CMF工业设计必须知道的表面材料及表面处理工艺.docx
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1、材料及表面处理化学镀(自催化镀)autocalytic plating在经活化处理的基体表面上,镀液中金属离子被催化还原形成金属镀层的过程。这是在我们的工艺过程中大多都要涉及到的一个工艺工程,通过这样的过程才能进行后期电镀等处理,多作为塑件的前处理过程。电镀electroplating利用电解在制件表面形成匀称、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程,这种工艺过程比较烦杂,但是其具有很多优点,例如沉积的金属类型较多,可以得到的颜色多样,相比类同工艺较而言价格比较低廉。电铸electroforming通过电解使金属沉积在铸模上制造或复制金属制品(能将铸模和金属沉积物分开)的过程。这种处理方式是我
2、们在要求最终的制件有特殊表面效果如清楚明显的抛光和蚀纹分隔线或特殊的锐角等状况下运用,一般采纳铜材质作一个部件的形态后,通过电镀的工艺手段将合金沉积在其表面上,通常沉积厚度达到几十毫米,之后将形腔切开,分别镶拼到模具的形腔中,注射塑件,通过这样处理的制件在棱角和几个面的界限上会有特殊的效果,满意设计的须要,通常我们看到好多电镀后高光和蚀纹电镀效果界限分明的塑胶件质量要求较高的通常都采纳这样的手段作设计。棱角分明的按键板在制造上采纳电铸工艺的话,会达到良好的外观效果。真空镀vacuum plating真空镀主要包括真空蒸镀、溅射镀和离子镀几种类型,它们都是采纳在真空条件下,通过蒸馏或溅射等方式在
3、塑件表面沉积各种金属和非金属薄膜,通过这样的方式可以得到特别薄的表面镀层,同时具有速度快附着力好的突出优点,但是价格也较高,可以进行操作的金属类型较少,一般用来作较高档产品的功能性镀层,例如作为内部屏蔽层运用。塑料电镀-塑料电镀的特点塑料电镀制品具有塑料和金属两者的特性。它的比重小,耐腐蚀性能良好,成型简便,具有金属光泽和金属的质感,还有导电、导磁和焊接等特性。它可以节约繁杂的机械加工工序、节约金属材料,而且美观,装饰性强,同时,它还提高了塑料伯的机械强度。由于金属镀层对光、大气等外界因素具有较高的稳定性,因而塑料电镀金属后,可防止塑料老化,延长塑料件的运用寿命。随着工业的快速发展、塑料电镀的
4、应用日益广泛,成为塑料产品中表面装饰的重要手段之一。目前国内外已广泛在ABS、聚丙烯、聚砜、聚碳酸酯、尼龙、酚醛玻璃纤维增加塑料、聚苯乙烯等塑料表面上进行电镀,其中尤以ABS塑料电镀应用最广,电镀效果最好。塑料的工艺过程-塑料制件电镀的主要工艺流程。塑料制件-机械粗化-化学除油-化学粗化敏化处理-活化处理-还原处理-化学镍-电镀-成品塑料电镀的主要工艺流程1、 化学除油防止塑料变形、溶解,应考虑除油液对塑料的适应性。当用碱性除油液时,应留意运用温度,以防变形;用有机溶剂除油时,应留意其是否有溶解塑料的现象。2、 粗化为提高结合强度,就得尽可能地增加镀层和基体间的接触面积。粗化的方法有机械粗化法
