臺灣博碩士論文加值系統

鋁合金具有質輕、高比強度外，耐磨耗性、耐蝕性與加工性佳，使得鋁被廣泛的應用在民生、工業及汽車、航太甚至是國防用途上，而近來環保意識抬頭和節能減碳的前提下，使得輕金屬及其合金近年來在汽車工業以及自行車上之使用量有增無減。鋁也是化學活性強的金屬，表面會自然生成一層約5nm的氧化鋁保護膜，但此種自然生成的氧化膜厚度太薄、膜層不均，使得此氧化膜層的抗腐蝕和耐磨性有限，進而藉由電化學方法控制氧化層之生成以達到防蝕目的，且增加合金表面機械性質。
微弧氧化技術在輕金屬表面改質近年已經受到廣大的重視，這類的微弧放電現象是利用電漿產生後，在陽極工件表面產生局部高溫熔融態金屬氧化並燒結，沉積在試片的表面，此MAO介電陶瓷氧化膜和基材緊密連結，可阻礙陽極(氧化)之電流通過，保護內部之金屬基材防止腐蝕。
本實驗是藉由雙極脈衝高電壓控制的微弧氧化技術，於鋁酸鈉和氫氧化鉀電解溶液中在7075-T6鋁合金之表面生成一層耐蝕性高且絕緣之陶瓷氧化膜層，在相同之電解液、脈衝頻率和電壓時脈衝比之下時，Ton(+)為主要影響膜層成長速率之參數，隨著參數Ton(+)增加，沉積速率也跟著增加。但頻率提高時易使得氧化膜層發生剝離現象，此與陽極鋁合金工件受到脈衝波之過充(over shoot)現象有關。在低頻且低占空比時，膜層緻密層較明顯者幾乎都有較低之腐電流密度，而在高占空比時只要膜層之表面披覆性佳，也能有效提高外在環境之耐蝕性。膜層外部之膜層(多孔層)大部分是由γ-Al2O3組成，膜層內部(緻密層)靠近基材部分主要是由α-Al2O3組成。陰極脈衝比率增高會使成膜速率提高，其中頻率2000Hz Ton(–) 16%之參數在微弧氧化處理20分鐘膜厚達60μm，平均每分鐘之成膜速率有3 μm/min，Ton(-)之比率提高有助於膜層厚度成長效率提升。Ton(-)比率低時膜層為多孔質，Ton(-)比率提高使成膜作用上升厚度增加，膜層表面出現海棉狀結構，使粗糙度下降或粗糙度(增加)弛緩現象出現之關係，高頻時原本形成之緻密層海棉狀結構被電弧擊穿，膜層剝落現象明顯。鋁合金經MAO技術可在表面形成高溫燒結態之氧化鋁相，且降低腐蝕電流達四個級數(10-10A/cm2)之多，腐蝕電位可提高0.5V左右，成膜速率最高可達3μm/min，硬度最高可接近1800Hv左右。

Aluminum alloys exhibit low density, high specific strength, good wear resistance, anti-corrosion and great workability, it can be applied in wide application on commodity sector, automobile, aerospace and national defense industry. Due to the concepts of environmental consciousness and energy saving, valve metal and its alloys has increasingly used in automobile and bicycle recently. Meanwhile, aluminum is an active element easily combined with oxygen, leading to a formation of 5 nanometer inert thin film. However, the thin and uneven naturally-formed thin film exhibits poor corrosion and wear resistance. The corrosion resistance can be improved by suitable electrochemical reaction processes through reducing the corrosion current density and raising the reductive electrochemical potential of the oxidation layer.
The microarc oxidation (MAO) technique is a promising method for the valve metal in terms of the improvement of corrosion resistance and wear resistance. The microarc discharge formed on some specific area at high temperature will lead to the oxidation and sintering reaction on the surface of anode workpiece. The insulating MAO thin film can provide a barrier for the passage of current, which will be beneficial to prevent the substrate from corrosion.
