臺灣博碩士論文加值系統

鋁鎂合金因為具有良好的散射以及材質輕的特性，目前廣泛應用於電子產品，作為產品外殼或零組件；本研究探討鋁鎂合金基材與塑料結合其機械應力的分析。鋁鎂合金基材藉由電化學拋光反應，基材表面粗糙度由 16.3 nm 降低為 3.1 nm，且形貌更趨於ㄧ致，有助於後續陽極處理時電場的均勻分佈。電化學拋光後之基材，經由ㄧ次陽極處理，製備出多孔氧化層膜。孔洞直徑為 31.8 nm，以射出成型的方式，將 PPS 直接射出成型於陽極處理過後的鋁鎂合金基材，利用物理結合的方式不需黏著劑將 PPS 黏著於鋁鎂合金基材上。
　　此種塑料與鋁鎂合金結合是以高分子與氧化層間之物理結合力，具有其優異之機械特性，可承受之正向拉伸強度為 95.7 ± 3.2 kg/cm2，側向強度為 389.8 ± 7.4 kg/cm2，遠優於現今工業上所使用之方法。為確保實際應用上環境的溫度以及溼度等因素，進行 -10 ℃ ~ 70 ℃，相對溼度保持在 75％ 的環境測試，其機械特性僅些微下降，對於陽極處理後的鋁鎂合金與塑料之結合，影響不大。

A study of fixing plastics to an aluminum-magnesium alloy 5052. First, the aluminum-magnesium alloy 5052 was surface-treated via electropolishing reaction. While the surface roughness of the aluminum-magnesium alloy 5052 was 16.3 mm before electropolishing, the roughness of the electropolished surface was 3.1 nm. We find that the surface morphology was uniform. The aluminum-magnesium alloy 5052 was further surface-treated via anodic treatment. After that, we observed self-organized formation of nanopores arrays in aluminum-magnesium alloy 5052, and the diameters of nanopores were measured 31.8 ± 3.6 nm.
The connection between surface-treated aluminum-magnesium alloy 5052 and polyphenylene sulfide (PPS) was via injection molding. The mechanical properties of bonding plastic on aluminum-magnesium alloy 5052 were studied through both normal tension test and horizontal strength test. The testing result of normal tension test and horizontal strength test are respectively 95.7 ± 3.2 nm and 389.8 ± 7.4 nm. And in order to ensure the practical application in environmental temperature and humidity, the environment test of bonding plastic on aluminum-magnesium alloy 5052 was operated in the temperature between -10 ℃ ~ 70 ℃ and relative humidity remained at 75%. The result shows a slightly reduction mechanical properties after the environmental test.

