鍍液 pH 值的影響

本實驗之基礎鍍浴採用台灣上村公司之 NIMUDEM NDF-1 溶液系統，

屬於無電解 Ni-P 合金化學鍍液，廠商建議之 pH 值管理如下：建浴時為 4.80

± 0.05 (25℃)，而變動範圍介於-0.05~+0.15 間，也就是 pH 值必須控制在 4.80~5.00 間。pH 值低於 4.80 以下時會降低析出速率，且 P 含量會增加；pH 值高於 5.00 時會降低鍍液的安定性，同時 P 含量減少。本研究考量在化學 鍍鎳過程中，因氫離子的產生，會使得鍍液之 pH 值隨著化鍍進行而有逐漸

降低的情形，故建浴時先控制 pH 值在 4.92 左右，而在操作時間最長 2hr、

圖 4.3 本研究化鍍實驗開始至停止時之鍍液 pH 值變化情形

80 85 90 95 100 90

100 110 120 130 140 150 160

Temperature (C)

Average contact angle ()

113.47

132.95

146.29

圖 4.4 在 PTFE 濃度 7.5 cc/L、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活性劑的條件 下，不同浴溫與接觸角之對應關係

圖 4.5 在浴溫 85℃、PTFE 濃度 7.5 cc/L、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活 性劑的條件下，鍍層量測之純水接觸角

圖 4.6 在浴溫 90℃、PTFE 濃度 7.5 cc/L、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活 性劑的條件下，鍍層量測之純水接觸角

圖 4.7 在浴溫 95℃、PTFE 濃度 7.5 cc/L、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活 性劑的條件下，鍍層量測之純水接觸角

80 85 90 95 100

Average thickness (m)

Temperature (C)

PTFE 濃度 2.5 cc/L、沉積時間 0.5 hr 的最佳接觸角為 131.20°；PTFE 濃度 5.0 表面之最佳接觸角為 125.44°及 120.34°，故認為此時的最大鍍層厚度並不具 代表意義。

Average contact angle ()

PTFE (cc/L)

圖 4.10 在浴溫 85 ℃、PTFE 濃度 2.5 cc/L、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活 性劑的條件下，鍍層量測之純水接觸角

圖 4.11 在浴溫 85 ℃、PTFE 濃度 5.0 cc/L、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活 性劑的條件下，鍍層量測之純水接觸角

圖 4.12 在浴溫 85 ℃、PTFE 濃度 7.5 cc/L、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活

Average thickness (m)

PTFE (cc/L) 2.5 5.0 7.5 10

4.4 定溫定時下 PTFE 濃度對接觸角之影響

本 研 究 則 於 實 驗 中 ， 針 對 日 本 公 司 (World Metal Co, LTD) 型 號 Compo-NP-FB、粒徑 0.2

m 的 PTFE 懸浮液，在固定操作溫度 95℃且無添

加界面活性劑 FC-134 的情況下，改變 7.5~12.5 cc/L 的 PTFE 濃度，進行固 定沉積時間 1.0 hr 之鍍層厚度與純水接觸角的測試。圖 4.14 顯示 7.5~10.0 cc/L 的 PTFE 濃度下沉積 1 hr，平均接觸角皆可獲得 1461^o的結果，其中圖 4.15、圖 4.16、圖 4.17 即分別為 7.5、10、12.5 cc/L PTFE 濃度條件下，沉積 時間 1 hr 鍍層所獲得之最佳純水接觸角量測結果，其中 PTFE 濃度 7.5 cc/L 的最佳接觸角為 152.35°；PTFE 濃度 10 cc/L 的最佳接觸角為 147.70°；PTFE 濃度 12.5 cc/L 的最佳接觸角為 140.49°。

在相同的操作條件下，圖 4.18 顯示 Ni-P-PTFE 複合鍍層之厚度，在 7.5 至 10 cc/L 的 PTFE 濃度間，隨著 PTFE 濃度的增加，沉積厚度呈現線性增 加的趨勢，但在 10 至 12.5 cc/L 的 PTFE 濃度間，沉積厚度已達到穩定狀態，

鍍層厚度的增加不明顯，其原因可能是鍍層表面有太多的 PTFE 沉積聚集，

遮蔽了 Ni-P 金屬層，反而阻礙金屬離子的自發性催化還原作用，故造成沉 積鍍率大幅度地降低。

5 7.5 10 12.5 15 120

125 130 135 140 145 150 155 160

Average contact angle ()

