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研究生:余宗融
研究生(外文):Zong-long Yu
論文名稱:添加Al及Mn對Mg-10Li合金之機械性質影響及微弧氧化對鎂鋰合金抗蝕性改善
論文名稱(外文):Effects of Al and Mn additions on the Mechanical Properties of Mg-10Li Alloys and the Improvement of Corrosion Resistance in Micro-arc Oxidized of Mg-Li Alloys
指導教授:楊智富楊智富引用關係
指導教授(外文):Chih-fu Yang
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:材料工程學系(所)
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
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:105
中文關鍵詞:鎂鋰合金拉伸性質腐蝕性質微弧氧化
外文關鍵詞:Mg-Li alloysTensile propertiesCorrosion behaviorMicro-arc oxidation
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本研究藉由示差熱分析(DSC)、光學顯微鏡(OM)、掃瞄式電子顯微鏡/能量散佈光譜分析儀(SEM/EDS)、X光繞射儀(XRD)、微硬度試驗機、拉伸試驗機及恆電位儀,來探討Mg-10 wt% Li(L10)、Mg-10 wt% Li-0.3wt% Mn(LM100)、Mg-10 wt% Li-2 wt% Al(LA102)及Mg-10 wt% Li-2 wt% Al-0.3 wt% Mn(LAM1020)等四種雙相鎂鋰合金之機械性質與抗腐蝕性質;研究結果顯示,經固溶及室溫48小時+50℃48小時二階段時效之LA102及LAM1020合金室溫拉伸強度及品質指數已分別大於200 MPa及390 MPa,已足與一般結構用金屬相比擬,若施以30%之滾軋,強度均可大於220 MPa,其中LAM1020之強度甚至達240 MPa以上。於3.5 wt % NaCl水溶液中所測得之極化曲線顯示,於L10合金中添加0.3 wt% Mn所得之LM100可改善L10之抗蝕性,添加2 wt% Al 之LA102、LAM1020可再進一步提昇鎂鋰合金之抗蝕性;另一方面,四種鎂鋰合金利用微弧氧化之表面處理成膜後,抗蝕性皆較未成膜前佳;由此顯示,合金元素的添加及微弧氧化均可改善鎂鋰合金之抗蝕性,其中,微弧氧化之效果尤佳。
In this study room temperature mechanical and corrosion properties in Mg-10 wt% Li (L10), Mg-10 wt% Li-0.3 wt% Mn (LM100), Mg-10 wt% Li-2wt% Al (LA102) and Mg-10 wt% Li-2 wt% Al-0.3 wt% Mn (LAM1020) alloys are investigated by using DSC, OM, SEM/EDS, XRD, micro-hardness tester, tensile tester and potentiostat. The results showed that the room temperature tensile strengths and the quality indices of LA102 and LAM1020 alloys are greater than 200 MPa and 390 MPa, respectively, which are well qualified for structural applications. After 30% mechanical rolling, their tensile strengths are greater than 220 MPa, and the rolled LAM1020 alloy exhibits the highest tensile strength of 240 MPa. According to the result of polarization curve in 3.5 wt% NaCl solution it showed that the LM100 (containing 0.3 wt% Mn) is a better corrosion resistant alloy than the L10. Similarly, the addition of 2 wt% Al into L10 and LM100 alloys to produce LA102 and LAM1020 alloys results in an improvement in the corrosion resistance in the alloys. In addition to the alloying method, the application of a micro-arc oxidation treatment on the Mg-Li alloys to produce a protective ceramic layer proves to be very effective in improving the corrosion resistance.