The various high voltages and pulsed bipolar waveforms of the MAO experiment are employed on the surface of 7075-T6 Al alloy in this work. The aqueous electrolytes used in MAO process include NaAlO2 and KOH. In the same electrolytic solution, Ton(+) is the most influential parameter on film growth rate under the same pulsed frequency. The deposition rate increased while Ton(+) is increasing. But it will spall off the MAO film when raising the pulsed frequency. It seems that the spallation phenomenon is related to the over-shooting part of the pulsed wave on the anodic workpiece. When both the frequency and duty ratio is low, the more compact layer is formed. The compact layer will lower the corrosion current density. However, the corrosion resistance of samples with compact layer can also be increased even if the duty ratio is high. The improvement can be attributed to the superior coverage at high duty ratio. Moreover, the outer porous layer was composed of γ-Al2O3, and the inner compact layer was composed of α-Al2O3. To increase the cathodic pulse ratio will get higher growth rate. Furthermore, the film thickness is nearly 60μm and the average growth rate approaches 3 μm/min while the electric parameter is 2000Hz, Ton(–) 16% and working time 20 minute. In brief, Ton(-) has positive effect on promoting the growth rate. The lower ratio of Ton(-) produced much more porous layer in contrast to thick MAO films prepared at the high ratio of Ton(-).
The experiment shows: the surface of substrate will form the alumina phase by MAO technique. The MAO coatings can decrease the corrosion current density by 4 order (10-10A/cm2) and raise the corrosion potential by 0.5 volt. The growth rate of MAO film is nearly to 3μm/min and micro-hardness of 1800Hv.

致 謝 III
摘 要 IV
Abstract VI
目 錄 IX
圖目錄 XIV
表目錄 XXII
第一章 前言 1
1.1 緒論 1
1.2 研究動機 7
第二章 文獻回顧 10
2.1 微弧氧化法之發展 10
2.2 微弧氧化法簡介 12
2.2.1微弧放電工作原理 12
2.2.2鋁合金微弧放電之介面反應 14
2.3 電源模式對於MAO膜層之影響 15
2.4 電源參數對於MAO膜層之影響 18
2.5 電解液對氧化膜層之影響 19
2.6 MAO處理過程中之弧光隨時間變化關係 23
2.6.1電壓隨時間之變化 23
2.6.2微弧隨時間之變化 24
2.6.3膜層隨時間之變化 27
2.7 MAO法處理後之工件特性 28
第三章 實驗方法與原理 33
3.1 材料準備 34
3.2 微弧氧化處理 34
3.2.1 實驗步驟 34
3.2.2 實驗參數 37
3.2.2-1 探討頻率和占空比(duty ratio)對膜層的影響 38
3.2.2-2 探討陽極和陰極脈衝關電時間(Toff(+)&Toff(–))對膜層的影響 38
3.2.2-3 探討相同頻率(500Hz)不同占空比下陰極脈衝時間(Ton(–))對膜層之影響 38
3.2.2-4 探討不同頻率相同占空比下(30%)陰極脈衝時間(Ton(–))對膜層的影響 38
3.3 微弧氧化過程電壓電流紀錄 39
3.4 陶瓷氧化膜層分析 39
3.4.1 膜層厚度分析 39
3.4.2 膜層表面粗糙度分析 39
