機械設備上的常用材料

自動化設備上零件所使用的材料跟一般常見的消費品不太一樣，
不過一樣都要考慮到材料的功能跟加工製造成本，
但是因為是少量多樣化製作，素材取得的方便性更重要。

不過最重要的還是功能，
例如設備業上經常使用PEEK在與硬脆材料(晶圓、玻璃)接觸的零件設計，
就是取其硬度較一般工程塑膠硬耐磨，又不會刮、碰傷晶圓或玻璃。
PEEK這種一公斤要好幾千的工程塑膠太貴，
很少會用在一般消費性產品上，成本太高了!!!
不過PEEK有用在一些生醫材料上，取其高強度跟生物低反應特性。


在教科書上作材料分類通常會從材料的特性出發，
將材料分為Metal，Polymer，Ceramic跟Composite四大類。

不過在機械設備上，零件用的材料可以簡單分成兩大類 : 金屬跟非金屬。

其中金屬類佔很高的比例，
以重量來看可能有高達7、80%以上。


早期因為冶煉技術與成本的關係，
鐵跟鋼是最常用的；
後來因為鋁越來越普遍而且價格越來越便宜，
加上比較不會生鏽，強度重量比表現好，
在設備佔的比例也越來越高，
尤其在電子用機械設備上，使用鋁合金的零件以數量計算可能比鋼鐵還多。


對一般機械設備開發設計工程師來說，
最優先要認識的機械設備材料有兩個 : SS400(SS41)跟S45C。

SS400(舊稱SS41)，現在很多人都還是習慣稱呼SS41，
SS400、SS41、A36(美國規範)等鋼材基本上的性質是很類似的，
多數情況下可以互相替代使用，
SS41(SS400、A36)算是低碳鋼，
材質軟而易切削性，銲接容易且價格便宜，所以在結構上被大量拿來使用，
但是不適合作熱處理強化表面硬度，只能上漆 、染黑、電鍍處理等。

S45C是中高碳鋼，切削性良好，但是銲接較為困難，可以透過熱處理強化表面硬度，因為是成份比較純的鋼，價格比SS400貴一些。
傳統的機械設備上，這兩種材料應該用的最多，少數強度要求低又需要銲接的也會使用S30C，但是我習慣的領域中並不多見，
有些強度要求高的會使用到S60C等高碳鋼再作熱處理強化硬度，但是高碳鋼很難銲接，會裂。

如果需要重基座抗振動，或形狀複雜，就會使用鑄鐵，
低強度要求使用灰口鑄鐵FCxxx(150~350)，高強度要求使用球墨鑄鐵FCDxxx(400~800)，可參考大詠城機械網站。
另外有工具鋼、彈簧鋼、軸承鋼等會用在一些市購元件中，另外再介紹。

對經常處理電子設備的工程師來說，
金屬材料上的使用會增加不銹鋼跟鋁合金，
最常用到的有以下四個材料：
SUS304、A6061-T6、A5052-xxx、A6063-T6或A6N01SS-T5

不鏽鋼用最多的就是SUS304，
在一些要求不可生鏽的情況下，幾乎取代了一般常用的SS400，
雖然材料比較貴而且加工不易，
但是因為不需要再進行表面處理，可以省下兩、三天的時間，
在修改後也不需要再作表面處理，可以直接使用，所以其實也非常受歡迎；
可以焊接、不能熱處理強化硬度，強度比SS400低。

電子設備上零件另外常用的金屬材料就是鋁合金，
最常用的應該是A6061-T6，強度適中、容易取得、價格適中、加工方便、可銲接、表面可作多種陽極處理。
後來有廠商引進切削性更好的貼膜板是A5052-H112材質，用在一般強度、精度要求不高、可以省去上下表面精加工的情況下也越來越多。
鋁材另外一種常用的是用在鋁擠型上的A6063-T6，不過幾年前開始已經被強度表現更好的A6N01SS-T5所取代。
不過鋁材因為需要作陽極處理，若是作大面積修改，若還要送陽極處理，時間上就比較受限。
其他還有一些ADxxx等是用在鋁鑄件上。

其他金屬只會在一些特殊情況下用到，用得並不多，有碰到再另外介紹。

再來是非金屬材料，最常用的就是工程塑膠，
以結構上的用說，塑膠鋼(POM)應該是早期最常被拿來使用的工程塑膠，
以濕製程設備來說，PVC跟PP也用很多，
需要低摩擦、耐腐蝕、處理特殊液氣會使用鐵氟龍系列的工程塑膠，
近年來配合晶圓、LCD玻璃PEEK也用很多，
有些需要用到抗靜電情況時會用尼龍鋼(MCxxx)，
工程塑膠的種類跟細項分類還有很多，另外再介紹。

所以以上列出來的設備上經常使用到的材料有：
SS400
S45C
FCDxxx
SUS304
A6061-T6
A5052-xxx
A6063-T6
A6N01SS-T5
POM (聚甲醛樹脂)
PVC
鐵氟龍
尼龍鋼
PEEK
這些都算是作機械設備零件設計上經常會用到的材料，
所以在市場也都還算很容易取得使用，
沒事不要找奇怪的材料，萬一台灣沒有現貨，跟國外進肯定耗時耗材，千萬要注意。

一些特殊材料會另外再作介紹。

其他相關介紹：
工程塑膠
鋁合金
不銹鋼
鑄鐵
軸承鋼

參考資料：
Materials Data Book, Cambridge University Engineering Departments, 2003. 主要有材料性質的定義與簡單解釋。
Omnexus，網站，有Polymer的性質參考資料
www.matweb.com，有各式各樣的材料資料庫，不過偏美國常用的規格與稱呼，有配合多家軟體格式可以輸出材質資料。