三价铬表面处理

三價鉻介紹

近年來，綠色環保議題在各產業逐漸掀起革命。隨著人類科技的演進，全球廢棄電機和電子產品的數量逐漸增多，將對環境帶來嚴重衝擊。因此，歐盟於2002年完成「廢電子電機設備指令(WEEE)」及「電子電機設備中危害物質禁用指令(RoHS)」規範，其中禁用金屬材料，如鉛、鎘、汞及6價鉻，在2006年7月1日前須有替代方案。

產品進口過程中，採樣的樣品是以使用手持式能量發散X光螢光分析儀(EDXRF)篩檢，依此方式，若最終產品鉻元素含量超過1,000ppm，則須再進行6價鉻含量的檢驗，即以聯苯二氨比色法分析，進一步確認樣品中的6價鉻含量。

歐盟於2005年8月19日的EU2005/618/EEC公告決議，限用的危害物質允許最高濃度含量以重量計，不得超過0.1%；鎘則為0.01%。

過去十年,環境問體已受到各界人士的廣泛關注,例如在“歐盟制定的報廢汽車指令”指出,2007年後,歐盟內所有汽車將禁止使用六價鉻對鋅進行鈍化.由於三價鉻並不像六價鉻對環境有重大影響,因此將會取代六價鉻的使用.

表面處理種類：

表面處理即是通過一定的方法在工件表面形成覆蓋層的過程，其目的是賦以製品表面美觀、防腐蝕的效果，進行的表面處理方法都歸結於以下幾種方法：

1、電鍍：將接受電鍍的部件浸於含有被沉積金屬化合物的水溶液中，以電流通過鍍液，使電鍍金屬析出並沉積在部件上。一般電鍍有鍍鋅、銅、鎳、鉻、銅鎳合金等，有時把煮黑（發藍）、磷化等也包括其中。

2、熱浸鍍鋅：通過將碳鋼部件浸沒溫度約為510℃的溶化鋅的鍍槽內完成。其結果是鋼件表面上的鐵鋅合金漸漸變成產品外表面上的鈍化鋅。熱浸鍍鋁是一個類似的過程。

3、機械鍍：通過鍍層金屬的微粒來衝擊產品表面，並將塗層冷焊到產品的表面上。

一般螺絲多採用電鍍方式，但用在電力、高速公路等室外的六角木螺釘等用熱浸鋅。

電鍍的效果：

電鍍的品質以其耐腐蝕能力為主要衡量標準，其次是外觀。耐腐蝕能力即是模倣產品工作環境，設置為試驗條件，對其加以腐蝕試驗。電鍍產品的品質從以下方面加以控制：

1、外觀：

製品表面不允許有局部無鍍層、燒焦、粗糙、灰暗、起皮、結皮狀況和明顯條紋，不允許有針孔麻點、黑色鍍渣、鈍化膜疏鬆、龜裂、脫落和嚴重的鈍化痕跡。

2、鍍層厚度：

緊固件在腐蝕性大氣中的作業壽命與它的鍍層厚度成正比。一般建議的經濟電鍍鍍層厚度為0.00015in～0.0005 in(4～12um).

熱浸鍍鋅：標準的平均厚度為54 um（稱呼徑≤3/8為43 um），最小厚度為43 um（稱呼徑≤3/8為37 um）。

3、鍍層分佈：

採用不同的沉積方法，鍍層在緊固件表面上的聚集方式也不同。電鍍時鍍層金屬不是均勻地沉積在外周邊緣上，轉角處獲得較厚鍍層。在緊固件的螺紋部分，最厚的鍍層位於螺紋牙頂，沿著螺紋側面漸漸變薄，在牙底處沉積最薄，而熱浸鍍鋅正好相反，較厚的鍍層沉積在內轉角和螺紋底部，機械鍍的鍍層金屬沉積傾向與熱浸鍍相同，但是更為光滑而且在整個表面上厚度要均勻得多。

