環(huán)保型金屬材料淺析

周新平　郭　超/.河南工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心 .河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院

環(huán)保型金屬材料淺析

周新平1郭超2/1.河南工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心 2.河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院

本文論述了幾種與通訊產(chǎn)品有關(guān)的環(huán)保型金屬材料及性能，并對(duì)環(huán)保型金屬材料的定義和環(huán)保材料的重要性作了介紹，指出實(shí)驗(yàn)室在對(duì)環(huán)保型金屬材料進(jìn)行檢測(cè)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)做好的幾項(xiàng)工作。

環(huán)保型金屬；性能；檢測(cè)

1.環(huán)保材料的重要性

工業(yè)三廢、廢棄物料、噪音、電磁波等污染物破壞環(huán)境又損害人體，已成為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)改善環(huán)境、控制污染相當(dāng)重視，已在其國(guó)內(nèi)制定了完善的環(huán)保法規(guī)，在汽車、電力、家電、建筑、電子等領(lǐng)域內(nèi)展開(kāi)了控制污染的研究。從發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)環(huán)保問(wèn)題的積極態(tài)度來(lái)看，可以說(shuō)環(huán)保時(shí)代來(lái)臨了。目前世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家已在環(huán)保領(lǐng)域取得了顯著的研究成果，開(kāi)發(fā)并商用化了許多環(huán)保型金屬材料。他們?cè)诃h(huán)保領(lǐng)域有這樣的成就，我認(rèn)為主要?dú)w功于這些國(guó)家制訂了嚴(yán)格的法規(guī)。實(shí)事證明，環(huán)保法規(guī)越嚴(yán)格、執(zhí)行越徹底的國(guó)家，其企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力沒(méi)有受到削弱，反而促進(jìn)了發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。這些國(guó)家的企業(yè)因在其產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中注重環(huán)境意識(shí)而受到社會(huì)各界的廣泛稱贊，其所生產(chǎn)的產(chǎn)品也因具備環(huán)保概念而受到消費(fèi)者的歡迎。發(fā)達(dá)國(guó)家企業(yè)在環(huán)保問(wèn)題上取得的成功為我們做出了示范，我們要想讓自己的產(chǎn)品繼續(xù)暢銷也必須注重環(huán)保問(wèn)題。當(dāng)然，要讓產(chǎn)品成為環(huán)保產(chǎn)品首先制造產(chǎn)品的材料必須是“環(huán)保”的，也就是說(shuō)要滿足社會(huì)對(duì)環(huán)保的要求，我們必須保用環(huán)保材料來(lái)制造產(chǎn)品。

2.環(huán)保型金屬材料的定義

什么是環(huán)保型金屬材料呢？這個(gè)問(wèn)題首先得從什么是環(huán)境意識(shí)型產(chǎn)品談起。環(huán)境意識(shí)型產(chǎn)品是指在整個(gè)生命周期中對(duì)環(huán)境帶來(lái)的負(fù)荷小、枯竭性資源再生循環(huán)利用率高、易于拆卸和分解的產(chǎn)品。要開(kāi)發(fā)這樣的產(chǎn)品，首先需要環(huán)保材料，以達(dá)到資源和能源消耗最少、生態(tài)影響最小、再生循環(huán)利用率最高或可分解使用之目的，而這些材料中的金屬材料就是環(huán)保型金屬材料。