中文摘要i
英文摘要ii
目錄iii-v
表目錄vi
圖目錄vii-xi
第一章 導論1-2
第二章 文獻回顧3
2.1 鎂合金簡介3
2.1.1 鎂合金的發展與應用3-4
2.1.2 鎂合金的命名方式4
2.1.3 添加合金元素對鎂合金之影響5-7
2.1.4 鎂鋰合金之發展7-14
2.2 鎂合金的腐蝕行為與防護14
2.2.1 鎂合金的腐蝕14-15
2.2.2 添加合金元素對鎂合金腐蝕之影響15
2.2.3 鎂合金表面處理-陽極處理15-16
2.2.4 鎂合金表面處理-電鍍與無電鍍16
2.2.5鎂合金表面處理-微弧氧化16-17
第三章 實驗步驟18
3.1 合金熔煉與試片製備18
3.1.1 合金熔煉18-19
3.1.2均質化與滾軋19
3.1.3 時效處理19-20
3.2 化學成分分析20
3.3 示差熱分析(Differential Scanning Calorimetry Analysis, DSC)20-21
3.4 金相觀察21
3.5 X光繞射(XRD)分析22
3.6 機械性質量測22
3.6.1 硬度量測22
3.6.2 拉伸測試23
3.7 微弧氧化23
3.8 電化學試驗23-24
第四章 結果與討論25
4.1 顯微組織觀察25-27
4.2 鎂鋰合金SEM/EDS觀察及定性、定量分析27
4.2.1 SEM顯微組織觀察27-28
4.2.2 SEM/EDS定性定量分析28-29
4.3 X-ray繞射分析29-30
4.4 DSC再結晶溫度量30-31
4.5 機械性質量測31
4.5.1 硬度量測31-34
4.5.2 拉伸測試34-35
4.5.3 品質指數(Quality Index) 35-37
4.6 微弧氧化(Micro-Arc Oxidation,MAO)表面處理37
4.6.1 鎂鋰合金經微弧氧化處理之SEM表面型態及橫截面分析 37-38
4.6.2 SEM/EDS定性分析38
4.6.3 X-ray繞射分析38
4.7 抗蝕性分析(極化曲線)39-42
第五章 結論43-45
第六章 參考文獻46-50



表目錄
表2.1 鎂合金元素命名表[5]51
表4.1 四種鎂鋰合金化學成分分析(by ICP-OES)52
表4.2 四種鎂鋰合金二階段時效後經0與30%室溫滾軋加工之室溫拉伸性質(初始應變速率1 x 10-3 s-1)53
表4.3 四種鎂鋰合金(經二階段時效)與商用AZ91D鑄件於3.5 wt% NaCl水溶液及自來水之腐蝕電流密度(Icorr)及腐蝕電位(Ecorr)54
表4.4 四種鎂鋰合金原材微弧氧化後於 3.5 wt% NaCl水溶液及自來水之腐蝕電流密度(Icorr)及腐蝕電位(Ecorr)55










圖目錄
圖2.1 鎂鋁合金相圖[6]56
圖2.2 鋁錳合金相圖[6]56
圖2.3 鎂鋰合金相圖[11]57
圖2.4 合金元素對鎂在3%NaCl水溶液中腐蝕速率的影響[40]58
圖3.1 實驗流程圖59
圖3.2 真空/氣密熔煉爐60
圖3.3 可調速滾軋機61
圖3.4 LA102合金之室溫時效曲線62
圖3.5 LT-Modulate DSC 2920 低溫調幅式示差掃描熱卡計63
圖3.6 L5合金冷加工試片之DSC曲線64
圖3.7 L10合金冷加工試片之DSC曲線65
圖3.8 Nikon-Optiphot 光學顯微鏡66
圖3.9 JEOL 5600 掃描式電子顯微鏡67
圖3.10 X,Pert Pert PANalytical X光繞射分析儀68
圖3.11 Future-Tech FM-7 微硬度機69
圖3.12 LA102合金於不同荷重下微硬度量測壓痕:(a)使用10 g荷重對α相進行量測,(b)使用10 g荷重對β相進行量測,(c)使用500 g荷重對雙相合金(α+β)進行量測。70
圖3.13 飛輪式高速沖壓機71
圖3.14 拉伸試片規格(單位:mm)72
圖3.15 Hung-Ta HT 8150 拉伸試驗機73
圖3.16 EG&G 362 恆電位儀74
圖4.1 各種熱處理狀態下L10合金之光學顯微結構:(a)鑄造,(b)熱滾軋後於350℃持溫一小時,(c)熱滾軋後於350℃持溫一小時、淬水,進行室溫48小時+50℃48小時二階段時效75
圖4.2 各種熱處理狀態下LM100合金之光學顯微結構:(a)鑄造,(b)熱滾軋後於350℃持溫一小時,(c)熱滾軋後於350℃持溫一小時、淬水,進行室溫48小時+50℃48小時二階段時效76
圖4.3 各種熱處理狀態下LA102合金之光學顯微結構:(a)鑄造,(b)熱滾軋後於350℃固溶一小時,(c)熱滾軋後於350℃固溶一小時、淬水,進行室溫48小時+50℃48小時二階段時效77