3.4.3 X-ray掠角繞射分析 43
3.4.4電子顯微鏡膜層型態分析 44
3.4.4-1 膜層表面型態分析方法 44
3.4.4-2 膜層剖面型態分析方法 45
3.4.5 極化曲線分析 46
第四章 結果與討論 48
4.1探討頻率和占空比(duty ratio)對膜層的影響 48
4.1.1陶瓷氧化膜厚分析 48
4.1.2陶瓷氧化膜粗糙度分析 51
4.1.3定電壓下電流隨時間變化 54
4.1.4膜層極化曲線抗蝕性分析 57
4.1.5 XRD分析結果 60
4.2探討陽極和陰極脈衝關電時間(Toff(+)&Toff(–))對膜層的影響 80
4.2.1陶瓷氧化膜厚分析 81
4.2.2陶瓷氧化膜粗糙度分析 84
4.2.3定電壓下電流隨時間變化 86
4.2.4膜層極化曲線抗蝕性分析 87
4.2.5 XRD分析結果 89
4.3探討不同頻率相同占空比下(30%)陰極脈衝時間(Ton(–))對膜層的影響 107
4.3.1陶瓷氧化膜厚分析 107
4.3.2陶瓷氧化膜粗糙度分析 110
4.3.3定電壓下電流隨時間變化 113
4.3.4膜層極化曲線抗蝕性分析 116
4.3.5 XRD分析結果 118
4.4探討相同頻率(500Hz)不同占空比下陰極脈衝時間(Ton(–))對膜層之影響 141
4.4.1陶瓷氧化膜厚分析 141
4.4.2陶瓷氧化膜粗糙度分析 143
4.4.3定電壓下電流隨時間變化 146
4.4.4膜層極化曲線抗蝕性分析 148
4.4.5 XRD分析結果 150
4.5 微硬度分析 170
4.6 陶瓷氧化膜層EDS元素分析 172
4.6.1陶瓷氧化膜層表面分析 172
4.6.2陶瓷氧化膜層剖面分析 175
4.6.2-1點計算(Point Counting) 175
4.6.2-2線掃瞄(Line Scanning) 177
4.6.2-3面掃瞄元素分佈(Element Mapping) 180
第五章 結論 182
參考文獻 184

圖目錄
圖2.1：利用MAO法所形成之微弧電漿放電通道示意圖 14
圖2.2：在定電流模式下膜層成長與電弧電壓隨時間之變化圖 24
圖2.3：在AC定電流模式下試片表面的弧光隨時間變化三個階段 25
圖2.4：弧光放射遞減(decay)常數和電流密度成反比之結果 26
圖2.5：鋁合金試片表面膜層之時間厚度關系以及不同階段之截面型貌 28
圖2.6：7075-T6鋁合金經電解液組成為KOH(1g/L)+Na2SiO3(4g/L)陽極電壓400V陰極電壓200V MAO處理後之陶瓷氧化膜(a)截面(b)表面形貌 32
圖2.7：7075-T6鋁合金在含有Na2SiO3、KOH和 NH4VO3電解液經MAO成膜處理技術100秒同一試片不同區域之極化曲線 32
圖3.1：微弧氧化製程實驗設備示意圖 35
圖3.2：微弧氧化實驗流程圖 36
圖3.3：典型的脈衝波和控制參數示意圖 37
圖3.4：7075-T6鋁合金經微弧氧化表面陶瓷氧化膜粗糙量測方向示意圖 40
圖3.5：所量測到長度L範圍內的表面曲率以及所取之中心線 42
圖3.6：計算長度範圍內之中心線平均粗糙度值(Ra)的近似值 42
圖3.7：計算最大高度粗糙度(Ry)示意圖 42
圖3.8：十點平均粗糙度(Rz)表示法示意圖 43
圖3.9：極化曲線耐腐蝕測試設備示意圖 47
圖4.1-1：鍍膜時間20分鐘在各頻率(100Hz,500Hz,1000Hz,1250Hz,2000Hz)下陶瓷氧化膜厚度對於各占空比(10%,30%,50%,70%,90%)作圖之膜厚比較圖 62
圖4.1-2：鍍膜時間20分鐘在各占空比(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)下陶瓷氧化膜厚度對於各頻率(100Hz,500Hz,1000Hz,1250Hz,2000Hz)作圖之膜厚比較圖 62
圖4.1-3：在各電源脈衝頻率下陶瓷氧化膜之平均粗糙度隨占空比之變化圖(a)100Hz, (b)500Hz, (c)1000Hz, (d)1250Hz, (e)2000Hz 63
圖4.1-4：在各電源脈衝頻率下陶瓷氧化膜之平均粗糙度對於占空比之變化比較圖 64
圖4.1-5：在各占空比下陶瓷氧化膜之平均粗糙度對於電源脈衝頻率之變化比較圖 64
圖4.1-6：脈衝頻率100Hz各占空比(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陽極電流值對於時間變化圖 65
圖4.1-7：脈衝頻率500Hz各占空比(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陽極電流值對於時間變化圖 65
圖4.1-8：脈衝頻率1000Hz各占空比(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陽極電流值對於時間變化圖 66
圖4.1-9：脈衝頻率1250Hz各占空比(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陽極電流值對於時間變化圖 66
圖4.1-10：脈衝頻率2000Hz各占空比(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陽極電流值對於時間變化圖 67
圖4.1-11：占空比10%在各頻率下(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)陽極電流值對於時間變化圖 67
圖4.1-12：占空比30%在各頻率下(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)陽極電流值對於時間變化圖 68
