Transcript 第6章 表面處理 ６－１ 前言 ６－２ 表面塗層 ６－３ 表面硬化 ６－４ 防鏽蝕處理 • 表面處理的主要目的是為了美觀、改善材料表面性能、增 加銷售量及競爭之能力；同時亦有抵抗磨耗、防止電解分 離、避免化學效應腐蝕工件表面的重要作用。 • 表面塗層(surface coatings)：利用物理或化學方法，將金 屬零件表面塗上一層保護層，可以增進產品美觀、耐蝕及 防鏽能力和耐磨性。 • 表面塗層依塗層的材料可分為金屬塗層、無機塗層和有機 塗層等三類。 • 金屬塗層處理：將某種金屬覆蓋於需要保護的金屬工作物 至某一厚度。 • 常見的技術： ：陶瓷因具化學惰性，作為塗層材料有不錯的防蝕 能力。常見的陶瓷材料有水泥、玻璃、氧化物等。 ：化成處理是以化學方法將金屬表面經溶解轉換為沉 積物後，披覆一層以金屬母才為主的化合物，此層塗 料稱為化成皮膜(chemical conversion coatings)， 用以增加塗裝之附著性。常見的化成處理有磷酸鹽處 理、鉻酸鹽處理、陽極氧化處理三種。 • 有機塗層：俗稱的油漆，其防蝕著重在將金屬和腐蝕環境 隔絕，主要成分為顏料、樹脂和溶劑。有機塗層大致可分 底漆和面漆兩種。 • 表面硬化(surface hardening)：目的在使鋼件表面硬化、 提高其耐磨性、耐疲勞性以及心部保持強韌。 • 此法是最簡單的表面硬 化法，優點為設備簡單、 施工容易；缺點為材料 表面層不易均勻加熱， 淬火硬化後常殘留熱應 力，需再實施低溫回火 以消除應立即提高硬化 層之韌性。 • 又稱為高週波感應硬化法 (high frequency.

第6章 表面處理
６－１ 前言
６－２ 表面塗層
６－３ 表面硬化
６－４ 防鏽蝕處理
• 表面處理的主要目的是為了美觀、改善材料表面性能、增
加銷售量及競爭之能力；同時亦有抵抗磨耗、防止電解分
離、避免化學效應腐蝕工件表面的重要作用。
• 表面塗層(surface coatings)：利用物理或化學方法，將金
屬零件表面塗上一層保護層，可以增進產品美觀、耐蝕及
防鏽能力和耐磨性。
• 表面塗層依塗層的材料可分為金屬塗層、無機塗層和有機
塗層等三類。
• 金屬塗層處理：將某種金屬覆蓋於需要保護的金屬工作物
至某一厚度。
• 常見的技術：
：陶瓷因具化學惰性，作為塗層材料有不錯的防蝕
能力。常見的陶瓷材料有水泥、玻璃、氧化物等。
：化成處理是以化學方法將金屬表面經溶解轉換為沉
積物後，披覆一層以金屬母才為主的化合物，此層塗
料稱為化成皮膜(chemical conversion coatings)，
用以增加塗裝之附著性。常見的化成處理有磷酸鹽處
理、鉻酸鹽處理、陽極氧化處理三種。
• 有機塗層：俗稱的油漆，其防蝕著重在將金屬和腐蝕環境
隔絕，主要成分為顏料、樹脂和溶劑。有機塗層大致可分
底漆和面漆兩種。
• 表面硬化(surface hardening)：目的在使鋼件表面硬化、
提高其耐磨性、耐疲勞性以及心部保持強韌。
• 此法是最簡單的表面硬
化法，優點為設備簡單、
施工容易；缺點為材料
表面層不易均勻加熱，
淬火硬化後常殘留熱應
力，需再實施低溫回火
以消除應立即提高硬化
層之韌性。
• 又稱為高週波感應硬化法
(high frequency induction
hardening)，加熱時間僅需
數秒鐘，工作迅速，加熱又
均勻，硬化效率極高，硬化