PTFE (cc/L) 146.29

145.31

133.59

圖 4.14 在浴溫 95 ℃、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活性劑的條件下，不同 PTFE 濃度之鍍層接觸角對應關係

圖 4.15 在浴溫 95 ℃、PTFE 濃度 7.5 cc/L、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活 性劑的條件下，鍍層量測之純水接觸角

圖 4.16 在浴溫 95 ℃、PTFE 濃度 10 cc/L、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活 性劑的條件下，鍍層量測之純水接觸角

圖 4.17 在浴溫 95 ℃、PTFE 濃度 12.5 cc/L、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面 活性劑的條件下，鍍層量測之純水接觸角

5 7.5 10 12.5 15

Average thickness (m)

圖 4.18 在浴溫 95 ℃、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活性劑的條件下，不同 Ni-P-PTFE 複合層時的適用性，探討複合層之析鍍速率、PTFE 之沉積量、

微硬度、接觸角等特性的影響參數。

4.5.1 FC-134 對 Du Pont PTFE 懸浮液之影響 獲致不錯的 Ni-P-PTFE 複合鍍層品質。推測其原因在於日本 Compo-NP-FB 之 PTFE 懸浮液，購買於專業的電鍍、化學鍍材料供應商，應該其已經內含

觸角為 146.98°；PTFE 濃度 10.0 cc/L 的最佳接觸角為 136.60°。

Average contact angle ()

FC (mole/L) 200 300 400

圖 4.20 在浴溫 95 ℃、PTFE (Du Pont)濃度 7.5 cc/L、FC-134 濃度 200 μmole/L、沉積時間 20 min 的條件下，鍍層量測之純水接觸角

圖 4.21 在浴溫 95 ℃、PTFE (Du Pont)濃度 7.5 cc/L、FC-134 濃度 300 μmole/L、沉積時間 20 min 的條件下，鍍層量測之純水接觸角

圖 4.22 在浴溫 95 ℃、PTFE (Du Pont)濃度 7.5 cc/L、FC-134 濃度 400 μmole/L、沉積時間 20 min 的條件下，鍍層量測之純水接觸角

圖 4.23 在浴溫 95 ℃、PTFE (Du Pont)濃度 10 cc/L、FC-134 濃度 400 μmole/L、沉積時間 30 min 的條件下，鍍層量測之純水接觸角

圖 4.24 在浴溫 95 ℃、沉積時間 20 min 條件下，不同 PTFE (Du Pont)與界 層之接觸角與鍍層厚度有重大影響。然而，日本公司(World Metal Co, LTD) 型號 Compo-NP-FB、粒徑 0.2 m 的 PTFE 懸浮液，即使沒有添加 FC-134，

Average thickness (m)

FC (mole/L)

Metal PTFE 懸浮液，Ni-P-PTFE 複合鍍層接觸角與鍍層厚度品質的差異。另 外，對於日本 World Metal 的 PTFE 懸浮液，也將比較有、無添加 FC-134 之 Ni-P-PTFE 複合鍍層品質差異。

圖 4.25 顯示在浴溫 95℃、FC-134 濃度 300 μmole/L、沉積時間 20 min 條件下，兩種(U.S.A 和 JAPAN) PTFE 懸浮液在不同濃度下之鍍層接觸角對 應關係。其中，Du Pont PTFE 濃度小於 7.5 cc/L 時，隨著 PTFE 濃度的增加，

接觸角有增大之趨勢，在 PTFE 濃度 7.5 cc/L 時接觸角達到最大值約 140.01^o 左右，在 PTFE 濃度超過 7.5 cc/L 時，反而有造成接觸角下降之趨勢。無添 加界面活性劑的情況下，日本 World Metal 的 PTFE 濃度小於 5 cc/L 時，隨 著 PTFE 濃度的增加，接觸角快速地增大，在 PTFE 濃度 5~10 cc/L 時接觸 角趨於穩定值約 152.51^o左右，此時的接觸角值大於美國 Du Pont PTFE 所表 現的性能。有添加界面活性劑的情況下，日本 World Metal 的 PTFE 濃度超 過 5 cc/L 時，隨著 PTFE 濃度的增加，接觸角快速地增大，在 PTFE 濃度 10 cc/L 時接觸角達到最大值約 150.86^o左右，此時的接觸角值仍然有大於美國 Du Pont PTFE 的性能表現。圖 4.26 為在浴溫 95℃、FC-134 濃度 300 μmole/L、