圖4.1-13：占空比50%在各頻率下(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)陽極電流值對於時間變化圖 68
圖4.1-14：占空比70%在各頻率下(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)陽極電流值對於時間變化圖 69
圖4.1-15：占空比90%在各頻率下(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)陽極電流值對於時間變化圖 69
圖4.1-16：脈衝頻率100Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化膜之極化曲線比較圖 70
圖4.1-17：脈衝頻率500Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化膜之極化曲線比較圖 70
圖4.1-18：脈衝頻率1000Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化膜之極化曲線比較圖 71
圖4.1-19：脈衝頻率1250Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化膜之極化曲線比較圖 71
圖4.1-20：脈衝頻率2000Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化膜之極化曲線比較圖 72
圖4.1-21：脈衝頻率100Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化膜層之X-ray繞射圖 72
圖4.1-22：脈衝頻率500Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化膜層之X-ray繞射圖 73
圖4.1-23：脈衝頻率1000Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化膜層之X-ray繞射圖 73
圖4.1-24：脈衝頻率1250Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化膜層之X-ray繞射圖 74
圖4.1-25：脈衝頻率2000Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化膜層之X-ray繞射圖 74
圖4.1-26：電源脈衝頻率100Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化層之表面與剖面SEM形貌圖 75
圖4.1-27：電源脈衝頻率500Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化層之表面與剖面SEM形貌圖 76
圖4.1-28：電源脈衝頻率1000Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化層之表面與剖面SEM形貌圖 77
圖4.1-29：電源脈衝頻率1250Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化層之表面與剖面SEM形貌圖 78
圖4.1-30：電源脈衝頻率2000Hz各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%, 90%)陶瓷氧化層之表面與剖面SEM形貌圖 79
圖4.2-1：將原90% duty ratio之Toff(+)和Toff(-)之關電壓時間放大後陶瓷氧化膜層厚度對off time各放大倍率(5, 10, 20, 50, 100)作圖之膜厚比較圖 91
圖4.2-2：將原90% duty ratio之Toff(+)和Toff(-)之關電壓時間放大後陶瓷氧化膜
層厚度對各off time之陽極脈衝時間作圖之膜厚比較圖 91
圖4.2-3：在各不同原始頻率下(a)100Hz (b)500Hz (c)1000Hz (d)1250Hz (e)2000Hz增加Toff(+)和Toff(-)之倍率時陶瓷氧化膜之平均粗糙度隨Off time增加倍率之變化圖 92
圖4.2-4：在不同原始頻率下陶氧化膜層之平均粗糙度對於Off Time增加倍率之變化比較圖 93
圖4.2-5：在不同Off Time增加倍率下陶氧化膜層之平均粗糙度對於各off time之陽極脈衝時間作圖之比較圖 93
圖4.2-6：原始脈衝頻率100Hz(占空比90% Ton(+) 9000μs)各Off Time增加倍率(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之陽極電流值對於時間變化圖 94
圖4.2-7：原始脈衝頻率500Hz(占空比90% Ton(+) 1800μs)各Off Time增加倍率(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之陽極電流值對於時間變化圖 94
圖4.2-8：原始脈衝頻率1000Hz(占空比90% Ton(+) 900μs)各Off Time增加倍率(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之陽極電流值對於時間變化圖 95