目錄
中文摘要. i
英文摘要. ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
第二章 文獻回顧 3
2.1 電化學拋光原理 3
2.1.1 電化學拋光及其表面形貌 4
2.2 陽極氧化鋁簡介 7
2.2.1 鋁金屬陽極氧化反應 8
2.2.2 孔洞生成 9
2.2.3 穩定成長 10
2.2.4 電解液與電壓與陽極處理之關係 11
2.2.5 陽極處理時電壓與電流之關係 12
2.3 鋁鎂合金 5052 陽極處理 14
2.4 polyphenylene sulfide (PPS) 簡介 15
2.5 應力和應變關係 17
2.5.1 拉伸式驗 (tension test) 17
2.5.2 壓縮測試 (compression test) 18
2.5.3 剪切測試 (shear test) 18
2.6 射出成型 19
第三章 實驗 21
3.1 實驗試劑及其來源 21
3.2 實驗儀器與設定 21
3.2.1 製程儀器 21
3.2.2 分析儀器 23
3.3 實驗步驟 28
3.3.1 控制陽極處理範圍 29
3.3.2 電化學拋光 29
3.3.3 陽極處理 30
3.3.4 移除氧化鋁 31
3.3.5 射出成型 32
3.4 測試試驗 32
3.4.1 正向拉伸強度測試 32
3.4.2 側向強度測試 33
第四章 結果與討論 35
4.1 電化學拋光分析 35
4.2 陽極處理分析結果 36
4.3 延長擴孔時間 45
4.4 機械性質分析 51
4.5 環境測試後機械性質分析 52
第五章 結論 53
參考文獻 …………………………………………………………………………...54
圖目錄
圖 2.1 電壓與電化學拋光反應之關係圖 4
圖 2.2 電化學拋光反應電壓-電流關係圖 5
圖 2.3 電化學拋光溶解速率之示意圖 5
圖 2.4 利用 AFM 分析，不同電壓以及反應時間，鋁經由電化學拋光後表面之形貌 6
圖 2.5 理論計算與實驗結果對照圖 7
圖 2.6 氧化反應示意圖 ……….8
圖 2.7 氧化反應示意圖 9
圖 2.8 藉由穿透路徑生成初始孔洞示意圖 10
圖 2.9 多孔性氧化鋁孔洞形成示意圖 10
圖 2.10 多孔姓氧化鋁模板 SEM 圖 11
圖 2.11 為陽極處理電解液種類及電壓對於孔洞大小影響之關係圖 12
圖 2.12 陽極處理固定電流密度其電壓變化關係 13
圖 2.13 固定電壓其陽極處理時電流密度之變化關係 13
圖 2.14 陽極處理後鋁鎂合金 5052 之 AFM 圖 14
圖 2.15 鋁鎂合金經陽極處裡後 SEM 圖 15
圖 2.16 正向拉伸應力示意圖 17
圖 2.17 正向壓縮應力示意圖 18
圖 2.18 剪切應力示意圖 18
圖 2.19 塑膠射出成型示意圖 20
圖 3.1 去離子水機 22
圖 3.2 控溫儀器系統 (a) 循環水槽 (b) 冷卻式恆溫水 22
圖 3.3 電源供應器 23
圖 3.4 高速曲肘式射出成型機 23
圖 3.5 場發射掃描式電子顯微鏡 24
圖 3.6 X 光射線螢光光譜 24
圖 3.7 萬能測試機 25
圖 3.8 電腦數值工具機 26
圖 3.9 石英晶體動力計 .26
圖 3.10 恆溫恆濕箱 27
圖 3.11 原子力顯微鏡 28
圖 3.12 原理示意圖 28
圖 3.13 實驗流成圖 29
圖 3.14 電化學拋光示意圖 30
圖 3.15 陽極處理示意圖 31
圖 3.16 塑料射出成型於鋁鎂合金基材成品 (a) 側向 (b) 正向 32
圖 3.17 測試正向拉伸強度之樣品 33
圖 3.18 正向拉伸強度測試示意圖 33
圖 3.19 側向測試示意圖 34
圖 4.1 為電化學拋光分析之 AFM 圖 (a) 拋光前 (b) 拋光後 35
圖 4.2 電流密度為 0.625 A/cm2，陽極處理時間不同之高倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 40
圖 4.3 電流密度為 0.625 A/cm2，陽極處理時間不同之低倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 40
圖 4.4 電流密度為 0.75 A/cm2，陽極處理時間不同之高倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 41
圖 4.5 電流密度為 0.75 A/cm2，陽極處理時間不同之低倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 41
圖 4.6 電流密度為 1 A/cm2，陽極處理時間不同之高倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 42
圖 4.7 電流密度為 1 A/cm2，陽極處理時間不同之低倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 42
圖 4.8 電流密度為 1.25 A/cm2，陽極處理時間不同之高倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 43
圖 4.9 電流密度為 1.25 A/cm2，陽極處理時間不同之低倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 43
圖 4.10 陽極處理時間對孔洞直徑之關係圖，陽極處理電流密度分別為 (a) 0.625 A/cm2 (b) 0.75 A/cm2 (c) 0.1 A/cm2 (d) 0.125 A/cm2 44
圖 4.11 電流密度為 0.625 A/cm2，擴孔時間 15 min 之高倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 46
圖 4.12 電流密度為 0.625 A/cm2，擴孔時間 15 min 之低倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 46
圖 4.13 電流密度為 0.75 A/cm2，擴孔時間 15 min 之高倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 47
圖 4.14 電流密度為 0.75 A/cm2，擴孔時間 15 min 之低倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 47
圖 4.15 電流密度為 1 A/cm2，擴孔時間 15 min 之高倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 48
圖 4.16 電流密度為 1 A/cm2，擴孔時間 15 min 之低倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 48
圖 4.17 電流密度為 1.25 A/cm2，擴孔時間 15 min 之高倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 49
圖 4.18 電流密度為 1.25 A/cm2，擴孔時間 15 min 之低倍率 SEM 圖 (a) 30 min (b) 40 min (c) 50 min (d) 60 min 49
圖 4.19 陽極處理時間對孔洞直徑之關係圖，陽極處理電流密度分別為 (a) 0.625 A/cm2 (b) 0.75 A/cm2 (c) 0.1 A/cm2 (d) 0.125 A/cm2 50
圖 4.20 環境測試前後之機械性質比較 (a) 正向拉伸強度 (b) 側向強度 52
 
