臺灣博碩士論文加值系統

本研究重點主要乃針對高硬度、高附著性、膨脹係數匹配性、高耐蝕及高耐氧化性的多元高熵合金塗層材料作開發，以彌補傳統合金塗層及陶瓷塗層的不足。雖然本研究可利用實驗室學長已有的研究合金作基礎，但由於配方繁多，不易尋找較佳配方，因此乃使用工業上常用的「田口實驗計畫法」，作成份及性質的調整，以得到可以應用於熱熔射塗層的較佳合金配方。
經由較佳的三種合金配方所作熔射塗層的研究發現，合金塗層的硬度皆比塊材低約一半，此乃由於快速冷卻下，塗層中的Cr3Si相的析出強化被抑制所致。但塗層卻因而具有時效硬化反應，在500 ℃時效硬化甚慢，800 ℃中等，1100 ℃最快，是常用金屬材料罕見的高溫時效現象。此外於1100 ℃長時間時效下，發現Fe由基材擴散至塗層，Ni、Co、Cr及Si由塗層擴散至基材，最後造成塗層內強化相Cr3Si消失，硬度約降低一半。另外，Al及Ti擴散至塗層內各區域邊界與滲入的氧作用，形成氧化物進而產生自我保護作用，使整個塗層面幾乎不受氧化。另一方面，不銹鋼基材在1100 ℃由未噴塗的面開始呈大量氧化及損害，顯見塗層具有相當優秀之高溫抗氧化性。
本實驗採用之合金配方確可作為塗層的最佳化配方，其特色包括：（1）噴塗層呈過飽和狀態，硬度較低約Hv 425；（2）可高溫時效硬化，恢復其鑄造塊材高硬度水準；（3）可耐1100 ℃的大氣氧化。

摘要………………………………………………….………….…...….Ⅰ
目錄………………………………………………………………..……Ⅱ
圖目錄…………………………………………………….….......…......Ⅴ
表目錄……………………………………..……..……….…….………Ⅸ
一、前言…………………………………………….……………...……1
二、文獻回顧……………………………………………………...…….3
2.1 多元高熵合金……………………………………………………….3
2.1.1 多元高熵合金的緣起理論…………………………………..3
2.1.2 多元高熵合金定義及自由度………………………………..3
2.1.3 多元高熵合金之研究………………………………………..4
2.2 熱熔射噴塗技術………………………………………………....…14
2.2.1 熱熔射製程………………………………………….…...…14
2.2.2 塗層形成機制及微結構特徵……………………………….16
2.2.3 熱熔射噴塗的主要應用……………………………..……..17
2.2.4 熱熔射噴塗法………………………………………………17
2.3 田口實驗計畫法………………...………………………………....22
2.3.1 實驗計畫法…………..…………………………………….22
2.3.2 直交表（orthogonal array）….……………………………26
2.3.3 田口實驗計畫法…………………………………..…….….28
三、實驗步驟……………………………………………………………31
3.1 初期合金設計…………………………….………………………..31
3.1.1 合金配製、熔煉…………………………………………….31
3.1.2 硬度量測……………………………………………………31
3.1.3 耐蝕性量測…………………………………………………35
3.2 田口法設計合金………………………………………………...…35
3.2.1 合金配製、熔煉…………………………………………….35
3.2.2 硬度量測及壓痕裂縫長度量測…………………………....35
3.2.3 X光繞射分析……………………………………………….35
3.2.4 SEM-EDX微結構觀察及成份分析………………………..38
3.2.5 直交表數據分析……………………………………………38
3.3 熱熔射塗層研究………………………………………………..….38
3.3.1 熱熔射噴塗粉末製備………………………………………38
3.3.2 熱熔射噴塗…………………………………………………41
3.3.3 熱處理………………………………………………………41
3.3.4 微硬度量測…………………………………………………41
3.3.5 X光繞射分析………………………………………………45
3.3.6 SEM-EDX微結構觀察及成份分析……………………….45
四、結果與討論………………………………………………………..46
4.1 初期合金設計…………………………………………………...…46
4.1.1 Al對合金系統的影響………………………………………46
4.1.2 Si對合金系統的影響………………………………………46
4.1.3 Ni、Co、Fe對合金系統之影響……………………………46
4.1.4 Y及Zr對合金系統的影響………………………………...46
4.2 田口法設計合金………………………………………………...…49
4.2.1 第一階段……………………………………………………49
4.2.2 第二階段……………………………………………………57
4.2.3 第三階段……………………………………………………67
4.2.4 較佳的合金成份……………………………………………71
4.3 B8、C1、C3合金之熱熔射塗層研究………………………….……74
4.3.1 塗層性質及X-ray繞射分析………………………………..74
4.3.2 塗層熱處理效應………..…………………………………..74
4.4 塗層之最佳化配方及特性……………………………………..…91
五、結論…………………………………………………………...…….93
六、參考文獻…………………………………………………………...94

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