4、氫脆：

緊固件在加工和處理過程中，尤其在鍍前的酸洗和鹼洗以及隨後的電鍍過程中，表面吸收了氫原子，沉積的金屬鍍層然後俘獲氫。當緊固件擰緊時，氫朝著應力最集中的部分轉夠，引起壓力增高到超過基體金屬的強度並產生微小的表面破裂。氫特別活動並很快滲入到新形成的裂隙中去。這種壓力-破裂-滲入的迴圈一直繼續到緊固件斷裂。通常發生在第一次應力應用後的幾個小時之內。

為了消除氫脆的威脅，緊固件要在鍍後盡可能快地加熱烘焙，以使氫從鍍層中滲出，烘焙通常在375-4000F（176-190℃）進行3-24小時。

由於機械鍍鋅是非電解質的，這實際上消除了氫脆的威脅。

歐盟指令 (WEEE & RoHs) 六價鉻等重金屬於2007年將不得使用.....

歐盟的兩個指令將對電鍍產業產生重大影響。一般而言，這些指令會賦予製造商處理產品有害廢棄物的責任。

廢車回收指令（End-of-life Vehicles Directive）：

生產者必須限制有害物質之使用、提高汽車的回收率並增加可回收材質的使用量。

必須建立廢車回收系統。而這些汽車接著應轉至處理場所。

所有廢車均需經過處理，以移除有害元件並促進回收。

由汽車所取得的有害材質不得以掩埋法處理。

歐盟廢電子電機設備指令（Waste from Electrical and Electronic Equipment Directive）：

產品擁有者可以免費的歸還私人家用之廢電子電機設備給製造商。

製造商必須建立廢棄物處理系統。

包括六價鉻等重金屬於2007年將不得使用。

＊電鍍流程：

電鍍過程主要是用水作為媒介進行，其中包括前處理、電鍍及後處理三個階段。這些過程都需經過清洗過程。

1.前處理

鍍件在電鍍之前，其表面的沾污，如油脂或塵埃必須要清理妥當。在前處理的階段通常包括使用初步鹼性除垢，電解除油與酸洗以清除氧化皮和銹蝕，和其它表面活化方法。個別前處理流程是根據鍍件的種類及之後的電鍍過程來設計的。此外，一些鍍件如鋁，不銹鋼或ABS膠等則需要一些特殊的前處理。

2.電鍍

電鍍過程即是將一層金屬薄層沉積在導電體表面上，來裝飾鍍件或防止生銹。香港常見的金屬電鍍包括鎳、銅、黃銅、鉻、鋅、銀及金等。除了電鍍，常見的金屬表面處理有無電電鍍、陽極氧化及塗漆等。

3.後處理

後處理的主要工程是將鍍件弄乾以及作最後檢驗，在某些情況下電鍍後工件需要進行轉化塗層或噴漆，以提供保護層。

4.清洗

清洗是在電鍍生產線上用水量最大的程序。每個鍍槽後通常有一組水洗程序用來避免鍍件將殘液帶入其它程序而造成污染。

CR3+電鍍指的應該是三價鉻電鍍，其可取消在廢水處理中的化學還原步驟。相較於六價鉻電鍍對人類及環境的毒性影響較小。六價鉻常用於鍍鉻程序中，程序中使用的鉻酸是一種致癌物質，所以在排放含有六價鉻離子的廢水前應用恰當的處理。傳統的處理方法是用化學方法將六價鉻離子還原為三價鉻離子，然後用化學沉澱法將鉻去除。

法拉第第一電解定律(1832):電解過程中，游離出之產物的質量與通過電解質之電量成正比。

法拉第第二電解定律(1833):電解過程中，用相同之電量，其產生游離物質之質量與它們的化學當量成比例。

法拉第電解定律

W = ItA/zF

W : 析出(陰極)或溶解(陽極)重量

t : 通電時間(Sec.)

F : 法拉第電量, 96500庫倫

A : 原子量

z : 電荷量

I : 電流(A)