金屬材質電鍍加工簡易入門

這篇文章主要談論的是傳統的電鍍工法,也就是俗稱「吊鍍」、「水鍍」的電鍍方式,除此之外其他例如「真空電鍍」、「化學鍍」、「化成皮膜」、「陽極處理」等等原理有異的其他表面處理工法暫且不談。

哪些金屬材質可以電鍍?

原則上只要是工業用途的常見可導電之金屬材質,幾乎都可以拿去電鍍。諸如碳鋼、不鏽鋼、鋅合金、鋁(合金)、銅(合金)等等,另外關於塑膠材質例如 ABS 等等則視個別電鍍廠而定,原則上無法判斷時去問電鍍廠就是了。

去哪裡找電鍍廠?

網路搜尋就可以找到一大推電鍍廠。

值得注意的是,電鍍依照目的的不同可以簡單區分為「功能性電鍍」與「裝飾性電鍍」兩種。

功能性電鍍通常是以機械零件、散熱片、錕輪等等為主,主要的目的是達成某些例如表面粗糙鍍、硬度、補公差之類屬於功能層面的目的。一般來說若看到一家電鍍廠所提供的鍍層是「硬鉻」、「化學鎳」等等加起來不超過五種以上的鍍層,就是屬於從事功能性電鍍的廠家。

裝飾性電鍍主要加工的工件都是屬於消費性產品,廠家通常能提供至少十數種以上不同的鍍層讓客戶挑選,基本上只要是以弄出一個漂亮外觀為目的之電鍍都屬於此類,也是這篇文章所談論的電鍍類型。

把工件拿去電鍍時要注意什麼?

1. 明確告知對方工件的材質。
不同材質(電鍍廠稱之為「素材」)的工件有不同的處理流程,若是不知道材質,對方便無法施作。

2. 拆卸為各自獨立的零件。
若是組合件必須事先自行拆卸為一個個的獨立零件,電鍍廠只負責電鍍不負責拆卸與組立。

3. 告知對方要哪種鍍層。
……廢話。

4. 不須特別清理表面。
零組件在加工製造後表面常常殘留有一些潤滑油、防鏽油、拋光土、粉塵、氧化層等等異物,一般來說在不要太誇張的情況下,這些異物都會在電鍍的前處理階段被漂亮除去,所以客戶通常不須特別做什麼處理。

5. 自行遮蔽不想被鍍上的表面區域。
量產的情況下通常可以委託電鍍廠處理,量少的話要自己來。
一般來說多數塗料都可以適用,常見的有指甲油、各種漆料、螺絲膠、美術用途遮蓋液等等,基本上只要符合以下特性就可以~「不導電」、「耐酸鹼腐蝕」、「耐高溫」(約80度以內)、「容易去除」。
如果是螺絲孔的話可以直接鎖上螺絲將孔洞阻塞起來就可以。

6. 告知鍍層所需厚度(膜厚)。
量產情況下為了避免電鍍廠偷雞摸狗,通常會指定電鍍層在技術合理範圍內所需的厚度(以 um 計算),而少量的樣品通常不管。

7. 確認工件有適當的吊掛方式。(此原則通常也適用於真空電鍍、陽極氧化的場合)
電鍍的過程中必須將工件於導電狀態下完整浸泡在藥劑中,所以吊掛方式非常重要。電鍍掛具常長成下圖中的模樣,掛具皆是由可導電材質製作而成。
在量產的情況下若是電鍍廠沒有合用的掛具,通常會去配合工件形狀特別製作適用的掛具,麻煩的是量少的情況往往只能配合廠家現有的掛具來施做,所以通常會有下圖中幾種常見類型的吊掛方式~
A. 通孔 這是最理想的狀態,只要讓掛具的”鋼絲”(通常是不鏽鋼或銅絲)末端部份穿過孔就可以了。