5、和化学粗化方法两种。机械粗化如喷砂、滚磨、用砂纸打磨等。化学粗化可以快速地使工件表面微观粗糙,粗化层匀称、细致、不影响工件的外观。3、 敏化处理工业上常用的敏化剂为氯化亚锡或三氯化钛的水溶液。4、活化处理所谓活化处理,就是将吸附有还原剂的制件浸入含有氧化剂的溶剂中。一般是浸入贵金属盐类水溶液,于是贵金属离子就被还原剂还原为贵金属,从而在制件表面上形成贵金属膜。这层贵金属可以起到活性催化的作用,帮也称催化膜,它可以加速化学镀的还原反应。实践证明,银、钯等贵金属都具有这种催化实力。5、还原反应经过活化处理的塑料制件,用水清洗后,就可以进行化学镀。塑料制件进行化学镀以前,先在肯定浓度的化学镀所用的还
6、原剂溶液中浸一下,把未被水洗掉的活化剂还原,这就是还原处理。化学镀铜时,可先用次磷酸钠溶液进行还原处理。6、化学镀到目前为止,已有很多重金属可以通过化学镀铜的方法从水溶液中沉积出来。从经济角度来看,化学镀铜成本最低,因此被广泛采纳。化学镀铜层外观呈铜红色,不能作为装饰和防护层,通常用作非金属、印刷电路板孔金属化等电镀加厚镀层的导电层。化学镀铜只能给塑料制件镀上一层导电源,镀层很薄。要想接着加厚其它镀层时,要先用电镀铜将化学镀铜层加厚。电镀铜时,可以运用酸性镀铜,也可以运用碱性镀铜。塑料制件经过电镀铜以后,就可以依据须要接着电镀其它金属镀层。金属喷镀的原理金属喷镀时,镀面材料在特地的喷汇或喷枪中
7、熔化和雾化,并喷射到基体材料上,这种面饰方法有时也称为金属喷涂。一般运用氧乙炔焰,但有时也运用其它气体。当镀面金属丝通过焰心自动给送时,金属丝熔化并同时被压缩空气流雾化和喷射到基体材料上。几乎任何一种能够制成金属丝的金属都能用这种方法喷镀。另一种喷枪利用粉末状材料通过火焰喷射出来。这种方法的优点是不仅能喷镀金属,而且也能喷镀金属陶瓷复合材料、氧化物和硬质合金。表面打算因为由金属喷镀所获得的镀覆材料和基体材料之间的结合是纯粹的机械结合,因此,基体材料必需进行适当的打算。以便能获得良好的机械结合。无论采纳何种表面打算方法,基体表面都必需清洁而无油污。最常用的表面打算方法是喷砂处理。为此,砂粒足够锐
8、利以产生真正粗糙的表面,对于能在车床上回转的圆柱表面,有效的方法是车出特别粗的螺纹,然后用滚压刀轻轻滚压牙顶。一种可用于平面的改进方法是用圆的切槽刀切出一系列平行槽,然后用滚花刀夺各槽之间的棱面。假如镀覆表面还要加工,则基体表面应当用粗加工或切槽来打算,以便得到最好的打算。金属喷镀的应用金属喷镀在产品设计中有很多重要的用途。如将锌和铝喷镀到钢铁表面上可以得到爱护性涂层,以获得耐腐蚀性。因为金属喷镀能将金属喷镀到几乎任何一种金属或非金属表面上,它就供应了一种在不良导体或非导体表面镀覆一层导电表面的简洁方法,为此,常常将铜或银喷镀到玻璃或塑料上。由于喷镀的金属可以用各种不同的方式进行处理,例如抛光
9、、刷光、或保留喷镀状态,因此,喷镀金属可在产品及建筑行业中作为装饰手段。塑件烫印塑件烫印是工业产品(特殊是轻工产品)的重要表面装饰手段之一。目前在产品设计中已由字模烫印发展为图案和大面积板上烫印。烫印就是通过烫印机如图所示热源,胶辊(或胶板),在肯定的压力一将烫印材料(烫印箔)上彩色铝、木纹等转移到塑件表面上,从而获得精致的图案,得到良好的装饰效果的工艺。烫印起源于17世纪的欧洲,当时只是贵族阶层用于书籍、圣经的表面装饰,其烫印箔的材料是真金、真银。随着聚酯薄膜的出现,而出现了化学合成箔,人们就转而运用价廉物美的新型装饰材料,并把它用于工业产品的表面装饰设计上。烫印的特点-1、烫印的装饰效果好
