表面處理技術(shù)論文
表面處理技術(shù)論文
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表面處理技術(shù)論文篇一
顯示器防護(hù)玻璃表面處理技術(shù)
摘 要：采用酸溶液濕法腐蝕和鍍制增透、保護(hù)膜層的方法，對某型儀表用顯示器防護(hù)玻璃表面進(jìn)行了工藝處理，使得表面反射率降低到2%以下，產(chǎn)品可見光波段平均透過率達(dá)到86%，表面硬度提高到7.0GPa。產(chǎn)品性能檢測和試用情況表明，防護(hù)玻璃具有較好的防眩、增透和抗劃傷的作用，使用效果良好。
關(guān)鍵詞： 防護(hù)玻璃;表面處理;反射率;硬度
中圖分類號：TQ34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Display Protective Glass Surface Treatment Technology
WANG Bao-song, ZHANG Guo-sheng, XIE Qin
(Jinling machine factory of Jiangsu province, Nanjing Jiangsu 211100, China)
Abstract: Display protective glasses of a certain type instrument were technically processed by use of wet etching with acid solution and AR protective coating method. The reflectivity of surface was reduced to 2% below, the average transmittance of products was 86% in visible light, and the hardness of surface was enhanced to 7.0 GPa. The products' performance testing and trials expressed that, the protective glasses have good anti-glare, antireflective, scratch-resistant process and good behaviors.
Keywords: protective glasses; surface treatment; reflectivity; hardness
引 言
顯示器作為當(dāng)今社會一種極為常見的數(shù)據(jù)和信息的顯示方式，在電腦、手機(jī)、儀器、儀表等多種設(shè)備上具有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)特殊使用環(huán)境的要求，一些儀器設(shè)備的顯示器往往不直接暴露于外界環(huán)境之下，而是在其外部增加一層防護(hù)玻璃。防護(hù)玻璃的作用主要是保護(hù)顯示器，防止損壞。針對室外使用情況而言，由于外界視場中光源的強(qiáng)光會在玻璃表面形成較強(qiáng)的反射，影響顯示圖像在人眼的視覺效果，因此保護(hù)玻璃需要具有防眩光、增加透射的作用。王承遇等對玻璃表面結(jié)構(gòu)、表征、測試和處理等方面技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行了報道[1]，文獻(xiàn)[2]中指出防眩有三種途徑：表面刻蝕、噴涂小顆粒成膜和表面鍍膜。在多種防眩處理方法中，化學(xué)蝕刻因其方法簡單、操作容易、適合于大面積玻璃蝕刻和大規(guī)模生產(chǎn)特點(diǎn)而倍受關(guān)注[3]。