B. 盲孔 這是勉強也可以的情況,如果有深度足夠的盲孔可以讓鋼絲串住工件也行。

C. 形狀完整的工件可以在設計時添加一個用來吊掛的孔,將此孔安排在事後方便切除並且組裝起來後看不到的位置。

D. 薄殼類型而且重量不重的工件可以靠鋼絲由內部撐住。

E. 這是最危險的狀況,通常沒有孔洞而且外部形狀完整的工件只能從外側靠鋼絲自身的彈性夾住工件,這樣做的缺點是工件與掛具接觸的微小區域無法鍍上而露出底材(所有吊掛方式的接觸部份都是如此),只能將此接觸區域安排在不顯眼處。

F. 圖中忘記畫了……,凡是有螺絲孔的工件都可以鎖上螺絲然後以銅線綁住螺絲吊掛在掛具上。

原則上,所有的吊掛方式都必須符合以下原則~「可以順利導電」、「工件足夠穩定」,所以在非量產的情況下往往必須自己動腦筋解決。

另外,若是工件實在難以穩定吊掛而有掉入電鍍池的疑慮時,電鍍廠往往會加以拒絕,這是由於落入電鍍池的工件會因腐蝕而污染鍍池的成份,嚴重時會讓鍍池中的溶液因此報廢。

什麼是「滾鍍」?

從事傳統電鍍的廠商通常也會有「滾鍍」的工法可以選擇,所謂滾鍍就是將一推細小工件丟入滾筒中浸入藥劑池中進行電鍍。由於以下的原因,滾鍍只適用於量產的情況~

A. 工件的數量必須夠多,才能夠保證滾筒滾動時一直保持互相接觸的導電狀態。
B. 工件重量必須輕,才不會在滾動時撞出一推傷痕。

基本上若是製作量少的樣品時,滾鍍不在可行的選項之內。

電鍍層會變色嗎?

理論上來說,多數的鍍層都會變色。

所有的鍍層在本質上都是由某種純金屬或合金所構成的薄膜,所以若是構成此鍍層的金屬遇到會導致變色的因素存在,那麼變色只能說是必然的現象,通常有下列導致變色的因素~

A. 自然氧化 幾乎所有的金屬暴露在空氣中就會因氧化而變色,差別只在於活性大的金屬變色速度快而明顯(例如:銅),活性小的金屬變色程度輕微而且緩慢不易察覺罷了(例如:鉻、鎳)。

B. 與某些特定化學物質反應生成化合物 某些金屬元素容易與特定的其他非金屬元素反應而生成化合物,例如空氣中的硫、化學藥劑中許多奇奇怪怪的成份都是。為了避免這種情況,電鍍的產品應當避免接觸任何化學藥劑。

C. 酸鹼性物質所導致的腐蝕 大多數金屬都不耐酸鹼性物質而容易發生腐蝕現象,例如人體的汗、酸雨、飲料等等,因此盡量不要讓電鍍物件接觸到具有明顯酸鹼性的物質。

電鍍廠如何避免鍍層變色?

若是鍍上的鍍層是屬於活性大而容易變色的鍍層,多數電鍍廠都是採取下列兩種方式來對鍍層進行封閉(隔絕空氣)的。

1. 透過電泳塗裝附著一層透明樹酯 電泳塗裝的設備與電鍍類似,所以有些電鍍廠會附帶這種工法可以施做,電鍍廠將這種封閉方式稱之為「押啦尬」(台語)。另外請注意,電鍍廠通常只有亮面的樹酯層可以施做,所以若是平光的鍍層附著上此樹酯後會一律變成亮光的表面。

2. 噴塗金油 就是傳統噴漆後再附加上一層金油來封閉保護,所以諸如亮光、平光等等不同的選擇也都可以如法炮制。

另外,由於多數樹酯塗料自身的特性,常常在工件表面會形成輕微的橘皮現象(具有規律型的縐縮),所以必須自行斟酌,不了解何謂橘皮現象的請參見下圖。

如何去除鍍層的氧化變色區域?

