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(duì)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(jiàn)光波段平均透過(guò)率達(dá)到86%，表面硬度提高到7.0GPa。產(chǎn)品性能檢測(cè)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(lèi)號(hào)：TQ34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(huì)一種極為常見(jiàn)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(duì)室外使用情況而言，由于外界視場(chǎng)中光源的強(qiáng)光會(huì)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(jué)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(duì)玻璃表面結(jié)構(gòu)、表征、測(cè)試和處理等方面技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行了報(bào)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(jiǎn)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(duì)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(duì)防護(hù)玻璃表面進(jìn)行處理以增加表面粗糙度，通過(guò)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(jué)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(jiàn)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(bào)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(guò)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(duì)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(shí)間、反應(yīng)物成分等因素)，才能使玻璃獲得較高的透過(guò)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(duì)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(guò)調(diào)節(jié)酸液比例、溫度和時(shí)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(shí)間為18～20min?？涛g效果的評(píng)價(jià)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(duì)產(chǎn)品預(yù)定的刻蝕效果。
1.2 制備過(guò)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?jī)?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(lái)，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(shí)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(cè)定儀測(cè)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(jì)
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(jì)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(shí)，欲使波長(zhǎng)λ0的反射光減至零，它們的折射率滿(mǎn)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(jì)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(zhǎng)的ZrO2層，使得透射光譜平滑。在此基礎(chǔ)上，對(duì)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(dòng)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(duì)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(cè)
對(duì)膜層的光譜、附著力、摩擦等環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了測(cè)試，膜層光譜測(cè)試曲線(xiàn)如圖1所示，膜層的在0.4～0.76μm可見(jiàn)光波段范圍內(nèi)的平均透過(guò)率達(dá)到99%以上。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，膜層可通過(guò)GJB 2485-1995光學(xué)膜層通用規(guī)范[7] 對(duì)附著力、摩擦、溫度、濕熱、清擦性、耐溶性和水溶性的檢測(cè)項(xiàng)目，質(zhì)量可靠。
3 表面處理效果評(píng)析
經(jīng)過(guò)防眩層處理和薄膜鍍制的防護(hù)玻璃樣件制作完成后，對(duì)其進(jìn)行了性能指標(biāo)檢測(cè)。通過(guò)UV-3600紫外、可見(jiàn)、近紅外分光光度計(jì)對(duì)樣件可見(jiàn)光波段光譜進(jìn)行測(cè)試，透射光譜曲線(xiàn)如圖2所示，平均透光率達(dá)到86%。采用顯微硬度計(jì)對(duì)玻璃樣片進(jìn)行硬度測(cè)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(duì)其實(shí)際使用效果進(jìn)行測(cè)試。在顯示器通電狀態(tài)下，通過(guò)人眼觀(guān)察，顯示器表面呈現(xiàn)清晰的圖像畫(huà)面。在太陽(yáng)光照射情況下觀(guān)察，顯示器圖像畫(huà)面依然清晰，反射太陽(yáng)光較弱，對(duì)人眼沒(méi)有造成圖像不清晰或不適的感覺(jué)，整體使用效果良好。
4 結(jié) 論
本文對(duì)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(jiàn)光波段的平均透過(guò)率達(dá)到86%，表面硬度提高到7.0GPa。通過(guò)性能指標(biāo)、環(huán)境試驗(yàn)和產(chǎn)品試用的方法對(duì)產(chǎn)品工藝處理效果進(jìn)行評(píng)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(guò)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(duì)解決鋁合金燃油箱表面氧化變暗問(wèn)題，提升產(chǎn)品外觀(guān)，延長(zhǎng)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(hù)的青睞，因此這種燃油箱市場(chǎng)前景廣闊，逐漸成為應(yīng)用趨勢(shì)。但是鋁合金燃油箱顧客購(gòu)買(mǎi)時(shí)外觀(guān)鮮亮，色澤美觀(guān)，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(mǎn)意度，見(jiàn)下圖1，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)規(guī)模化油箱生產(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(guò)，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(duì)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(yáng)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(guān)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(duì)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(duì)鋁合金燃油箱的外觀(guān)顏色有特殊要求，比如我公司根據(jù)客戶(hù)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(guò)預(yù)處理才能進(jìn)行粉末噴涂，噴涂后的燃油箱經(jīng)檢測(cè)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(yáng)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(yáng)極氧化是應(yīng)用最光與最成功的技術(shù)，也是研究和開(kāi)發(fā)最深入與最全面的技術(shù)，經(jīng)過(guò)陽(yáng)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(jiǎn)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(yáng)極氧化膜，但是這種處理技術(shù)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、快速、生產(chǎn)線(xiàn)簡(jiǎn)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(guó)內(nèi)對(duì)其研究的還較少，還沒(méi)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(duì)幾種有可能應(yīng)用的處理技術(shù)開(kāi)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(guò)程
2.1 提供的試板情況
(1)陽(yáng)極氧化膜試驗(yàn)，分別對(duì)鋁合金板材進(jìn)行了5um ，8um，12um的陽(yáng)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(kāi)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(kāi)發(fā)的鋁合金用金屬覆膜劑，開(kāi)展了相關(guān)工藝試驗(yàn)。
2.2 開(kāi)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(guò)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(duì)各種表面處理的鋁板經(jīng)過(guò)240小時(shí)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(guò)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(yáng)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(duì)鋁合金燃油箱的特殊性，筆者對(duì)成熟的幾種鋁板表面處理技術(shù)開(kāi)展了相關(guān)工藝試驗(yàn)，對(duì)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(lái)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(mǎn)足鋁合金燃油箱的使用要求;陽(yáng)極氧化表面處理技術(shù)，在鋁板表面形成的陽(yáng)極氧化膜，在耐水泥試驗(yàn)后表面存在輕微的腐蝕，通過(guò)對(duì)這種陽(yáng)極氧化膜的深入分析，陽(yáng)極氧化膜的膜厚及封孔質(zhì)量是關(guān)鍵控制點(diǎn)，通過(guò)對(duì)本試驗(yàn)形成的陽(yáng)極氧化膜檢測(cè)，其封孔質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，這種陽(yáng)極氧化膜的其他性能滿(mǎn)足使用要求，通過(guò)對(duì)5um、8um、12um陽(yáng)極氧化膜的分析，考慮成本及陽(yáng)極氧化膜的色澤與鋁合金燃油箱的本色差別，5um、8um的陽(yáng)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(yáng)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(lèi)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(guān)情況下對(duì)各類(lèi)易氧化金屬表面可輕松實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(duì)鋁合金燃油箱的使用要求開(kāi)展了相關(guān)試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了透明鈍化、陽(yáng)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(guò)對(duì)鋁合金燃油箱的適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，不僅提高了鋁產(chǎn)品外觀(guān)，還改進(jìn)了耐蝕、耐候性，滿(mǎn)足了鋁合金燃油箱的特殊使用要求，延長(zhǎng)了產(chǎn)品使用壽命。
本文介紹的透明鈍化、陽(yáng)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)：
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