環(huán)保新型金屬材料具備以下三個(gè)特點(diǎn)：

（1）先進(jìn)性：能為人類開(kāi)拓更為廣闊的活動(dòng)范圍和環(huán)境。

（2）環(huán)境協(xié)調(diào)性：能使人類的活動(dòng)范圍和外部環(huán)境盡可能協(xié)調(diào)。

（3）舒適性：能使人類生活環(huán)境更加舒適。

3.環(huán)保型金屬材料及性能簡(jiǎn)介

下面我們就結(jié)合公司的相關(guān)產(chǎn)品，分別介紹一些環(huán)保型金屬材料的特性。

3.1無(wú)鉛焊錫

電子裝配中常用到焊錫，傳統(tǒng)焊錫中的鉛對(duì)人類健康有不良影響。為此，業(yè)界開(kāi)發(fā)出了替代性的無(wú)鉛焊錫，在確保熔點(diǎn)、機(jī)械、蠕變、疲勞及電氣特性與傳統(tǒng)焊錫一樣的同時(shí)，達(dá)到了維護(hù)環(huán)境、確保工作場(chǎng)所安全、提高設(shè)備可靠性、加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性的目的，表二為無(wú)鉛焊錫的一些研究成果。

3.2無(wú)鉛鍍Zn-Sn-Ni鋼板

無(wú)鉛鍍Zn-Sn-Ni鋼板又稱三層鍍鋼板，它是將鎳、錫、鋅連續(xù)地電鍍?cè)阼F基材上，然后經(jīng)過(guò)230℃的熱擴(kuò)散，淬入30～40℃的水中，從而得到合金化的鍍層。它具有優(yōu)良的性能，特別是在耐蝕性、焊接性及錫晶須阻力等幾方面性能尤佳[1]。該鋼板可以取代有焊接要求的鍍鉛鋼板或鍍錫鋼板（馬口鐵），主要用于半導(dǎo)體外殼、電子設(shè)備屏蔽外殼、游戲機(jī)的支架等。

3.3無(wú)鉻環(huán)保鍍鋅鋼板

近年來(lái)，日本的新日鐵及川畸制鐵公司相繼推出各自的無(wú)鉻環(huán)保鍍鋅鋼板，這些鋼板以具有耐蝕及局部自行修復(fù)功能的專利配方的涂膜層替代鉻酸鹽處理（如圖1），從而具有優(yōu)良的性能，無(wú)銘鍍鋅鋼板可以用于3C通訊產(chǎn)品外殼、家電外殼、照明器具等。

圖1　無(wú)鉻鍍鋅鋼板結(jié)構(gòu)

3.4防噪音鋼板

防噪音鋼板屬?gòu)?fù)合材料，其結(jié)構(gòu)由兩片鋼板夾一層約30μ m的粘彈性樹(shù)脂組成，通過(guò)振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樽屨硰椥詷?shù)脂彎曲變形的熱能而阻尼噪音。防噪音鋼板有多種形式，其金屬層可按客戶要求采用不同類型的材料制成不同的厚度，如可采用冷軋板、不銹鋼、鋁材等，也可以制成板材卷材，還可以進(jìn)行不同的表面處理（如熱浸鍍、電鍍、液體涂漆、貼膜等）。另外，由于粘彈性樹(shù)脂可在高溫下保持一定時(shí)間，因此這種鋼板可進(jìn)行堿性脫酯及其它的電鍍、陽(yáng)極化等化學(xué)制程，可以通過(guò)規(guī)定的環(huán)境可靠性測(cè)試。防噪音鋼板具有優(yōu)異的振動(dòng)阻尼、耐久、沖壓性能，可以點(diǎn)焊。該鋼板用作機(jī)車油箱及計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器殼體時(shí)，可以省隔音材料。對(duì)該鋼板制造的計(jì)算機(jī)硬盤所作的噪音試驗(yàn)表明，用這種材料作殼體的HDD比普通殼體HDD噪音降低9dB，比殼體經(jīng)過(guò)特別防噪音處理HDD噪音降低2-3 dB。

3.5高潤(rùn)滑鋼板

高潤(rùn)滑鋼板為鋼板表面鍍鋅或鋅鎳合金，上面再蓋一層鉻酸鹽皮膜，最外面是1μ m或3μ m 的有機(jī)物泣滑表層，其動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)約為0.06。高潤(rùn)滑鋼板因具有極優(yōu)異的沖壓性能和極好的耐蝕性能與烤漆附著力而可應(yīng)用在各類殼體上，其最大優(yōu)勢(shì)是在成型時(shí)可免加潤(rùn)滑油，這就既省了潤(rùn)滑油又免除了清洗時(shí)對(duì)環(huán)境的損害[2]。而且還提高了制造效率，減少了制造工序。