圖4.2-9：原始脈衝頻率1250Hz(占空比90% Ton(+) 720μs)各Off Time增加倍率(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之陽極電流值對於時間變化圖 95
圖4.2-10：原始脈衝頻率2000Hz(占空比90% Ton(+) 450μs)各Off Time增加倍率(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之陽極電流值對於時間變化圖 96
圖4.2-11：原始脈衝頻率100Hz (占空比90%)在不同Off Time增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之膜層極化曲線測試比較圖 96
圖4.2-12：原始脈衝頻率500Hz (占空比90%)在不同Off Time增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之膜層極化曲線測試比較圖 97
圖4.2-13：原始脈衝頻率1000Hz (占空比90%)在不同Off Time增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之膜層極化曲線測試比較圖 97
圖4.2-14：原始脈衝頻率1250Hz (占空比90%)在不同Off Time增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之膜層極化曲線測試比較圖 98
圖4.2-15：原始脈衝頻率2000Hz (占空比90%)在不同Off Time增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之膜層極化曲線測試比較圖 98
圖4.2-16：陽極脈衝時間9000μs在各off time增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之陶瓷氧化膜層X-ray繞射圖 99
圖4.2-17：陽極脈衝時間1800μs在各off time增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之陶瓷氧化膜層X-ray繞射圖 99
圖4.2-18：陽極脈衝時間900μs在各off time增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之陶瓷氧化膜層X-ray繞射圖 100
圖4.2-19：陽極脈衝時間720μs在各off time增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之陶瓷氧化膜層X-ray繞射圖 100
圖4.2-20：陽極脈衝時間450μs在各off time增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)之陶瓷氧化膜層X-ray繞射圖 101
圖4.2-21：相對原始頻率(100Hz 90%占空比)Off Time在各種增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)陶瓷氧化層之表面與剖面SEM形貌圖 102
圖4.2-22：相對原始頻率(500Hz 90%占空比)Off Time在各種增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)陶瓷氧化層之表面與剖面SEM形貌圖 103
圖4.2-23：相對原始頻率(1000Hz 90%占空比)Off Time在各種增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)陶瓷氧化層之表面與剖面SEM形貌圖 104
圖4.2-24：相對於原始頻率(1250Hz 90%占空比)Off Time在各種增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)陶瓷氧化層之表面與剖面SEM形貌圖 105
圖4.2-25：相對於原始頻率(2000Hz 90%占空比)Off Time在各種增加倍率下(5×, 10×, 20×, 50×, 100×)陶瓷氧化層之表面與剖面SEM形貌圖 106
圖4.3-1：占空比30%時各頻率(100, 500, 1000, 1250, 2000Hz)下陶瓷氧化膜層厚度對於各陰極脈衝時間比率(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之氧化膜厚度比較圖 120
圖4.3-2：占空比為30%時各負脈衝時間比率(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)下陶瓷氧化膜厚度對於各頻率(100, 500, 1000, 1250, 2000Hz)之膜層厚度比較圖 120
圖4.3-3：在各頻率下(a)100Hz (b)500Hz (c)1000Hz (d)1250Hz (e)2000Hz陶瓷氧化膜層表面平均粗糙度(Ra)對於陰極脈衝時間百分比之變化圖 121
圖4.3-4：在各頻率下陶氧化層之平均粗糙度對於陰極脈衝時間百分比之變化比較圖 122
圖4.3-5：在各陰極脈衝時間百分比下陶氧化層之平均粗糙度對於頻率之變化比較圖 122
圖4.3-6：電源脈衝頻率100Hz占空比30%各陰極脈衝百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陽極電流值對於時間變化比較圖 123