表目錄
表 3.1 電解拋光之電解液與實驗參數………………………………………….…30
表 3.2 陽極處理之電解液與實驗參數…………………………………………….31
表 3.3 移除氧化鋁之溶液與實驗參數………………………………………….…31
表 4.1 陽極處理參數設定………………………………………………………….38
表 4.2 氧化層厚度理論計算值…………………………………………………….39
表 4.3 陽極處理後孔洞直徑統計………………………………………………….44
表 4.4 陽極處理後孔洞直徑統計………………………………………………….50
表 4.5 機械性質分析結果………………………………………………………….51

[1]Masuda, H.; Fukuda, K. Science 1995, 268, pp 1466-1468.
[2]Jessensky, O.; Muller, F.; Gosele, U. Appl. Phys. Lett. 1998, 72, pp 1173-1175.
[3]Petzow, G.; Elssner, G. Metallography and Microstructures, Metals Handbook (9th ed.), American Society for Metal, 1985, 9, pp 48.
[4]Yuzhakov, V. V.; Chang H. C.; Miller, A. E. Phys. Rev. B 1997, 56, pp 12608-12624.
[5]Inoue, S.; Chu, S.-Z.; Wada, K.; Li D.; Haneda, H. Sci. Technol. Adv. Mat. 2003, 4, pp 269-276.
[6]O’Sullivan, J. P.; Wood, G. C. Proc. Roy. Soc. Lond. A. 1970, 317, pp 511-543.
[7]Thompson, G. E. Thin Solid Films 1997, 297, pp 192-201.
[8]Thompson, G. E.; Wood, G. C. Anodic Films on Aluminium. In Treatise on Materials Science and Technology, Vol. 23: Corrosion: Aqueous Process and Passive Films; Scully, J. C., Ed.; Academic Press Inc.: New York, 1983; Chapter 5, pp 205-329.
[9]Jung, M.; Mho, S.-I.; Park, H.L. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, pp 133121-1–133121-3.
[10]Li, F.; Zhang, L.; Metzger, R.M. Chem. Mater. 1998, 10, pp 2470-2480.
[11]Zhang, W. J.; Zhang, D.; Le, Y.; Li, L.; Qu, B. Appl. Surf. Sci. 2008, 255, pp 2671-2674.
[12]Muzzi, J. D.; Kays, O. Polym. Composite 1984, 5, pp 169-172.
[13]Hill, H. W.; Brady, D. G. Polym. Eng. Sci. 1976, 16, pp 831-835.
[14]陳文照譯，曾春風，游信和，材料科學與工程導論，新北市：高立圖書有限公司, 2006 年, 126.
[15]林信隆譯，塑膠射出成型，台北市：隆泉機械廠股份有限公司, 1987 年, 5.
[16]方嘉德譯，儀器分析 (下)，台中市：滄海書局，92 年4 月，718-727。
[17]張正武，譚家彥，胡少剛，合金與塑料結合的方法，台南市：可成股份有限公司, 2010 年, TW 201202475 Al.