3.6預(yù)涂鋼板

預(yù)涂鋼板表面一般由底層膜+表層膜+2層涂膜構(gòu)成，底層膜耐腐蝕性好、容易加工、耐藥性好，而表層膜則可滿足硬度、耐污染性、光澤、色調(diào)、創(chuàng)意性、耐藥品性、加工性等要求。預(yù)涂鋼板基材有鋁合金板、鍍鋅鋼板、鍍鋁鋼板、超級(jí)鍍鋅鋼板、冷軋鋼板等，在涂膜與基板之間是保證兩者緊密吸附而設(shè)置的化學(xué)處理層。預(yù)涂鋼板具有1800無(wú)隙彎折后無(wú)龜裂、無(wú)剝離的特點(diǎn)，可進(jìn)行各種拉深加工。使用預(yù)涂鋼板，可令生產(chǎn)者對(duì)金屬外殼的處理由后涂改為預(yù)涂，在產(chǎn)品加工成形后無(wú)需再進(jìn)行涂膜工序。這除了可大幅度改善工作環(huán)境，減少污染之外，還可以通過(guò)工序連續(xù)化而大幅度地提高生產(chǎn)率。目前預(yù)涂鋼板已經(jīng)廣泛用于音響設(shè)備、錄像機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、照明設(shè)備、空調(diào)室外機(jī)、擋風(fēng)板等。

4.實(shí)驗(yàn)室對(duì)環(huán)保型金屬材料的檢測(cè)

為適應(yīng)環(huán)保要求，實(shí)驗(yàn)室也應(yīng)建立起重金屬微量元素的檢測(cè)力，對(duì)環(huán)保型金屬材料及其所生產(chǎn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行理化性能檢測(cè)，指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。具體而言應(yīng)致力于做好下列工作。

1.提升電子零件Cross Section檢測(cè)技術(shù)配合

相關(guān)單位以無(wú)鉛制程的驗(yàn)證，按IPC-TM-650規(guī)范要求優(yōu)化檢測(cè)設(shè)備，精心制作電子零件切處，使到焊錫與鍍層邊界清晰、無(wú)研磨污點(diǎn)劃痕、無(wú)誤判狀缺陷以反映樣品的真實(shí)狀況，滿足客戶嚴(yán)格要求，并提升缺陷分析技術(shù)。

2.研討無(wú)鉻鍍鋅鋼板檢測(cè)技術(shù)，配合新材料

導(dǎo)入在機(jī)箱上使用無(wú)鉻鍍鋅鋼板需要進(jìn)行環(huán)境可靠性、導(dǎo)電性、六價(jià)鉻含量、沖壓性能、烤漆性能等一系列驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)建立相關(guān)檢測(cè)能力，配合現(xiàn)場(chǎng)把好材料評(píng)估關(guān)。

5.結(jié)束語(yǔ)

目前3C通訊產(chǎn)品領(lǐng)域，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)塑料材料已有了嚴(yán)格的環(huán)保要求，而類似的要求很快也會(huì)落實(shí)到金屬材料上。為了讓我們的產(chǎn)品能適應(yīng)發(fā)達(dá)國(guó)家的環(huán)保要求，我們必須對(duì)環(huán)保型金屬材料進(jìn)行研究，使我們的產(chǎn)品盡早使用這些材料。

[1] 劉鴻文主編. 材料力學(xué). 第四版. 高等教育出版社，2004.

[2] 孫健，張國(guó)祥. 激光淬火區(qū)耐磨性的拉伸強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法研究[J]. 鑄造技術(shù)，2016，（1）38-41.