臺灣博碩士論文加值系統

本研究藉由改變溶液組成、溶液的pH值、不同的電位及反應時間條件等實驗變因，探討鎂合金AZ91D的腐蝕行為。實驗中以電流-電位關係圖來測定鎂合金的腐蝕電位；使用光學顯微鏡觀察試片表面狀況；用光澤度計來測量試片表面的光澤；以粗度計和原子力顯微鏡來測量試片的表面粗糙度；並以電化學交流阻抗頻譜測試陽極膜之保護性。結果顯示，壓鑄AZ91D鎂合金在氫離子濃度愈高和高溫的溶液中，其腐蝕電流愈大。添加醇類會降低腐蝕電流。改變磷酸-乙醇的比例及外加超音波震盪會增加腐蝕電流。當添加1 M NaOH調整系統的pH值時，可以發現鎂合金試片被鹼性溶液處理後的光澤度較好。因此，在鹼性系統中，實驗比較了砂紙研磨、改變電位及反應時間對鎂合金表面粗糙度的影響。結果顯示，有經過砂紙研磨的試片在定電位2 V下，可獲得最好的表面平整度。未經過研磨者在定電位時，提高反應時間對表面粗糙度也有改善。由交流阻抗分析可以得知，在3.5%氯化鈉溶液中，以1 V定電位處理60分鐘後，試片表面產生的鈍化膜抗蝕能力比同電位處理10分鐘更好。當施加電位增加後，其抗蝕能力亦會上升。且經過熱水封孔的試片抗蝕性也可提升。此外，最佳化條件可藉由田口式實驗設計方法求得，經此條件處理後之光澤度可以提升19.40%，粗糙度可以降低23.7%，且得知施加電位為最關鍵的操作參數。

Effects of electrolyte composition, pH, potential and reaction time applied during anodizing, corrosion of anodic films formed on AZ91D magnesium alloy were investigated in this study. Corrosion potential of Mg alloy was examined by current-potential relationship. Microstructures of Mg alloy and anodic film were examined by optical microscopy; the gloss of anodic film was determined by gloss meter; the surface roughness of anodic film was determined by surface roughness tester and atomic force microscope (AFM). Protection of anodized film was evaluated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results showed that the concentration of hydrogen ion of electrolyte and temperature increased with increasing corrosion current. Addition alcohol was decreasing corrosion current. Change in the ratio of phosphoric-alcohol and application of ultrasonic vibration increasing corrosion current. In alkaline solutions containing 1 M NaOH, the gloss of Mg alloy could increase. In alkaline system, effects of grinding by sandpaper, anodizing potential and reaction duration on surface roughness of Mg alloy were investigated. The results showed the surface roughness of the specimens treated by grinding and 2 V anodizing was best. The surface roughness of specimens without grinding also improved with increased reaction duration. The corrosion resistance of the anodized AZ91D Mg alloy in 3.5 wt.% NaCl solution was evaluated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Anodized AZ91D Mg alloy at 1 V for 60 min exhibited better corrosion resistance than that at 1 V for 10 min. Higher corrosion resistance was also found for Mg alloy anodized at 2 V than that at 1 V. Even a better result could be obtained after sealing with hot water. The optimal parameter of electrochemical treatment was obtained via the Taguchi orthogonal design. Using optimal parameters could improve gloss by 19.40% and surface roughness by 23.7%. Furthermore, the design proved that applied potential was the key parameter.

目 錄
明志科技大學碩士學位指導教授推薦書 i
明志科技大學碩士學口試委員審定書 ii
明志科技大學學位論文授權書 iii
博碩士論文電子檔案上傳授權書 iv
誌謝 v
摘要 vi
Abstract vii
目錄 ix
圖目錄 xi
表目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1 鎂合金概述 1
1.2 鎂合金之分類命名法則 5
1.3 研究目的 7
第二章 文獻回顧 10
2.1 金屬元素對鎂合金的影響 10
2.2 鎂合金成型方式 13
2.3 鎂及其合金之表面耐蝕處理 15
2.3.1 化成處理 16
2.3.2 陽極氧化 19
2.3.3 電鍍 21
2.3.4 無電鍍 22
2.3.5 微電弧氧化表面處理技術 23
2.3.6 金屬覆層 23
第三章 理論背景 25
3.1 電解拋光簡介 25
3.1.1 電解拋光原理 26
3.1.2 整平與亮化 28
3.2 直流極化法 29
3.2.1 極化現象 31
3.2.2 鈍化現象及定義 33
3.3 電化學阻抗譜 35
3.3.1 交流阻抗分析原理 35
3.3.2 等效電路 38
第四章 實驗步驟 40
4.1 實驗材料與試片準備 40
4.2 實驗儀器與藥品 41
4.3 直流極化法 44
4.4 電化學阻抗頻譜分析 44
第五章 結果與討論 45
5.1 AZ91D鎂合金的腐蝕特性分析 45
5.1.1 AZ91D於不同電解液之腐蝕效應 45
5.1.2 AZ91D於不同pH值下之腐蝕效應 51
5.2 AZ91D定電位平坦化 52
5.3 ESCA分析 55
5.4 浸泡試驗 60
5.5 交流阻抗分析 62
5.6 田口實驗設計 65
第六章 結論 72
參考文獻 73