圖4.3-7：電源脈衝頻率500Hz占空比30%各陰極脈衝百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陽極電流值對於時間變化比較圖 123
圖4.3-8：電源脈衝頻率1000Hz占空比30%各陰極脈衝百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陽極電流值對於時間變化比較圖 124
圖4.3-9：電源脈衝頻率1250Hz占空比30%各陰極脈衝百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陽極電流值對於時間變化比較圖 124
圖4.3-10：電源脈衝頻率2000Hz占空比30%各陰極脈衝百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陽極電流值對於時間變化比較圖 125
圖4.3-11：負脈衝時間2%占空比30%各脈衝頻率(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)陽極電流值對於時間變化之比較圖 125
圖4.3-12：負脈衝時間4%占空比30%各脈衝頻率(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)陽極電流值對於時間變化之比較圖 126
圖4.3-13：負脈衝時間8%占空比30%各脈衝頻率(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)陽極電流值對於時間變化之比較圖 126
圖4.3-14：負脈衝時間12%占空比30%各脈衝頻率(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)陽極電流值對於時間變化之比較圖 127
圖4.3-15：負脈衝時間16%占空比30%各脈衝頻率(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)陽極電流值對於時間變化之比較圖 127
圖4.3-16：電源脈衝頻率100Hz占空比30%各陰極脈衝百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之極化曲線比較圖 128
圖4.3-17：電源脈衝頻率500Hz占空比30%各陰極脈衝百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之極化曲線比較圖 128
圖4.3-18：電源脈衝頻率1000Hz占空比30%各陰極脈衝百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之極化曲線比較圖 129
圖4.3-19：電源脈衝頻率1250Hz占空比30%各陰極脈衝百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之極化曲線比較圖 129
圖4.3-20：電源脈衝頻率2000Hz占空比30%各陰極脈衝百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之極化曲線比較圖 130
圖4.3-21：負脈衝時間2%占空比30%下各脈衝頻率(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)之極化曲線比較圖 130
圖4.3-22：負脈衝時間4%占空比30%下各脈衝頻率(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)之極化曲線比較圖 131
圖4.3-23：負脈衝時間8%占空比30%下各脈衝頻率(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)之極化曲線比較圖 131
圖4.3-24：負脈衝時間12%占空比30%下各脈衝頻率(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)之極化曲線比較圖 132
圖4.3-25：負脈衝時間16%占空比30%下各脈衝頻率(100Hz, 500Hz, 1000Hz, 1250Hz, 2000Hz)之極化曲線比較圖 132
圖4.3-26：脈衝頻率100Hz占空比30%在各陰極脈衝時間比率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之X-ray繞射圖 133
圖4.3-27：脈衝頻率500Hz占空比30%在各陰極脈衝時間比率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之X-ray繞射圖 133
圖4.3-28：脈衝頻率1000Hz占空比30%在各陰極脈衝時間比率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之X-ray繞射圖 134
圖4.3-29：脈衝頻率1250Hz占空比30%在各陰極脈衝時間比率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之X-ray繞射圖 134
圖4.3-30：脈衝頻率2000Hz占空比30%在各陰極脈衝時間比率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之X-ray繞射圖 135
圖4.3-31：電源脈衝頻率100Hz占空比30%上各陰極脈衝時間百分率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陶瓷氧化膜之表面與剖面SEM形貌圖 136