10、烫印箔的品种很多,按颜色可分金色、银色和各种彩色箔;按花纹和材质可分为金属箔、木纹箔、油漆箔等。其它还有各种光亮、哑光、丝纹的单色调、多色调图案。这些烫印箔的运用,可增加产品的装饰效果。金属箔的应用可和电镀件的金属感媲美。2、 烫印的经济性好烫印是一种无需湿印墨或粘胶涂料的干性装饰方法。塑件通常不须要预处理;运用的设备打算时间短,不存在长时间的调整问题;烫印件可随时取出、运输,无需干燥时间;变换颜色或图案,只要更换烫印模和烫印箔卷;操作结束时,无需清洗机器。设备投资及能耗低,占地面积小,效率高,生产成本低,约为电镀的1/6。3、 烫印适用范围广除了以热塑性塑料为主的塑料以外,热固性塑料也可用烫
11、印法烫印。此外,木材、书面布、皮革、纺织品、纸、纸板和涂漆金属都能顺当地烫印。目前在家用电器产品中已广泛应用烫印工艺,如各种度盘盘罩、音窗、格栅、电视机、收录机、窗式空调机外壳等的彩面装饰,使整机得到金属光泽、线纹、木纹等各种装饰效果,在产品中常用于商标、图案、装饰件,效果很好。4、 烫印附着力好热烫转印箔对被装饰塑件有很高的粘附强度,覆盖于彩色和金属层的爱护面漆使烫印表面能满意技术规格所要求的物理化学性能,不易起层脱落。5、 无污染烫印采纳的是干印刷法,和涂装、电镀、金属的氧化和着色处理相比,无污染,清洁卫生,大大改善了操作人员的环境和工作条件。IMD注塑表面装饰技术IMD的中文名称:注塑表
12、面装饰技术即IMD(In-Mole Decoratiom),IMD是目前国际风行的表面装饰技术,主要应用于家电产品的表面装饰及功能性面板,常用在手机视窗镜片及外壳、洗衣机限制面板、冰箱限制面板、空调限制面板、汽车仪表盘、电饭煲限制面板多种领域的面板、标记等外观件上。IMD又分为IML、IMR,这两种工艺的最大区分就是产品表面是否有一层透亮的爱护薄膜。IML的中文名称:模内镶件注塑其工艺特别显著的特点是:表面是一层硬化的透亮薄膜,中间是印刷图案层,背面是塑胶层,由于油墨夹在中间,可使产品防止表面被刮花和耐磨擦,并可长期保持颜色的显明不易退色。IMR的中文名称:模内转印此工艺是将图案印刷在薄膜上,
13、通过送膜机将膜片和塑模型腔贴合进行注塑,注塑后有图案的油墨层和薄膜分别,油墨层留在塑件上而得到表面有装饰图案的塑件,在最终的产品表面是没有一层透亮的爱护膜,膜片只是生产过程中的一个载体。但IMR的优势在于生产时的自动化程度高和大批量生产的成本较低。IMR的缺点:印刷图案层在产品的表面上,厚度只有几个微米,产品运用一段时间后很简洁会将印刷图案层磨损掉,也易褪色,造成表面很不美观。另外新品开发周期长、开发费用高,图案颜色无法实现小批量敏捷变更也是IMR工艺无法克服的弱点。首先在概念上有必要说明:IMD包含IML,IMF,IMRIML:IN MOLDING LABEL印刷胶料和塑结合IMF:IN M
14、OLDING FILM和IML相同IMR:IN MOLDING ROLLER重点在于胶料上的离型层。PET FILM印离型剂印刷油墨印接着剂 内塑料射出油墨和塑接着开模后胶料会自动从油墨离型。日本称热转写。这机器是用ROLL TO ROLL方式,而对位用CCD计算机操作 。Lml和LMR最根本的区分在于;IML和IMR在lens表面的不同, IML表面有PET或PC片材,而IMR表面只有油墨。IMD是一个比较困难的过程,IML的片材有PET,也可以用PC。塑料粒子一般采纳PMMA和ABS。IML和IMR各自有优点,IMR不是很耐磨,Nokia和Moto的手机有一部分就是采纳IMR技术的,时间略