圖目錄
圖 1 1鎂合金與一般金屬材料之制震性能之比較。 4
圖 1 2 鎂合金與塑膠鍍金屬層電磁遮蔽效果之比較。 5
圖 1 3鎂在25ºC純水中的Pourbaix圖。 9
圖 2 1鎂鋁二元相圖。 10
圖 2 2雜質元素對純鎂在 3wt %氯化鈉水溶液中腐蝕速率之影響。 13
圖 2 3鎂合金壓鑄法原理示意圖。 15
圖 3 1電化學拋光之電流-電壓(I-V)曲線圖。 26
圖 3 2陽極極化曲線示意圖。 28
圖 3 3極化曲線圖。 30
圖 3 4電流電位關係圖。 31
圖 3 5氫離子在電極上還原作用造成濃度極化現象。 32
圖 3 6總極化過電壓與電流之關係，其值為活性極化與濃度極化之合。 33
圖 3 7鈍化曲線。 33
圖 3 8常用等效電路圖(A)。 39
圖 3 9常用等效電路圖(B)。 39
圖 3 10常用等效電路圖(C)。 39
圖 4 1實驗裝置示意圖。 40
圖 4 2實驗流程圖。 41
圖 4 3鎂合金表面狀況(a)為未經砂紙研磨(b)為經過砂紙研磨後的狀況。 41
圖 5 1 AZ91D於室溫下在不同酸性電解液中的Tafel圖。 45
圖 5 2 AZ91D在不同溫度下的Tafel圖。 47
圖 5 3 AZ91D於添加乙醇的酸性電解液Tafel圖。 48
圖 5 4 AZ91D在H3PO4電解液添加不同醇類的Tafel圖。 49
圖 5 5 AZ91D在不同比例電解液的Tafel圖。 50
圖 5 6 AZ91D在不同比例電解液中外加超音波震盪的Tafel圖。 50
圖 5 7 AZ91D有經過砂紙前處理在不同pH值電解液中Tafel圖。 52
圖 5 8 AZ91D未經過砂紙前處理在不同pH值電解液中Tafel圖。 53
圖 5 9定電壓2V下反應不同時間之試片表面狀況。 54
圖 5 10電位對表面粗糙度的影響。 55
圖 5 11 不同醇類對光澤度計的影響。 56
圖 5 12 AZ91D在磷酸-乙醇系統中電化學處理後的ESCA大範圍掃描圖。 58
圖 5 13 AZ91D在磷酸-乙醇系統中電化學處理後的ESCA元素分析圖。 58
圖 5 14 AZ91D在硫酸-乙醇系統中電化學處理後的ESCA大範圍掃描圖。 59
圖 5 15 AZ91D在硫酸-乙醇系統中電化學處理後的ESCA元素分析圖。 59
圖 5 16 AZ91D在過氯酸-乙醇系統中電化學處理後的ESCA大範圍掃描圖。 60
圖 5 17 AZ91D在過氯酸-乙醇系統中電化學處理後的ESCA元素分析圖。 60
圖 5 18 (A)砂紙研磨後的表面(B)在氯化鈉中浸泡24小時後的狀況。 62
圖 5 19 (A)經過電化學處理的表面(B)在氯化鈉中浸泡24小時後的狀況。 63
圖 5 20 AZ91D於定電壓1V，反應10分鐘之Nyquist圖。 64
圖 5 21 AZ91D於定電壓1V，反應60分鐘之Nyquist圖。 65
圖 5 22 AZ91D於定電壓2V，反應10分鐘之Nyquist圖。 65
圖 5 23 AZ91D於定電壓1V，反應10分鐘後經熱水封孔之Nyquist圖。 66
圖 5 24 各控制因數對光澤度之反應圖(A)酸(B)醇(C)反應電位(D)反應時間。 68
圖 5 25 原始試片在500倍率光學顯微鏡下表面狀況。 70
圖 5 26 試片經最佳條件電化學處理後在500倍率光學顯微鏡下表面狀況。 71
圖 5 27 試片的AFM圖(A)原始試片(B)最適條件處理。 72

表目錄
表 1 1常見結構用金屬的物理性質。 2
表 1 2輕金屬與工程塑膠性質之比較。 2
表 1 3標準鎂合金之記號。 6
表 1 4鎂-鋁-鋅系列鎂合金中，各種組成元素含量之限制範圍。 6
表 1 5標準還原電位，25℃。 8
表 2 1各種鎂合金成型法之比較。 15
表 2 2鉻酸鹽皮膜處理溶液成分。 17
表 2 3非鉻酸鹽皮膜處理。 19
表 2 4陽極處理組成及操作條件。 21
表 3 1 阻抗元件表。 36
表 5 1 AZ91D於室溫下在不同酸性電解液中的腐蝕電位和腐蝕電流。 46
表 5 2 AZ91D在不同溫度下的腐蝕電位和腐蝕電流。 47
表 5 3 AZ91D於添加乙醇的酸性電解液的腐蝕電位和腐蝕電流。 48
表 5 4 AZ91D在H3PO4電解液添加不同醇類的腐蝕電位和腐蝕電流。 49
表 5 5 AZ91D在不同比例電解液的腐蝕電位和腐蝕電流。 50
表 5 6 AZ91D在不同比例電解液中外加超音波震盪的腐蝕電位和腐蝕電流。 51
表 5 7定電壓下試片表面粗糙度。 55
表 5 8 不同醇類對光澤度計的影響。 56
表 5 9 控制因數及水準對照表。 67
表 5 10 L9(34)直交表。 68
表 5 11 控制因數對S/N ratio的反應表。 69
表 5 12 各組實驗條件之光澤度值。 69
表 5 13 試片平均表面粗糙度。 72

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