圖4.3-32：電源脈衝頻率500Hz占空比30%上各陰極脈衝時間百分率下下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陶瓷氧化膜之表面與剖面SEM形貌圖 137
圖4.3-33：電源脈衝頻率1000Hz占空比30%上各陰極脈衝時間百分率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陶瓷氧化膜之表面與剖面SEM形貌圖 138
圖4.3-34：電源脈衝頻率1250Hz占空比30%上各陰極脈衝時間百分率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陶瓷氧化膜之表面與剖面SEM形貌圖 139
圖4.3-35：電源脈衝頻率2000Hz占空比30%上各陰極脈衝時間百分率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陶瓷氧化膜之表面與剖面SEM形貌圖 140
圖4.4-1：電源脈衝頻率f=500Hz時不同占空比(10%, 30%, 50%, 70%)下陶瓷氧化膜厚度對陰極脈衝時間比率(2%, 4%, 8%, 12% 16%)之膜層厚度比較圖 151
圖4.4-2：電源脈衝頻率f=500Hz時不同比率之陰極脈衝時間比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陶瓷氧化膜厚度對於占空比(10%,30%,50%,70%)之膜層厚度比較圖 152
圖4.4-3：電源脈衝頻率500Hz在各占空比(a)10% (b)30% (c)50% (d)70%時陶瓷氧化層之平均粗糙度對於陰極脈衝時間百分比之變化圖 152
圖4.4-4：電源脈衝頻率500Hz在各占空比下陶瓷氧化層之平均粗糙度對於陰極脈衝時間百分比之變化比較圖 153
圖4.4-5：電源脈衝頻率500Hz在各陰極脈衝時間百分比下陶瓷氧化層之平均粗糙度對於占空比之變化比較圖 153
圖4.4-6：電源脈衝頻率500Hz占空比10%各陰極脈衝時間百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)下陽極電流值對於時間之變化圖 154
圖4.4-7：電源脈衝頻率500Hz占空比30%各陰極脈衝時間百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)下陽極電流值對於時間之變化圖 154
圖4.4-8：電源脈衝頻率500Hz占空比50%各陰極脈衝時間百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)下陽極電流值對於時間之變化圖 155
圖4.4-9：電源脈衝頻率500Hz占空比70%各陰極脈衝時間百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)下陽極電流值對於時間之變化圖 155
圖4.4-10：電源脈衝頻率500Hz陰極脈衝時間2%各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%)陽極電流值對於時間之變化圖 156
圖4.4-11：電源脈衝頻率500Hz陰極脈衝時間4%各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%)陽極電流值對於時間之變化圖 156
圖4.4-12：電源脈衝頻率500Hz陰極脈衝時間8%各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%)陽極電流值對於時間之變化圖 157
圖4.4-13：電源脈衝頻率500Hz陰極脈衝時間12%各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%)陽極電流值對於時間之變化圖 157
圖4.4-14：電源脈衝頻率500Hz陰極脈衝時間16%各占空比下(10%, 30%, 50%, 70%)陽極電流值對於時間之變化圖 158
圖4.4-15：電源脈衝頻率500Hz占空比10%各陰極脈衝時間百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)下之極化曲線比較圖 158
圖4.4-16：電源脈衝頻率500Hz占空比30%各陰極脈衝時間百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)下之極化曲線比較圖 159
圖4.4-17：電源脈衝頻率500Hz占空比50%各陰極脈衝時間百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)下之極化曲線比較圖 159
圖4.4-18：電源脈衝頻率500Hz占空比70%各陰極脈衝時間百分比(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)下之極化曲線比較圖 160
圖4.4-19：電源脈衝頻率500Hz陰極脈衝時間2%各占空比(10%, 30%, 50%, 70%)之極化曲線比較圖 160
圖4.4-20：電源脈衝頻率500Hz陰極脈衝時間4%各占空比(10%, 30%, 50%, 70%)之極化曲線比較圖 161
圖4.4-21：電源脈衝頻率500Hz陰極脈衝時間8%各占空比(10%, 30%, 50%, 70%)之極化曲線比較圖 161
圖4.4-22：電源脈衝頻率500Hz陰極脈衝時間12%各占空比(10%, 30%, 50%, 70%)之極化曲線比較圖 162