本文介紹了對某型儀表用顯示器防護(hù)玻璃的表面工藝處理的工作情況，采取酸溶液化學(xué)腐蝕的方法對防護(hù)玻璃表面進(jìn)行處理以增加表面粗糙度，通過條件調(diào)節(jié)控制表面光澤度指標(biāo)，使產(chǎn)品達(dá)到防眩作用亦不影響人眼視覺效果。后續(xù)采用硬質(zhì)膜料在產(chǎn)品表面制備光學(xué)增透膜層，提高產(chǎn)品在可見光波段的透射率和表面硬度。本文制備的防護(hù)玻璃具有防眩、增透、抗劃傷的作用，達(dá)到了較好的使用效果。
1 防眩層的制備
1.1 工藝條件
經(jīng)材料成分分析，防護(hù)玻璃基材是以SiO2為主體，包含Na、Ca、Mg、K等離子的非晶氧化物。文獻(xiàn)[4]中報道了在玻璃表面上采用化學(xué)腐蝕方法制備折射率連續(xù)變化的非均勻膜，該薄膜是折射率漸變的多微孔性結(jié)構(gòu)，在寬光譜范圍內(nèi)有低的反射率，是一種耐久力較好的減反射膜。羅春煉等通過溶液組分含量的調(diào)整，研究了提高防眩玻璃透光率的影響因素[5]。對于制備條件上的控制而言，則需要適宜的腐蝕處理?xiàng)l件(溫度、時間、反應(yīng)物成分等因素)，才能使玻璃獲得較高的透過率和霧度指標(biāo)，以達(dá)到較好的防眩效果[2]。黃騰超等進(jìn)行了應(yīng)用于MOEMS器件的K9玻璃濕法刻蝕工藝的研究[6]。
本文對玻璃所進(jìn)行的濕法刻蝕，是采用氫氟酸和硝酸為腐蝕液，通過調(diào)節(jié)酸液比例、溫度和時間參數(shù)，達(dá)到最佳腐蝕效果。腐蝕溶液是以1:1:2比例配比的氫氟酸、硝酸和水混合溶液，腐蝕溫度為40℃，刻蝕時間為18～20min?？涛g效果的評價指標(biāo)為表面光澤度，即代表了表面反射率的指標(biāo)高低。本文經(jīng)試驗(yàn)制得的表面光澤度為50～51的保護(hù)玻璃，其性能符合產(chǎn)品性能要求的表面反射率小于2%的技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到對產(chǎn)品預(yù)定的刻蝕效果。
1.2 制備過程
按1:1:2的比例配比氫氟酸、硝酸和水的混合溶液，置于聚四氟乙烯容器瓶內(nèi)。用水洗方法清洗玻璃表面，不需要腐蝕處理的一面用膠帶紙屏蔽起來，將玻璃樣片浸泡于混合液中，整體置于水浴恒溫箱內(nèi)，設(shè)置水浴恒溫箱溫度至40℃，保持時間18～20min。反應(yīng)結(jié)束后立即取出玻璃樣片，用蒸餾水清洗表面殘留混合液，去除屏蔽層，并烘干表面水分。采用表面光學(xué)測定儀測量玻璃處理表面的光學(xué)反射特性，以保證樣品質(zhì)量。
2 增透、保護(hù)膜層的制備
2.1 膜層設(shè)計
根據(jù)防護(hù)玻璃產(chǎn)品的特點(diǎn)要求，需要在表面制備增透、保護(hù)膜層以增加光學(xué)透射和提高表面硬度。根據(jù)雙層減反射膜設(shè)計原理，若限定鍍制在折射率為ng的基底材料上的外層折射率為n1、內(nèi)層折射率為n2的兩層膜的厚度都是λ/4時，欲使波長λ0的反射光減至零，它們的折射率滿足如下關(guān)系[4]
基底玻璃材料的折射率為1.517，若外層膜選用折射率為1.38的MgF2膜料，經(jīng)(1)式計算可得n2值為1.70，故內(nèi)層選用折射率為1.66的Al2O3膜料。在雙層減反射膜的基礎(chǔ)上構(gòu)建三層減反射膜，在此兩層膜中間插入半波長的ZrO2層，使得透射光譜平滑。在此基礎(chǔ)上，對三層膜系結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將厚度做了細(xì)微調(diào)節(jié)，使得平均透光率進(jìn)一步提高，最后膜系結(jié)構(gòu)為G/0.083Al2O3 0.125ZrO2 0.095MgF2/Air。膜系結(jié)構(gòu)中采用了硬度較高Al2O3膜料，有助于提高防護(hù)玻璃表面硬度。