物理法:以任何具有輕微研磨作用的工具磨除,例如用來擦拭珠寶戒指的拭金布、銅油、很細的汽車臘、夠細的拋光油土,原則上盡量從研磨作用微小的方式先嘗試。

化學法:用具有輕微腐蝕性的酸性溶液將氧化物腐蝕掉,例如泛用性的金屬酸洗液,但是有可能會讓表面些微粗化。

不論是上述哪種分式,都無法保證能夠讓鍍層回復至原始的完美狀態。

電鍍廠如何對電鍍進行估價?

大致上以下述的原則計算~

1. 素材種類 不同素材前處理階段流程有所不同,所以成本也隨之變動。

2.素材表面積 量產情況下通常客戶須提供電鍍的表面積進行報價(通常由3D軟體自身功能帶出),注意這裡所說的表面積是指會鍍上鍍層的所有浸泡於電鍍池中的表面區域,不是指組裝後看得到的表面區域。

3.鍍層的種類 不同的金屬成份自身的行情有巨大的差異,有很昂貴的金屬也有很廉價的。

4.膜厚 越疊越厚成本也隨之直線上升。

5.其他 任何會對成本產生影響的其他額外因素。

電鍍完成後可以反悔嗎?

可以,只要返回上一動!

因為各式各樣的原因,常常需要將電鍍的過程重來一次,不論是結果有瑕疵或是單純的想試試其他的鍍層,電鍍廠將這個過程稱之為「退電」、「退鍍」、「返電」。

雖然許多人不知道電鍍確實是可以重來的,基本上也是區分為兩種方式。
物理法 用任何具有研磨作用的工具直接將鍍層磨除,但是此法難以做到平均的磨除,尤其是形狀複雜的工件更是如此。

化學法 此法的好處是能夠以較均勻的方式退除鍍層,可細分為兩種作法~

1. 正規作法 電鍍廠所使用的退除鍍層的方式,就是以藥劑供應商所提供的藥劑(特定比例的酸性溶液)將特定鍍層腐蝕掉,這種藥劑只會腐蝕特定的金屬成份,不會對其他非目標的金屬成份產生影響。雖然是理想的方式,可惜不是所有的鍍層都有相對應的藥劑可以使用。

2. 惡搞作法 由於多數金屬成份都不耐酸鹼腐蝕,所以只要利用腐蝕性夠強的酸性液體,幾乎可以退除絕大多數的鍍層,缺點是這種作法不分對象一律破壞到底,所以要自行控制好。

以下就是惡搞法的示範~工件是黃銅鍍亮鎳,由裡而外依序是:黃銅(素材本體)、銅(底鍍層)、亮鎳(表面鍍層)。

下圖是已鍍上亮鎳的原始狀態
然後以泛用性最高腐蝕性也最強的濃硫酸進行腐蝕,請注意務必穿戴必要的安全配備。
看到冒出泡泡就知道反應進行中。
進行到一半的狀態,磚紅色區域是腐蝕到一半的銅底鍍層,深土黃色區域是完全露出的銅素材本體。
所有鍍層完全退除後露出銅素材,可以看出類似於晶介的表面狀態。
以適當工具重新進行表面研磨。
再用拋光機拋光至電鍍前的鏡面狀態,之後就可以再次電鍍了。
以上的惡搞法是一種相當極端的作法,沒有勇氣的人請勿輕易嘗試……。

另外順便插播一下退除鋁合金陽極氧化膜的作法,就是浸泡片鹼溶液至完全退除後再以清水沖洗就可以了。

這就是陽極廠的正規作法,只不過陽極廠會控制好濃度與溫度兩項因素,而若是 DIY 的情況,不須太在意濃度或溫度,只要在旁觀察反應狀況再調整就可以了。
以上就是金屬材質電鍍加工的簡易入門。



By 紅月設計團

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