沉積時間 20 min 條件下，兩種(U.S.A 和 JAPAN) PTFE 懸浮液在不同濃度 下之鍍層厚度對應關係。其中，Du Pont PTFE 濃度在 7.5 cc/L 時，有最大鍍 層厚度 6.5 m，其沉積速率約 19.5 m/hr。無添加界面活性劑的情況下，日 本 World Metal 的 PTFE 濃度在 10 cc/L 時，有最大鍍層厚度 7.5

m，其沉

積速率約 22.5

m/hr；有添加界面活性劑的情況下，日本 World Metal 的

PTFE 濃度在 7.5 cc/L 時，有最大鍍層厚度 7.0 m，其沉積速率約 21.0 m/hr。

圖 4.27 為在浴溫 95℃、日本 PTFE 濃度 10 cc/L、沉積時間 20 min 且無添加 界面活性劑的條件下，鍍層量測之最佳純水接觸角約 155^o左右。

圖 4.25 在浴溫 95 ℃、FC-134 濃度 300 μmole/L、沉積時間 20 min 條件下，

Average contact angle ()

U.S.A / 300

Average thickness (m)

U.S.A / 300

圖 4.27 在浴溫 95 ℃、日本 PTFE 濃度 10 cc/L、沉積時間 20 min 且無添加 界面活性劑的條件下，鍍層量測之純水接觸角

4.6 鍍層特性分析

由上述幾節，已從操作之 pH 值、溫度、PTFE 添加量及界面活性劑添 加量等條件，進行 Ni-P-PTFE 化鍍析鍍沉積特性的瞭解，接著將以 Ni-P-PTFE 複合薄膜與純水接觸角度大於 130°之試片，針對其鍍層表面形貌進行顯微組 織之觀察、粗糙度與硬度之分析，並就原因做一討論與推論。

4.6.1 SEM 表面形貌觀測

PTFE 微粒在 Ni-P-PTFE 複合鍍層中的含量多寡，以及是否均勻分散沉 積皆與純水接觸角度有相當之關係。首先，以日本公司(World Metal Co, LTD) 型號 Compo-NP-FB、粒徑 0.2 m 的 PTFE 懸浮液，在固定溫度 85℃、無添 加界面活性劑，以及改變 PTFE 之濃度 2.5、5.0、7.5、10.、12.5 cc/L 與配合 不同操作時間的條件下，所完成之化鍍試片進行表面形貌分析比較，如圖 4.28 至圖 4.31 所示。由這些圖中可發現，隨著 PTFE 濃度的增加，鍍層的 PTFE 沉積數目也增加，而在鍍液 PTFE 濃度提高到 7.5 cc/L 以後，鍍層的 PTFE 沉積數目似乎已達到穩定現象，但 7.5 cc/L 之後的接觸角卻不是維持

在穩定值。另外，在固定沉積時間下，PTFE 7.5 cc/L 的濃度下有最大接觸角 的現象，但在不同的沉積時間下，平均接觸角的表現並沒有因沉積時間的增 加而提升。

(a) PTFE 2.5 cc/L、觸角度 131.20° (b) PTFE 5.0 cc/L、接觸角 133.63°

(c) PTFE 7.5 cc/L、接觸角 145.59° (d) PTFE 10.0 cc/L、接觸角 124.60°

(e) PTFE 12.5 cc/L、接觸角 118.68°

圖 4.28 在浴溫 85 ℃、沉積時間 0.5 hr 且無添加界面活性劑的條件下，不 同日本 PTFE 濃度對鍍層表面形貌之影響

(a) PTFE 2.5 cc/L、接觸角 125.47° (b) PTFE 5.0 cc/L、接觸角 13.6.85°

(c) PTFE 7.5 cc/L、接觸角 137.47° (d) PTFE 10.0 cc/L、接觸角 117.39°

(e) PTFE 12.5 cc/L、接觸角 114.71°

圖 4.29 在浴溫 85℃、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活性劑的條件下，不同 日本 PTFE 濃度對鍍層表面形貌之影響