圖4.4-23：電源脈衝頻率500Hz陰極脈衝時間16%各占空比(10%, 30%, 50%, 70%)之極化曲線比較圖 162
圖4.4-24：電源脈衝頻率500Hz占空比10%在各陰極脈衝時間比率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之X-ray繞射圖 163
圖4.4-25：電源脈衝頻率500Hz占空比30%在各陰極脈衝時間比率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之X-ray繞射圖 163
圖4.4-26：電源脈衝頻率500Hz占空比50%在各陰極脈衝時間比率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之X-ray繞射圖 164
圖4.4-27：電源脈衝頻率500Hz占空比70%在各陰極脈衝時間比率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)之X-ray繞射圖 164
圖4.4-28：占空比10%頻率500Hz在不同的陰極脈衝時間百分率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陶瓷氧化膜之表面與剖面SEM形貌圖 165
圖4.4-29：占空比30%頻率500Hz在不同的陰極脈衝時間百分率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陶瓷氧化膜之表面與剖面SEM形貌圖 166
圖4.4-30：占空比50%頻率500Hz在不同的陰極脈衝時間百分率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陶瓷氧化膜之表面與剖面SEM形貌圖 167
圖4.4-31：占空比70%頻率500Hz在不同的陰極脈衝時間百分率下(2%, 4%, 8%, 12%, 16%)陶瓷氧化膜之表面與剖面SEM形貌圖 168
圖4.4-32：鋁-氧原子百分比二元相圖 169
圖4.5-1：脈衝頻率500Hz陰極脈衝時間12%和16%在占空比10%~70%陶瓷氧化膜微硬度分佈圖 171
圖4.6-1：1250Hz占空比10%陰極脈衝時間2%陶瓷氧化膜層表面之面掃瞄SEM擷取圖像 173
圖4.6-2：陶瓷氧化膜層表面之面掃瞄定性分析能量散佈能譜圖 173
圖4.6-3：陶瓷氧化膜層表面之面掃瞄(a)SEI及元(b)Al(c)O(d)Na mapping 174
圖4.6-4：1250Hz占空比30%陰極脈衝時間16%陶瓷氧化膜層剖面之點計算(point counting)SEM擷取圖像 176
圖4.6-5：陶瓷氧化膜層剖面之點計算定性分析能量散佈能譜圖 176
圖4.6-6：1250Hz占空比30%陰極脈衝時間16%之陶瓷氧化膜層剖面之線掃瞄(line scanning)SEM擷取圖像 178
圖4.6-7：陶瓷氧化膜層剖面之線掃瞄定性分析能量散佈能譜圖 178
圖4.6-8：陶瓷氧化膜層剖面之線掃瞄(line scanning)之(a)Al (b)O (c)Na元素線性分佈濃度曲線 179
圖4.6-9：陶瓷氧化膜層剖面之面掃瞄(a)SEI及元素(b)Al (c)O (d)Na (e)Mg mapping分佈圖 181


表目錄
表2.1：微弧氧化技術之主要重點研究單位 11
表3.1：探討頻率和占空比(duty ratio)對膜層的影響 38
表3.2：探討陽極和陰極脈衝關電時間(Toff(+) & Toff(–))對膜層的影響 38
表3.3：探討不同頻率同占空比下(30%)陰極脈衝時間(Ton(–))對膜層的影響 38
表3.4：探討同頻率(500Hz)不同占空比下陰極脈衝時間(Ton(–))對膜層之影響 38
表3.5：XRD掠角測量參數 44
表4.1-1：微弧氧化之脈衝頻率及占空比實驗參數 48
表4.1-2：各頻率下占空比10%~90%之陶瓷氧化膜平均厚度 50
表4.1-3：各頻率下占空比10%~90%之平均粗糙度及標準差值 53
表4.2-1：各原頻率之off time增加倍率及占空比實驗參數 80
表4.2-2：增加原頻率之Off time 5倍、10倍、20倍、50倍、100倍後之頻率 81
表4.2-3：在各頻率下Off time增加5倍、10倍、20倍、50倍、100倍之陶瓷氧化膜平均厚度 83
表4.2-4：由原頻率Off time增加5倍、10倍、20倍、50倍、100倍下之平均粗糙度及標準差值 85
表4.3-1：各頻率下陰極脈衝時間變化實驗參數 107
表4.3-2：占空比30%MAO處理時間20min各頻率下陶瓷氧化膜層厚度 109
表4.3-3：占空比30%各頻率下陰極脈衝時間變化之平均粗糙度(μm)及標準差 112
表4.4-1：500Hz占空比10%~70%陰極脈衝時間比率之實驗參數 141
表4.4-2：脈衝頻率500Hz MAO處理時間20min各占空比下陶瓷氧化膜層厚度 142
表4.4-3：頻率500Hz占空比10%, 30%, 50%, 70%下陰極脈衝時間變化之平均粗糙度(μm)及標準差 145
表4.5-1：500Hz陰極脈衝時間12%和16%在占空比10%~70%陶瓷氧化膜微硬度數值 171
表4.6-1：7075鋁合金所含元素種類及重量百分含量 173
表4.6-2：陶瓷氧化膜層表面之EDS面掃瞄元素定量分析 174
表4.6-3：陶瓷氧化膜層剖面之EDS點計算元素定量分析 176

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