面藉不同化成反應，產生各種色澤(發色)增進美觀。陽極處理應用廣泛，包括3C產品、建築物鋁帷幕、鋁門窗、影印機抄紙滾桶、軍事武器等以鋁或鋁合金為材質者多會使用。

● 陽極處理分類：陽極處理有分鋁合金陽極(Aluminum anodizing)、鎂合金陽極(Magnesium anodizing)、鈦合金陽極(Titanium anodizing)、陶瓷陽極(Ceramics anodizing)等。

● 陽極處理的好處：

1.耐腐蝕(corrosion resistance)

2.塗裝附著性(paint adhesion)

3.裝飾(decorative appearance)

4.耐磨性(abrasion resistance)

它可應用在不同的產業，例如汽機車工業、航太工業、船舶工業、光電科技工業、微機電工業、資訊工業、醫藥工業、骨科移植、衛星通訊工業等等。而當中的陶瓷陽極更可以把陶瓷薄膜調控其金屬性、半導性、絕緣性…等並製作成薄膜電子元件。

· 電鍍鎳Nickel:
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。一般泛指以電解還原反應在物體上鍍一層膜。且由於電鍍表面具有保護兼裝飾效用；故廣被應用。然而電鍍金屬為鎳還提供其他特性，諸如高導電性、高度光反射性或降低毒性。

· 噴砂機Sand blasting:
噴砂(Sand Blasting)處理金屬表面，原理是將加速的磨料顆粒向表面撞擊，而達至除銹、去毛刺、去氧化層或作表面預處理等，能改變表面的光潔度和應力狀態.

· 電腦銑段差CNC(Computer Numerical Control):
適用於各種廣告、模具、模型、禮品、木工、建築、紙箱印刷等產品加工製作，並可對壓克力、PVC板、木板、雙色板、塑鋁板、ABS板、合成大理石、玉石、橡皮、金屬、等材料加工和立體雕刻。

· 鐳雕機Laser marking:
系統可進行圖案，LOGO，文本等任意信息的標記，具有標刻圖案精細美觀，永不磨損，更可以隨意控制打標的深度.

· 點膠機Gluing:
運用三維圖像檢測處理，實現點膠針頭的高度、點膠位置及模式的自動控制，並對點膠量進行監控。
應用範圍:用於硬盤磁頭、電子、半導體和光通信等產品裝配生產中的自動點膠。

· 熱壓機Hot pressing:
運用高溫及加壓技術控制各工件間的間隙穩定度。

· 鉚合機Riveter:
加工時沖頭不轉動，每次的加工穩定，固定或活動鉚合均佳。

· 鐳焊機Laser solder:
以雷射技術克服電阻點焊接的焊點面缺點(僅單面有痕跡)，加工速度快、焊件強度更高。

· 髮線機Hair line:
利用砂帶來處理物體表面，使其表面呈現出如髮絲般又細又直的線條。適用於髮線的物品包括：鋁製品、白鐵製品。

粉體烤漆

鋁圈粉體烤漆

烤漆是一種表面被覆處理的工藝，它與鍍層被覆及陶瓷被覆相比，在特性和用途上既有共同點，又有差異之處，而在應用的廣度上，烤漆則是三者中居於首位的。

1.功效---烤漆的功效就是使塗料的潛在功能轉變成為實際的功能，使工業產品能得到預期的保護和裝飾效果，以及某些特殊的效能。

2.三個要素---為了保證產品的塗飾品質，使形成的塗膜能達到設計的技術要求，以獲得產品最高的經濟效益，則必須嚴格掌握塗飾的技術要素。在塗飾工程中，直接影響塗膜品質的是塗料(塗料的品質高，且配套性良好，這是獲得優質塗膜的基本條件)、塗飾技術(塗飾技術(包括塗飾設備和塗飾環境等) 是獲得優質塗膜的必要條件 ) 和塗飾管理(塗飾管理是確保工藝規範的實施，從而達到塗飾目的和獲得優質塗膜的重要條件，在採用機械化和自動化程度較高的現代工業產品塗飾中，嚴格的科學管理更顯得十分重要。) 塗膜品質、塗飾技術、塗飾管理這三個要素。