(a) PTFE 2.5 cc/L、接觸角 129.68° (b) PTFE 5.0 cc/L、接觸角 122.44°

(c) PTFE 7.5 cc/L、接觸角 128.24° (d) PTFE 10.0 cc/L、接觸角 120.35°

(e) PTFE 12.5 cc/L、接觸角 115.07°

圖 4.30 在浴溫 85℃、沉積時間 1.5 hr 且無添加界面活性劑的條件下，不同 日本 PTFE 濃度對鍍層表面形貌之影響

(a) PTFE 2.5 cc/L、接觸角 88.38° (b) PTFE 5.0 cc/L、接觸角 134.32°

(c) PTFE 7.5 cc/L、接觸角 120.34° (d) PTFE 10.0 cc/L、接觸角 111.70°

(e) PTFE 12.5 cc/L 、接觸角 113.56°

圖 4.31 在浴溫 85℃、沉積時間 2.0 hr 且無添加界面活性劑的條件下，不同 日本 PTFE 濃度對鍍層表面形貌之影響

為了瞭解鍍浴溫度對接觸角之影響，以日本 PTFE 濃度 7.5 cc/L、時間 60 min、無添加界面活性劑的條件下，改變溫度 85℃、90℃、95℃所完成之試 片作表面形貌分析比較，如圖 4.32 所示。圖中可明顯發現接觸角隨著溫度 的提高而變大，而 95℃時接觸角達到 152.35°。然而，85℃、90℃、95℃三 者鍍層間的 PTFE 數量差異不大，故接觸角隨溫度提高而變大的原因，應該 是在鍍浴溫度提高下，鍍層的沉積速率變大，而使得鍍層表面的粗糙度提高 所致。

(a)溫度 85℃、接觸角 123.06°

(b)溫度 90℃、接觸角 135.75° (c)溫度 95℃、接觸角 152.35°

圖 4.32 在日本 PTFE 濃度 7.5 cc/L、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活性劑的 條件下，不同浴溫對鍍層表面形貌之影響

為了瞭解鍍浴 PTFE 之濃度對接觸角之影響，以日本 PTFE 濃度 7.5 cc/L、鍍浴溫度 95℃、時間 60 min、無添加界面活性劑的條件下，改變 PTFE 之濃度 7.5、10.0、12.5 cc/L 所完成之試片作表面形貌分析比較，如圖 4.33 所示。圖中可明顯發現接觸角隨著 PTFE 濃度的提高而變小，而 PTFE 7.5 cc/L 時接觸角達到 152.35°。然而，7.5、10.0、12.5 cc/L 三者鍍層間的 PTFE 數量，隨著濃度增加而提升，但接觸角反而變小。這現象說明鍍層 PTFE 的 數目較多，並無助於接觸角的提升，且文獻曾提出浸漬、旋塗的 PTFE 膜，

其接觸角僅可達到 120 度左右，而化鍍所沉積的 PTFE 顆粒其接觸角已超過 140 度，其差異就在於化鍍沉積 PTFE 顆粒時，鍍層的粗糙度變大，因此造 成鍍層的接觸角提高。在圖 4.33 中 PTFE 7.5 cc/L 的接觸角達有最大值 152.35°，推測即是該鍍層有最大的粗糙度。

(a) PTFE 7.5 cc/L、接觸角 152.35°

(b) PTFE 10.0 cc/L、接觸角 147.70° (c) PTFE 12.5 cc/L、接觸角 140.47°

圖 4.33 在浴溫 95℃、沉積時間 1.0 hr 且無添加界面活性劑的條件下，不同 日本 PTFE 濃度對鍍層表面形貌之影響

為瞭解界面活性劑(分散劑) FC-134，對美國杜邦(Du Pont)公司型號 3893 及日本公司(World Metal Co, LTD)型號 Compo-NP-FB，兩種粒徑均為 0.2 m 的 PTFE 懸浮液之影響。在固定溫度 95℃、時間 20 min，及不同 PTFE 濃度 與界面活性劑 FC-134 添加濃度的條件下，所完成之化鍍試片進行表面形貌 分析比較。其中，圖 4.34 至圖 4.36 為不同 Du Pont PTFE 濃度(2.5、5.0、7.5、

為瞭解界面活性劑(分散劑) FC-134，對美國杜邦(Du Pont)公司型號 3893 及日本公司(World Metal Co, LTD)型號 Compo-NP-FB，兩種粒徑均為 0.2 m 的 PTFE 懸浮液之影響。在固定溫度 95℃、時間 20 min，及不同 PTFE 濃度 與界面活性劑 FC-134 添加濃度的條件下，所完成之化鍍試片進行表面形貌 分析比較。其中，圖 4.34 至圖 4.36 為不同 Du Pont PTFE 濃度(2.5、5.0、7.5、

在文檔中 Ni-P-PTFE複合層化學鍍製備與其抗沾黏特性之研究 (頁 72-0)