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研究生:李健平
研究生(外文):Ching-ping Lee
論文名稱:鋁箔在含銅、鉀離子鹽酸中之三角波交流電蝕
論文名稱(外文):
指導教授:林景崎
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:110
中文關鍵詞:鋁箔定電流循環極化法破裂電位鹽酸銅離子鉀離子
外文關鍵詞:
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摘 要
本研究主要在討論:(1)鋁箔在6N HCl 溶液中之交流電蝕,當電流掃描範圍改變時蝕刻現象之差異;(2)鋁箔交流電蝕時若鹽酸中含微量(ppm)銅、鉀金屬離子時電蝕現象之差異。結果分述如下:
在6N 鹽酸溶液中,藉由改變交流電(三角波)中陽、陰半週期的最大電流密度,可以瞭解交流電蝕之反應機制。定電流循環極化法(Galvanodynamic Voltammetry Polarization, GVP)實驗所得圖譜顯示:陽極半週期在其最大電流密度(iaM)超過30mA/cm2,才會出現明顯的電壓尖峰Eb(此即陽極氧化膜破裂之電位);若鋁箔只施加陽極半週期電流而不施加陰極電流(即陰極半週期的最大電流密度icM設定為0mA/cm2),結果顯示:因沒有產生陰極膜,陽極膜更易破裂,因而導致破裂電位Eb)由-0.55V 降到-0.86V。由鋁箔蝕刻後之表面形貌證得知:在陽極最大電流密度(iaM)低於30mA/cm2 時,試片表面並不會出現孔蝕;而在陽極最大電流密度大於40mA/cm2 之後,iaM由50mA/cm2 增加到150mA/cm2 時,孔洞由0.05µm 擴大到0.5µm。而在沒有陰極半週期時,鋁箔並沒有腐蝕膜產生,此時電蝕孔洞數目增多且由0.5µm 增大到1µm。
在含銅或鉀離子之鹽酸溶液中,施加三角波交流電會有不同的蝕刻行為。定電流循環極化法所得圖譜顯示:鹽酸中含0~70 ppm 銅離子時,其破裂電位(Eb)隨銅離子濃度上升而由-0.64 下降至-0.81V;反之,Eb 隨鉀離子濃度增加而由-0.64 上升至-0.13V。鋁箔在蝕刻後之形貌顯示:銅離子加速鋁箔表面之孔蝕;而鉀離子則減緩其孔蝕。利用化學分析電子術(ESCA)解析鋁箔表面化合物成分得知:隨著鹽酸中銅離子增加,會有更多銅還原析出於鋁箔表面,導致更明顯之伽凡尼腐蝕而使表面氧化膜更易破裂,造成鋁箔嚴重孔蝕。反之,隨鉀離子濃度之增加,氧化膜更加穩定,因而鋁箔表面不易孔蝕。
目 錄
摘要 Ⅰ
致謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅷ
圖目錄 Ⅸ
第一章 前言 1
1.1 鋁箔的交流電蝕刻 2
1.2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 5
2.1 交流電蝕刻原理 5
2.2 交流電蝕之影響因素 7
2.2.1 鋁箔的性質 7
2.2.2 前處理工程的影響 10
2.2.3 腐蝕液成分的影響 11
2.2.4 電蝕參數的影響 12
2.3 伽凡尼腐蝕基本理論 12
2.3.1 伽凡尼偶合和混合電位 13
2.3.2 面積效應 14
2.4 定電流循環極化法(GVP)基本理論 14
第三章 實驗方法 16
3.1 試片準備 16
3.2 電化學蝕刻設備 16
3.3 實驗製程規劃 17
3.4 實驗流程 18
第四章 結果 21
4.1 鋁原箔之性質分析 21
4.1.1 鋁原箔成分分析結果 21
4.1.2 鋁原箔晶粒觀察 21
4.2 定電流循環極化(GVP)之特性電位與電流密度 22
4.3 定電流循環極化(GVP)曲線圖 23
4.3.1 掃描次數對定電流循環極化(GVP)之影響 23
4.3.2 改變陽極最大電流密度在ib 前後所得GVP 曲線之變化 24
4.3.3 陽極最大電流密度大於ib 時,電流密度大小對GVP 曲線之影響 24
4.3.4 改變陰極最大電流密度值(icM)在0mA/cm2和-150mA/cm2所得GVP 曲線之比較 25
4.3.5 蝕刻液含不同金屬離子對GVP 曲線之影響 26
4.3.6 蝕刻液含不同濃度銅離子對GVP 曲線之影響 27
4.3.7 蝕刻液含不同濃度鉀離子對GVP 曲線之影響 27
4.4 孔洞型態觀察 28
4.4.1 陽、陰極最大電流密度對鋁箔交流電蝕後表面型態之影

28
4.4.2 鹽酸中含金屬離子對鋁箔交流電蝕後表面型態之影響 29
4.5 鋁箔交流電蝕後表面化學成分分析 31
第五章 討論 34
5.1 交流電蝕孔蝕成長基礎理論 34
5.2 定電流循環極化曲線(GVP)歸納分析 34
5.2.1 陽極氧化膜破裂時間(tb) 35
5.2.2 陽極氧化膜破裂阻抗(Rb) 35
5.2.3 陽極氧化膜成膜電量(Qf)及鋁基材溶蝕電量(Qd) 36
5.2.4 溶解效率(η) 37
5.3 電流振幅對鋁箔三角波交流電蝕之影響 38
5.3.1 陽極最大電流密度iaM 之影響 38
5.3.2 陰極最大電流密度icM 之影響 40
5.3.3 陽極半週期之反應機制探討 41
5.4 鹽酸中含金屬離子對GVP 曲線之影響 41
5.5 鹽酸中含金屬離子對鋁箔交流電蝕之影響 45
5.5.1 金屬離子之影響 45
5.5.2 銅離子之影響 46
5.5.3 鉀離子之影響 48
5.5.4 鋁箔在含銅離子鹽酸中之交流電蝕反應示意圖 49
5.5.5 鋁箔在含鉀離子鹽酸中之交流電蝕反應示意圖 50
第六章 結論 51
第七章 未來展望 53
參考文獻 54
附表 56
附圖 62
參 考 文 獻
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