圖4.4 各種熱處理狀態下LAM1020合金之光學顯微結構:(a)鑄造,(b)熱滾軋後於350℃固溶一小時,(c)熱滾軋後於350℃固溶一小時、淬水,進行室溫48小時+50℃48小時二階段時效78
圖4.5 四種鎂鋰合金經二階段時效後之SEM顯微組織觀察:(a) L10,(b) LM100,(c) LA102,(d) LAM102079-80
圖4.6 L10合金經二階段時效後SEM/EDS分析:(a)針狀α相,(b) β相81
圖4.7 LM100合金經二階段時效後SEM/EDS分析:(a)針狀α相,(b) β相82
圖4.8 LA102合金經二階段時效後SEM/EDS分析:(a)針狀α相,(b) β相83
圖4.9 LAM1020合金經二階段時效後SEM/EDS分析:(a)針狀α相,(b) β相84
圖4.10 LA102合金固溶、淬水經室溫時效48小時+50℃不同時數時效SEM觀察:(a) 0小時,(b) 24小時,(c) 48小時,(d) 96小時,(e) 144小時,(f) 168小時85
圖4.11 LA102合金固溶、淬水經室溫時效48小時+50℃時效168小時SEM/EDS分析:(a)針狀α相,(b) β相86
圖4.12 L10合金之X光繞射圖;(a)固溶後淬水,(b)固溶、淬水經室溫時效48小時+50℃時效48小時二階段時效,(c)鑄造狀態87
圖4.13 LM100合金之X光繞射圖;(a)固溶後淬水,(b)固溶、淬水經室溫時效48小時+50℃時效48小時二階段時效,(c)鑄造狀態87
圖4.14 LA102合金之X光繞射圖;(a)固溶後淬水,(b)固溶、淬水經室溫時效48小時+50℃時效48小時二階段時效,(c)鑄造狀態88
圖4.15 LAM1020合金之X光繞射圖;(a)固溶後淬水,(b)固溶、淬水經室溫時效48小時+50℃時效48小時二階段時效,(c)鑄造狀態88
圖4.16 鎂鋰合金冷加工試片之DSC曲線(a) L5合金,(b) L10合金89
圖4.17 各種熱處理條件下L5合金光學顯微組織:(a)液態氮溫度滾軋後, (b)液態氮溫度滾軋後於100℃持溫1小時,(c)液態氮溫度滾軋後於200℃持溫1小時90
圖4.18 四種鎂鋰合金固溶淬水、固溶後淬水並二階段時效、固溶後淬水二階段時效並經30%室溫滾軋之整體硬度91
圖4.19 四種鎂鋰合金固溶淬水、固溶後淬水並二階段時效之α相及β相個別硬度92
圖4.20 四種鎂鋰合金二階段時效後分別經0及30%室溫滾軋加工之α相及β相個別硬度93
圖4.21 四種鎂鋰合金二階段時效後經0與30% 室溫滾軋加工之室溫拉伸曲線:(a) 0%,(b) 30%94
圖4.22 四種鎂鋰合金微弧氧化SEM表面型態分析:(a) L10,(b) LM100,(c) LA102,(d) LAM102095
圖4.23 四種鎂鋰合金微弧氧化SEM橫截面分析:(a) L10,(b) LM100,(c) LA102,(d) LAM102096
圖4.24 四種鎂鋰合金微弧氧化SEM/EDS氧化膜分析:(a) L10,(b) LM100,(c) LA102,(d) LAM102097-98
圖4.25 四種鎂鋰合金微弧氧化表面氧化膜X光繞射分析:(a) L10,(b) LM100,(c) LA102,(d) LAM102099
圖4.26 經二階段時效之L10、LM100、LA102、LAM1020合金及AZ91D鑄件在3.5 wt% NaCl水溶液內之極化曲線100
圖4.27 經二階段時效之L10、LM100、LA102、LAM1020合金及AZ91D鑄件在自來水內之極化曲線101
圖4.28 經二階段時效之L10、LM100、LA102、LAM1020合金及AZ91D鑄件在3.5 wt% NaCl水溶液及自來水內測得之(a)腐蝕電位Ecorr及(b)腐蝕電流密度Icorr102
圖4.29 二階段時效之L10、LM100、LA102、LAM1020合金及AZ91D鑄件經微弧氧化後在3.5 wt% NaCl水溶液內之極化曲線103
圖4.30 二階段時效之L10、LM100、LA102、LAM1020合金及AZ91D鑄件經微弧氧化後在自來水內之極化曲線104
圖4.31 二階段時效之L10、LM100、LA102、LAM1020合金原材及AZ91D鑄件與其經微弧氧化後於 3.5 wt% NaCl水溶液及自來水內測得之(a)腐蝕電位Ecorr及(b)腐蝕電流密度Icorr105
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