15、微长一点也会造成划伤.IML最大的缺陷就是不能整体实现IML技术,仅仅局限于某一块区域。塑料涂装的作用塑料易于着色,然而塑料的着色有很多局限性,如不显本色、颜料用量大、成本高等。为了提高塑料的装饰性能,须要涂装才能实现如套色装饰、增加表面的花色品种和光泽,使工程塑料具有金属外观,遮盖塑料制品的表面缺陷(银丝、水塌坑、不明显的拼缝、色斑污点等)以及深色塑料的着色等,另外塑料冷藏还可起到爱护作用和一些特种功能。塑料虽不会生锈,也不会快速地溶解于酸类中。但是,塑料在不同程度上易受紫外线、氧、水分、沼气、溶剂及其它化学药品的腐蚀,其耐磨性能和机械性能也不如金属,易受机械损伤,因此塑料制品同样须要爱护,
16、如防光老化和防氧化,在塑料内部混入防紫外剂和抗氧化剂,虽可提高产品耐候性,但成本极高。用抗氧化剂和防紫外线剂混入涂料,涂布于塑料制品的表面,可以屏蔽紫外线,隔绝氧气。防溶剂腐蚀和化学药品的腐蚀和化学药品的腐蚀,除了聚乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯以外,很多热塑性塑料的耐深剂性较差,故这些制品同有机溶剂接触的部分,宜用合适的涂料爱护。防增塑剂挥发及渗出。防吸湿。防划伤、擦伤和磨伤。近年来,特种功能涂料发展很快,塑料制品上涂布了这些涂料可以扩大塑料的应用范围。例如阻燃涂料和防火涂料可以防止赛璐珞制品、聚丙烯及不饱和聚酯玻璃钢瓦着火;用作透镜的光学塑料,须要涂布防反射涂料,抗静电涂料、耐磨涂料及抗划伤涂料
17、等。铝及其合金化学氧化工艺化学氧化是不用外来电流而仅把制件置入适当溶液中,使其表面生成人工氧化膜。一般是将铝件浸在含有碱溶液和碱金属的铬酸盐溶液中,铝和溶液相互作用,很快生成AL2O3和AL(OH)3的薄膜。这种氧化膜具有较高的吸附实力,一般工业上作为表面涂装的底层,经化学氧化后进行涂装,可以大大地提高铝及其合金外观装饰件的搞蚀实力,使涂料的保持性增加。铝及其合金化学氧化的优点主要是生产效率高、成本低、不消耗电能,不需特地设备,适合于大批量生产。铝及其合金的电化学氧化法铝及其合金的电化学氧化法又称阳极氧化处理,是使铝制品获得抗腐蚀性能和装饰性表面的方法,在工业上广泛运用。该工艺像电镀的逆过程工
18、件为电解电路的阳极,不是将一层材料(金属)加到工件表面上云,而是进行内部的反应,以增加通常存在于铝表面很薄的强爱护氧化铝层的厚度。1、 阳极氧化法通过电解反应生成氧化膜。2、 硫酸氧化法广泛运用于防护装饰性的阳极氧化处理方面。3、 铬酸氧化法铝及铝合金用铬酸溶液阳极氧化处理的工艺过程。4、 草酸氧化法草酸阳极氧化工艺采纳也比较广泛,它用于航空工业、电器工业、铝制品等以获得较优良的防护膜层。5、 铝及其合金的其它阳极氧化法(1)瓷质阳极氧化法它又称仿釉氧化,此工艺是精饰铝及其合金的新方法,事实上是在铬酸阳极氧化法衍生而来的。当向铬酸电解液中添加草酸和硼酸后,在肯定的工艺条件下,可用阳极氧化得到类
