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研究生:彭湘儀
研究生(外文):Hsinhg-Yi Pen
論文名稱:非平衡磁控濺鍍碳化鋁鉻薄膜高速鋼上製程參數及薄膜性能之研究
論文名稱(外文):A study on the process parameters and films characters of the CrAlC thin films deposited on the high-speed steel by unbalanced magnetron sputtering
指導教授:傅兆章傅兆章引用關係
指導教授(外文):John Fu
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:機械與自動化工程所
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:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:薄膜碳化鋁鉻非平衡磁控濺鍍
外文關鍵詞:CrAlCUBMfilm
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近年來由於3C產業中如電路板等3C產品為避免加工時添加切削液造成電路遭受污染,多採用乾切削方式,因此在高速切削環境下產生的高溫,而導致工具加速磨耗,降低其使用壽命及增加換刀次數及時間,進而提高生產成本。
本研究目的是利用非平衡磁控物理濺鍍設備,於高速鋼基材(SKH51)上被覆碳化鋁鉻(CrAlC)薄膜,並研究此薄膜於高溫環境下薄膜特性的變化,利用田口實驗品質法尋求各製程參數對附著力、摩擦係數及硬度之影響。
實驗結果得知被覆最佳製程參數經由大氣熱處理,CrAlC薄膜耐氧化溫度為700℃左右。當溫度接近800℃時,薄膜便會失去原先的特性無法再保護基材,使的基材開始大量氧化,使其機械性質降低。
另外,根據X-Ray 繞射結果與EDS能量分佈分析儀檢測結果可得知,溫度超過600℃後,薄膜中的鋁元素(Al)會與外界空氣中的氧結合氧化,形成緻密的氧化鋁組織(Al2O3),有效阻止薄膜內層的氧化,並提昇薄膜硬度與耐磨耗性。
且CrAlC薄膜於高溫環境下,薄膜中的碳元素極易氧化,改變原薄膜結構,降低薄膜硬度與耐磨耗性。
Most 3C industry in operation has to meet high precision, high speed and fine dimension demand. Especially when we processing the P.C. board, the cooling oil is prohibited in order to prevent of creating pollution problem. Therefore cutting tool is easily worn out in this high speed cutting and no cooling oil environment due to temperature increased, which will cost the production cost increase rapidly.
In this study, we used unbalanced magnetron physical sputtering equipment to sputter CrAlC coating film on high speed tool steel. And study the characteristics of CrAlC coating film to put in use on high temperature process environment. In our experiment, we used Taguchi-method trying to find out the effect of processing parameters on adhesion、friction coefficient and hardness.
As the result of this experiment, we can found out the oxidation resistance temperature of CrAlC coating film exhibited onset of 700℃. When the temperature approach 800℃, CrAlC coating film will not have any protection capability for base material.
Besides that, by XRD and EDS analysis, we can found out that the temperature approach 600℃, it will grown a very thin aluminum oxide(Al2O3)in the CrAlC coated film surface. The Al2O3 film has high hardness and high dense structure which can prevent further oxidation, and also will increase the hardness and wear resistance of the CrAlC in the high temperature environment.
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 vii

第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 3
2-1 碳化鉻簡介 3
2-2 碳化鉻薄膜 5
2-3 高溫氧化行為 6
2-3-1 氧化反應熱力學之探討 6
2-3-2 氧化反應動力學之研究 6
2-3-3 氧化層性質之探討 8
2-3-4 碳化物之高溫行為 9
2-5 濺射沉積原理 11
2-5-1 濺射理論 11
2-5-2 非平衡磁控濺射 12
2-6 Thorton薄膜結構模型 16
2-6-1 薄膜成長機構 16
2-7 薄膜性質分析 20
2-7-1 附著性測試 20
2-7-2 磨耗試驗 23
2-7-3 薄膜硬度分析 24
2-8 田口實驗計畫法 26
第三章 實驗方法與步驟 29
3-1 實驗薄膜設備 29
3-2 實驗流程 30
3-2 被覆條件選取及高溫氧化實驗規劃 32
3-2-1 被覆條件選取 32
3-2-1 高溫氧化實驗規劃 37
3-3 試片規格與前處理 38
3-4 實驗試片之檢測 39
3-3-1 硬度實驗 39
3-3-2 附著性實驗 39
3-3-3 磨耗實驗 39
3-3-4 鍍層結構分析 40
3-3-5 薄膜之元素成份分析 40
4-1 田口實驗結果-薄膜製程參數 41
4-1-1 確認實驗-高溫氧化前薄膜性質 47
4-3 碳化鋁鉻薄膜高溫氧化行為 51
4-3-1 碳化鋁鉻薄膜高溫氧化試驗 51
4-3-2 高溫氧化後薄膜氧化物與元素分析 51
4-3-3 高溫氧化後薄膜機械性質分析 55
第五章 結論 62
第六章 參考文獻 63
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