2.2 制備方法
文中所采用的鍍膜設(shè)備為北京科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的zzs-1100型光學(xué)真空鍍膜機(jī)，有分子泵、行星轉(zhuǎn)動裝置、清洗離子源、光學(xué)膜厚監(jiān)控儀的電子槍加熱蒸發(fā)鍍膜設(shè)備。鍍膜前對防護(hù)玻璃表面使用乙醚溶液擦拭干凈，進(jìn)腔后進(jìn)行離子清洗以改善表面性質(zhì)，后按照膜系結(jié)構(gòu)進(jìn)行薄膜制備。工藝參數(shù)如表1所示。
2.3 指標(biāo)檢測
對膜層的光譜、附著力、摩擦等環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了測試，膜層光譜測試曲線如圖1所示，膜層的在0.4～0.76μm可見光波段范圍內(nèi)的平均透過率達(dá)到99%以上。經(jīng)試驗(yàn)檢測，膜層可通過GJB 2485-1995光學(xué)膜層通用規(guī)范[7] 對附著力、摩擦、溫度、濕熱、清擦性、耐溶性和水溶性的檢測項(xiàng)目，質(zhì)量可靠。
3 表面處理效果評析
經(jīng)過防眩層處理和薄膜鍍制的防護(hù)玻璃樣件制作完成后，對其進(jìn)行了性能指標(biāo)檢測。通過UV-3600紫外、可見、近紅外分光光度計對樣件可見光波段光譜進(jìn)行測試，透射光譜曲線如圖2所示，平均透光率達(dá)到86%。采用顯微硬度計對玻璃樣片進(jìn)行硬度測試，鍍膜后表面硬度達(dá)到7.0GPa，高于玻璃基底的表面硬度6.6GPa，提高了玻璃表面硬度和抗劃傷能力。將防護(hù)玻璃安裝于儀表顯示器上，對其實(shí)際使用效果進(jìn)行測試。在顯示器通電狀態(tài)下，通過人眼觀察，顯示器表面呈現(xiàn)清晰的圖像畫面。在太陽光照射情況下觀察，顯示器圖像畫面依然清晰，反射太陽光較弱，對人眼沒有造成圖像不清晰或不適的感覺，整體使用效果良好。
4 結(jié) 論
本文對某型儀表用顯示器防護(hù)玻璃表面進(jìn)行工藝處理，采用酸溶液濕法腐蝕處理獲得防眩層，后利用電子槍加熱蒸發(fā)鍍膜方法制備表面增透、保護(hù)膜層。防護(hù)玻璃經(jīng)濕法腐蝕處理，表面反射率指標(biāo)降低到2%以下，鍍制增透、保護(hù)膜層后，在可見光波段的平均透過率達(dá)到86%，表面硬度提高到7.0GPa。通過性能指標(biāo)、環(huán)境試驗(yàn)和產(chǎn)品試用的方法對產(chǎn)品工藝處理效果進(jìn)行評析，結(jié)果表明，采用該工藝處理的防護(hù)玻璃具有較好的防眩、增透和抗劃傷的作用，使用效果良好。
參考文獻(xiàn)
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表面處理技術(shù)論文篇二
鋁合金燃油箱表面處理技術(shù)
【摘 要】本文概述了鋁合金的表面處理技術(shù)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了幾種鋁合金的表面處理技術(shù)，分析了鋁合金燃油箱的表面處理可行性，對解決鋁合金燃油箱表面氧化變暗問題，提升產(chǎn)品外觀，延長油箱壽命等具有積極意義。
【關(guān)鍵詞】鋁合金;燃油箱;鈍化;氧化;金屬覆膜劑
前言
隨著重卡輕量化的發(fā)展重卡上的鐵質(zhì)燃油箱逐漸被鋁質(zhì)燃油箱替代，燃油箱采用鋁合金材料，不但自重減輕一半以上，內(nèi)部不生銹，而且鋁合金燃油箱以光潔的表面深受用戶的青睞，因此這種燃油箱市場前景廣闊，逐漸成為應(yīng)用趨勢。但是鋁合金燃油箱顧客購買時外觀鮮亮，色澤美觀，使用大約1年左右鋁合金燃油箱“黯然失色”，其表面被雨水、泥沙等腐蝕后，色澤發(fā)暗，局部產(chǎn)生白色粉狀霉點(diǎn)、發(fā)黃，油箱整體色澤不一，嚴(yán)重影響顧客的滿意度，見下圖1，通過對國內(nèi)規(guī)?；拖渖a(chǎn)企業(yè)的了解，發(fā)現(xiàn)鋁合金燃油箱的表面腐蝕，變色各油箱生產(chǎn)企業(yè)都遇到過，各生產(chǎn)企業(yè)也在一直尋求鋁油箱的表面處理技術(shù)，鑒于此筆者對鋁合金燃油箱的表面處理技術(shù)進(jìn)行了研究。