表面結晶粒較細且不生鏽皮、
表面清潔、不會產生變形、
處理費用低，因此足以補償
設備費用昂貴的缺點。
－以木炭、焦碳為主。滲碳的深淺程度必須依照所使用之滲
碳劑種類、鋼之種類、溫度及時間來決定。
－以氫化鈉、氰化鉀為主。因為一體滲碳溫度皆在700°C以
上，一般750~900°C，故以滲碳為主。
－以
和
混合氣體為主。氣體滲碳法的作業可
分成兩個部份，即滲碳氣體之產生與滲碳爐內的滲碳反應。
• 鍍層硬化法：將工件表面電鍍一層金屬薄層的處理，它不
屬於熱處理的表面硬化法，常用的金屬薄層鍍材有鍍鉻、
鍍鎳、鍍鋁。此法適用於需耐磨耗之模具、量規或高精密
的零件表面硬化處理。
－屬於不改變材料表面的化學成分及不經由熱處理的表面硬
化法。最常使用的方法為珠擊法(shot peening)。此法對工件
形狀不論簡單或複雜均適用，常用以處理各種彈簧、齒輪、
連桿和鑄件等。
－將金屬元素或金屬間化合物滲透擴散到鋼件表面層，使表
面層產生硬質合金層，以提高其表面硬度、耐磨性、耐蝕性、
或耐氧化性的表面硬化法。
－用適當之氣體在高溫(900~1100°C)之鋼材上藉熱反應或氣
體化合物之分解，，生成硬質化合物，，鍍於鋼件之表層，，
產生硬化塗覆層而達到表面硬化之目的。
－處理材料除鋼鐵、鑄鐵之外，連鈦合金、鋯合金等
非鐵金屬亦可氮化。
－滲硫處理(sulfurizing)之目的，是使鋼材經處理後表面
光滑，防止燒著。其處理方式有：融浴滲硫法、電解
滲硫法等。
－火焰塗覆法(flame plating)適合多種材料的塗覆，如
切削刀具、飛機及飛彈用的渦輪葉片等。
• 鋼鐵腐蝕生鏽的原因大致可歸納如下：
化學反應式：
化學反應式：
上式中，亞鐵離子和氧作用後，因氧化而生成氫氧化鐵，即
所謂鐵鏽。
－鑄造之鑄錠，有氣孔、偏析、組織不均勻等，或軋延之加
工硬化、熱處理時材料之殘留應力，這些都將會因應力而產
生應力腐蝕。
－金屬的鈍化(passivation)是指材料電動勢雖然處於活潑狀態，
但腐蝕速率卻極為緩慢，為不正常的狀況。一般金屬鈍化處
理有下列幾種方式：
－鋼材防鏽，一般常在其表面層實施塗敷方式，塗敷前應注
意其表面之清潔。
• Fontana氏將腐蝕分為八大類：
PH值大小影響著環境腐蝕的控制，會影響大多數金屬的腐蝕速
率，一般PH值愈大，則抗腐蝕性較高；愈小則腐蝕愈迅速。
金屬在高溫加工時，表面會生成一層氧化物，隨溫度的上升及
氧氣在金屬內之擴散速度愈快，其腐蝕愈容易進行。
金屬在空氣中的腐蝕，若溼度高則腐蝕容易進行，在乾燥空氣
中不起腐蝕作用。
金屬中因含有不同元素或雜質，這些元素具有不同的電位差，
當金屬與溶液接觸時，正極的金屬將會被溶解而腐蝕。
一般純金屬或均質之固溶體較不易腐蝕。
金屬經冷作加工後，材料產生塑性變形，內部會發生碳或氮原
子格子移位產生缺陷、碳化物或氮化物產生偏析，因而形成一
局部電池作用，而增加腐蝕速率。
依鋼料表面層防蝕要求的特性，滲入不同金屬元素，使鋼料與
腐蝕環境隔絕。常用的有滲鉻法、滲鋁法即滲硼法。
將金屬加熱至熔化，再以噴敷槍噴於金屬的表面，形成一包覆
層的方法，如金屬線噴敷法。
陰極防蝕法(cathodic protection)為供應電子給金屬，使金屬成為
陰極方式，而達到防止腐蝕的目的。
有效控制腐蝕環境，可減低腐蝕率。
是最重要而有效的方法；選擇材料時應以發生腐蝕時，仍不失其
應有的機械特性為原則。
應使材料能適得其所。