19、似瓷釉或塘瓷乳白色氧化膜。具有良好的耐蚀性能,能着上各种颜色,有特殊的光彩(尤像塑料),可获得良好的装饰效果。瓷质氧化具有下列特点:高的硬度和耐磨性;优良装饰性,膜层和塑料相像,具有瓷釉般光泽、美观大方;高耐蚀性,比一般氧化膜的耐蚀度高出12倍;有良好的绝热性和电镀缘性;良好吸附实力,它能染成各种颜色;较好的遮盖实力,故对制件表面机械加工要求较低。适用于各种仪器、仪表、电子仪器上的零件,外观件以及日用品、食品用具的表面防护装饰层。(2)红宝石膜氧化法日本近来探讨成阳极氧化合成红宝石膜新工艺,该工艺所得膜层外形及光学性能极为优异,用于光学、装饰等方面。这是一项新奇工艺、具有广泛应用前景的工艺方法
20、。其方法是,首先采纳常规阳极批发价格多孔膜(为无定形的AL2O3),并使多孔膜吸附铬离子,然后将吸附了铬离子的氧化膜在酸式硫酸盐熔盐中进行二次阳极氧化,借助于二次电解,使氧化膜结构从无定形向酇L2O3过渡,从而获得红宝石膜。铝氧化膜的颜色主要有:淡紫红色、浅灰黄色、浅灰色、灰色、土黄色等。氧化膜的莹光色有:深红、深紫、红、亮红色、亮紫色等。(3)奶白仿喷漆式氧化法其外观类似奶白的仿喷漆层。美观文静,坚硬而耐腐蚀,尤其是在较长的时间内,膜的色泽不易消退。(4)仿大理石色阳极氧化法铝及其合金制件在600预退火1,用氢氟酸、盐酸、硝酸及水(1111)混合剂浸蚀到出现粗结晶似的大理石花纹,然后在硫酸液
21、中进行一般阳极氧化,并用1%2%的苯胺染料溶液着色。由于阳极氧化时的氧化膜是在经退火、浸蚀后出现的粗结晶表面上形成的,其外观特别类似于自然的大理石,装饰性极强。常用金属表面装饰电镀镀铬镀铬是目前产品造型设计中应用最广泛的镀层品种。铬是微带蓝色的银白色金属。不能用做防护性镀层,一般常用铜锡合金、铜或镍层做底层、以防止基体金属遭遇腐蚀。镀铬层主要有五种类型。1、 防护装饰镀铬在铜、镍或合金镀层表面上镀一层铬,可获得结晶细密、美观光亮、有像镜面一样的银蓝色光泽(有的称为罩蓝),如汽车、火车、机床以及日常用具外部零件的装饰层。由于装饰镀铬层明光刺眼,因此,在产品造型中应避开用于大面积的外观装饰表面,以
22、免由于剧烈的反光刺激操作者和运用者的眼睛,而引起疲惫。2、 镀黑铬黑色给人一种肃穆、庄重、坚毅的感觉,在机器、仪表、建筑装饰材料、五金用具涂装零件中少不了黑色的组合匹配。表面装饰工艺获得黑色的方法很多,如涂黑漆、镀锌浸黑、铁及铜墙铁壁件的黑色氧化,铝及镁的化学和电化学氧化及染黑色、镀镍及黑铬等。从色泽匀称、耐磨、装饰防护性等方面看,以黑铬的镀层为最佳,主要用于航空、仪表、相机等光学系统中,以及其它产品上用于装饰、作标记等场合。3、 乳白铬乳白铬的特点是无光泽、硬度低、无裂纹网、随镀层厚度的增加,气孔削减、抗蚀性好,在乳白铬镀层作刻度简洁,且运用者不感到眼睛疲惫。乳白铬广泛用于工量具、机械设备中
23、的分度盘、刻度盘、医疗器械等。4、 镀硬铬这种镀层的特点是通过厚的镀层来突出铬层本身的特殊性能。包括耐热、耐磨损、忍腐蚀,以及低的磨擦系数等。硬铬一般是干脆镀在钢铁件表面,它的用途比较广泛。例如,高吨位水压机的大型柱塞等大型设备的部件用硬铬。它的用途比较广泛,很多由于腐蚀、磨损即将报废的部件、设备,如机床主轴、曲轴轴颈等,经过镀硬铬修复后可大大延长运用期限。5、 多孔性镀铬多孔性镀铬是耐磨镀铬的一种特殊形式,所不同的是镀层表面具有网状沟纹或点状孔隙,便于贮存润滑油,从而减小镀铬工件和其滑动协作工件间的摩擦,提高工件的耐磨性。主要用于内燃机的汽缸内腔,活塞环、滑动轴承、机床主轴等。镀银银是一种白
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