圖1 腐蝕后的油箱
1 鋁制品表面處理技術(shù)概述
鋁合金燃油箱材料為鋁鎂合金5052，屬于防銹鋁，其表面自然形成一層極薄的氧化膜(0.01-0.02um)，有一定的抗腐蝕能力。但這層氧化膜疏松多孔，不均勻，抗腐蝕能力不強(qiáng)，容易沾染污跡，因此鋁合金制品通常要進(jìn)行特殊的表面處理，鋁合金的表面處理技術(shù)有：鈍化、陽極氧化、電鍍、噴涂等，這幾種處理技術(shù)都比較成熟，在一些鋁制品上均有應(yīng)用。
電鍍處理技術(shù)：鋁合金燃油箱是封閉的空心容器，其重量輕，體積大，電鍍雖然是一種成熟的處理工藝，電鍍層外觀漂亮、其耐腐蝕性也較好，但是在鋁合金上直接電鍍是相當(dāng)困難的，因?yàn)殇X表面的氧化膜使得電鍍層對鋁的附著力很差，因此鋁合金電鍍必須有特殊的表面預(yù)處理，再者鋁合金的電鍍成本較高，使得這種處理方式并不適合應(yīng)用于鋁合金燃油箱上。
噴涂處理技術(shù)：該技術(shù)的關(guān)鍵在于解決涂層與鋁基體的附著力，因此噴涂前鋁合金表面必須進(jìn)行預(yù)處理，其表面預(yù)處理需要噴砂或拉毛，再加上磷化或鈍化、氧化等形成噴涂底層后，才能形成良好漆膜。其工藝流程較多，噴漆成本較高，其漆膜顏色缺乏金屬質(zhì)感，一般顧客青睞鋁合金金屬的本色，因此這種處理技術(shù)也不適合鋁合金燃油箱。若顧客對鋁合金燃油箱的外觀顏色有特殊要求，比如我公司根據(jù)客戶的特殊要求也生產(chǎn)黑色的鋁合金燃油箱，這種鋁合金燃油箱必須經(jīng)過預(yù)處理才能進(jìn)行粉末噴涂，噴涂后的燃油箱經(jīng)檢測其外表面的耐腐蝕、耐侯性等性能都非常優(yōu)良，只是產(chǎn)品成本較高。
陽極氧化、鈍化、金屬覆膜劑等處理技術(shù)：鋁合金的表面處理技術(shù)中陽極氧化是應(yīng)用最光與最成功的技術(shù)，也是研究和開發(fā)最深入與最全面的技術(shù)，經(jīng)過陽極氧化處理其表面生成的氧化膜，耐蝕性、耐磨性、裝飾性都有顯著的提升，其表面可以生成透明的膜，也可以著色成各種彩色的膜。鋁合金的鈍化處理、金屬覆膜劑處理等其工藝流程簡單可以將鋁制品直接浸入鈍化液或者金屬覆膜劑溶液中，也可以噴淋在鋁制品上。這種處理技術(shù)屬于化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，其表面形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜整體性能雖不及陽極氧化膜，但是這種處理技術(shù)經(jīng)濟(jì)、簡便、快速、生產(chǎn)線簡單，特別適合大批量零部件的低成本生產(chǎn)。
每種鋁制品需要考慮多種因素，選擇適合具體產(chǎn)品的處理技術(shù)，鋁合金燃油箱的表面處理技術(shù)方面，目前國內(nèi)對其研究的還較少，還沒有成熟的處理工藝。為此筆者根據(jù)鋁合金燃油箱的特點(diǎn)，對幾種有可能應(yīng)用的處理技術(shù)開展了工藝試驗(yàn)，探索最適合鋁合金燃油箱的表面處理技術(shù)。
2 鋁板表面處理技術(shù)試驗(yàn)過程
2.1 提供的試板情況
(1)陽極氧化膜試驗(yàn)，分別對鋁合金板材進(jìn)行了5um ，8um，12um的陽極氧化試驗(yàn);
(2)透明鈍化膜試驗(yàn)，與某鈍化技術(shù)公司合作開展了鋁合金的透明鈍化處理試驗(yàn);