Hi-Fine Ceramics 高精密陶瓷(陶瓷烤漆)

錶帶表面是用高精密陶瓷烤漆所處理

● 陶瓷烤漆特性：

1.耐磨性：硬度高達4H以上，不易刮傷。

2.耐候性：測試在-20℃(2hr)~+80℃(2hr)七個冷熱循環，無龜裂現象，符合在台灣廚房高溫，煎、炒、油炸之特性。

3.耐熱性：水溫40℃下浸泡300小時，無光澤變化。

4.耐水性：從防潮底材到六面全包覆式多層次噴塗，防水性特佳。

5.可修復性：擦傷、碰傷可手工研磨回復，較嚴重者可回廠再次整理。

6.環保性：各項材料之原物料均通過國際各項環保安全認證。

7.選擇性：顏色可多變化，滿足客戶最大的需求。

以上各項特性符合1.美觀 2.好整理 3.持久性 4.無毒環境等基本速求

● 陶瓷烤漆應用範圍：

陶瓷由於其耐高溫(約1,400℃~1,500℃)、高壓、抗強酸、強鹼、耐磨損等…特性，廣泛應用於半導體、光電業、化工、電機、金屬、通訊、機械、醫療、電氣、及日常生活等相關產業，範圍非常廣泛。

增加樹脂：
(1). 噴漆：前處理---噴漆---烤乾
(2). 烤漆：前處理---噴漆---烤乾---鎳架(溫度要求高，漆的種類不一樣)
(3). 電著塗裝：前處理---電著---烤乾
(4). 粉體塗裝：烘烤----浸膠

鋁在表面處理改善及需注意地方

一般陽極處理良率約8成，影響良率關鍵主要在色差控制，其中亮度控制主要是在前處理之洗淨、拋光槽之溶鋁量、硝酸含量及特別之添加劑；顏色控制則在陽極槽、染色槽中進行。一般陽極處理所呈現之色彩為1~2色，若為多色則良率會再下降。

由於鋁或鋁合金經過陽極處理可使表面生成一層緊密的氧化物膜，堅硬耐磨，不易脫落，故手機、筆記型電腦、PDA等3C產品凡外觀件採鋁合金材質者，其表面處理幾乎均會使用陽極處理。至於3C產品其他常使用之材質包括工程塑膠及鎂合金等，所使用之表面處理工法以噴塗為主，其中鎂合金因主要採壓鑄成型，表面易形成氣泡，不適合作陽極處理，故採噴塗。

由於鋁合金具有輕、薄等特性，同時具防電磁波、可回收之優勢，近來逐漸取代工業塑膠，並廣泛應用於電腦、手機等3C產品，尤其歐盟於2003年2月公佈包括PC、NB PC、印表機、影印機、手機與無線電話等產品之「廢氣棄電子/電器產品回收法」，系統廠商與經銷商需在政府法規的規範下，負擔回收責任。故筆記型電腦與手機等廠商，採用輕金屬材質作為機殼的動作已明顯增加。

在輕金屬中，鋁合金雖在輕量化及強度方面表現較鎂合金差，惟成本較低、具耐磨、散熱性佳等特性，加以鋁合金是以鋁捲片為原料，以沖壓方式產生，良率較高，且在外觀效果上，表現處理工法較鎂合金多樣化(鋁合金可採噴塗、陽極處理等，鎂合金目前僅可噴塗處理)，較易於進行各種表面處理，故多用於3C產品外觀件。鎂合金雖結構性強，惟因壓鑄的質量與產量穩定性較差，良率較低，產品價格亦較高，多使用於3C產品內構件，近來外觀件使用比重亦有增加趨勢。

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資料來源：Sallyna整理撰文+ 君超高科技有限公司(台灣)® +王家櫥藝股份有限公司 + [PDF] 陽極處理鋁合金表面處理應用 + 大家對於陽極處理的看法如何呢？(頁1) - 工業(產品)機構設計CAD Design ... + 經濟日報著作權所有 © Economic Daily News. + 常見的元素 + 鋁合金材質介紹 + Research - 從3C應用看台灣鎂合金產業發展前景 + 輕、薄、短、小的鋁鎂合金材料

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