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研究生:汪瑞芳
論文名稱:不同Ni-Al表面改質對Ti-6Al-4V合金其高溫氧化的影響
論文名稱(外文):Effect of Different Ni-Al Surface Modifications on High-Temperature Oxidation Behavior of Ti-6Al-4V Alloy
指導教授:開物
指導教授(外文):Wu Kai
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:材料工程研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:表面改質氧化動力學直線律拋物線律加速氧化
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本研究主要探討四種不同表面Ni-Al改質對商用鈦合金Ti-6Al- 4V(Ti-64)在700-900℃空氣條件下高溫氧化行為的影響。四種表面改質的方式包括,單純表面電鍍Ni改質(Ti-64(Ni))、表面電鍍Ni後進行900℃持溫4小時滲Al改質(Ti-64 (NA))、於Ti-64(NA)試片上再行電鍍Ni改質(Ti-64 (NAN)),以及Ti-64(NAN)合金試片上再進行900℃持溫2.5小時滲Al改質(Ti-64(NANA))。研究結果顯示,Ti-64(Ni)在700℃的氧化動力學遵守拋物線律,而800-900℃則轉變為直線律。而Ti-64(NA)在700-800℃下的氧化動力學遵守拋物線律,但在900℃時則有加速氧化的現象。另一方面,Ti-64(NAN)及Ti-64(NANA)在700-900℃下的氧化動力學皆遵守拋物線律,並具有良好的抗高溫氧化特性。
氧化後的氧化生成物因不同表面改質而異,其中,Ti-64(Ni)在 700℃時只生成NiO,在800-900℃時則生成TiO2。而Ti-64(NA)在700-800℃下生成保護性良好之α-Al2O3,但在900℃時卻生成Al2O3及TiO2。在Ti-64(NAN)方面,由於改質層能充分阻擋鈦原子的外擴散,故其氧化相在各溫度時皆生成NiO,而Ti-64(NANA)則皆生成保護性良好之α-Al2O3。
關鍵詞:表面改質;氧化動力學;直線律;拋物線律;加速氧化; TiO2;α-Al2O3;NiO。
目 錄
中文摘要……………………………………………………………….....I
英文摘要………………………………………………………………..III
目錄……………………………………………………………………...V
表目錄………………………………………………………………...VIII
圖目錄………………………………………………………………. …IX
一、 前言……………………………………………………………01
二、 文獻回顧………………………………………………………04
2.1 氧化反應的理論…………………………………………….04
2.2 介金屬的抗氧化基礎……………………………………….05
2.2.1 良好的熱力學安定性…………………………………..05
2.2.2 緩慢的成長速率………………………………………..05
2.2.3 與基材有良好的附著性………………………………..06
2.2.4 具備易形成及再形成的能力…………………………..06
2.3 金屬的高溫氧化機制……………………………………...06
2.3.1 純Ti的高溫氧化…………………………………….....06
2.3.2 商用鈦合金的高溫氧化………………………………..06
2.3.3 Ni-Al合金的高溫氧化…………………………………07
2.3.4 Ni-Al鍍膜的高溫氧化…………………………………08
三、 實驗方法………………………………………………………14
3.1 合金取得…………………………………………………...14
3.2 改質方法…………………………………………………...14
3.2.1 電鍍Ni試片備製………………………………………14
3.2.2 滲Al試片備製………………………………………….14
3.3 氧化實驗及顯微結構分析………………………………...15
四、 實驗結果………………………………………………………22
4.1 鈦合金試片顯微組織及成分分析………………………….22
4.2 不同改質後試片微結構分析與觀察……………………….22
4.2.1 Ti-64(Ni)改質分析……………………………………...22
4.2.2 Ti-64(NA)改質分析…………………………………….22
4.2.3 Ti-64(NAN)改質分析…………………………………..22
4.2.4 Ti-64(NANA)改質分析………………………………...23
4.3 真空退火處理對Ti-64(Ni)之分析………………………….23
4.4 氧化動力學………………………………………………….23
4.5 氧化物相組成及結構……………………………………….24
4.5.1 Ti-64(Ni)氧化物及擴散反應分析……………………...24
4.5.2 Ti-64(NA)氧化物及擴散反應分析………………….....25
4.5.3 Ti-64(NAN)氧化物及擴散反應分析………………......25
4.5.4 Ti-64(NANA)氧化物及擴散反應分析…………….......25
4.6 短時間實驗………………………………………………...26
五、 討論………………………………………………………...….72
5.1 Ti-64(Ni)的高溫氧化機構探討…….……………….…...….72
5.2 Ti-64(NA)的高溫氧化機構探討………………….…...…....73
5.3 Ti-64(NAN)的高溫氧化層與改質層之裂縫機制探討…….74
5.4 Ti-64(NANA)的高溫氧化機構探討……………….…....….74
六、 結論……………………………………………………………78
七、 參考文獻………………………………………………………79
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