(3)覆膜劑試驗(yàn)，與某化工公司合作開發(fā)的鋁合金用金屬覆膜劑，開展了相關(guān)工藝試驗(yàn)。
2.2 開展的試驗(yàn)如下
(1)耐柴油性試驗(yàn)
經(jīng)各種表面處理的鋁板，浸入柴油，經(jīng)過120h浸泡，檢驗(yàn)鋁板表面膜層的完好性、附著力、厚度等都合格。
(2)耐泥漿試驗(yàn)
對各種表面處理的鋁板經(jīng)過240小時耐泥漿試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果全部合格，
(3)鹽霧試驗(yàn)
進(jìn)行了96h的鹽霧試驗(yàn)，經(jīng)處理的試板全部合格，隨后再經(jīng)過120h的鹽霧試驗(yàn)，經(jīng)處理的試板全部合格。
(4)耐灰漿(水泥)試驗(yàn)
第一次試驗(yàn)96h，第二次試驗(yàn)120h，試板經(jīng)第一次96h水泥試驗(yàn)，未進(jìn)行表面處理鋁板不合格，其余鋁板全部合格，第二次經(jīng)120h水泥試驗(yàn)，透明鈍化及金屬覆膜處理的鋁板合格，陽極氧化處理鋁板有輕微腐蝕痕跡，清洗后留有白色痕跡。
2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析
針對鋁合金燃油箱的特殊性，筆者對成熟的幾種鋁板表面處理技術(shù)開展了相關(guān)工藝試驗(yàn)，對每種表面處理的鋁板都進(jìn)行了耐柴油性試驗(yàn)，耐泥漿試驗(yàn)，鹽霧試驗(yàn)，耐水泥試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果來看透明鈍化表面處理技術(shù)，在鋁板表面形成的鈍化膜抵抗外界各種腐蝕的的能力較強(qiáng)，能夠滿足鋁合金燃油箱的使用要求;陽極氧化表面處理技術(shù)，在鋁板表面形成的陽極氧化膜，在耐水泥試驗(yàn)后表面存在輕微的腐蝕，通過對這種陽極氧化膜的深入分析，陽極氧化膜的膜厚及封孔質(zhì)量是關(guān)鍵控制點(diǎn)，通過對本試驗(yàn)形成的陽極氧化膜檢測，其封孔質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，這種陽極氧化膜的其他性能滿足使用要求，通過對5um、8um、12um陽極氧化膜的分析，考慮成本及陽極氧化膜的色澤與鋁合金燃油箱的本色差別，5um、8um的陽極氧化膜可以應(yīng)用于鋁合金燃油箱的表面處理，需要注意控制陽極氧化膜的封孔質(zhì)量。
表面進(jìn)行金屬覆膜劑處理，這種表面處理技術(shù)與透明鈍化的處理技術(shù)類似，其優(yōu)良的耐油、耐高溫、防腐及操作方便性，在不改變金屬現(xiàn)有外觀情況下對各類易氧化金屬表面可輕松實(shí)現(xiàn)長效防腐效果，是這幾種處理技術(shù)效果最優(yōu)的處理方式。
3 結(jié)論
本文針對鋁合金燃油箱的使用要求開展了相關(guān)試驗(yàn)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了透明鈍化、陽極氧化、金屬覆膜劑表面處理技術(shù)應(yīng)用于鋁合金燃油箱的可行性。通過對鋁合金燃油箱的適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚粌H提高了鋁產(chǎn)品外觀，還改進(jìn)了耐蝕、耐候性，滿足了鋁合金燃油箱的特殊使用要求，延長了產(chǎn)品使用壽命。
本文介紹的透明鈍化、陽極氧化、金屬覆膜劑表面處理技術(shù)，效果好，成本低，可以應(yīng)用于鋁合金燃油箱的工業(yè)化生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]朱祖芳.鋁合金陽極氧化與表面處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.