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研究生:葉志文
研究生(外文):Chih-Wen Yeh
論文名稱:探討螺絲表面之複合鋅鍍層對其抗腐蝕性能及硬度之影響研究
論文名稱(外文):Effect of composite plating on properties of corrosion and hardness for screw surface
指導教授:施明昌施明昌引用關係陳振興陳振興引用關係
指導教授(外文):Ming-Chang ShihJenn-Shing Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄大學
系所名稱:電機工程學系-工業技術整合產業研發碩士專班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:97
中文關鍵詞:低碳鋼螺絲陶瓷材料抗腐蝕能力硬度複合電鍍
外文關鍵詞:Low carbon steel screwsceramic materialscorrosion resistancehardnesscomposite plating
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工業技術產業不斷的提升,金屬表面處理能力大幅改善。在螺絲產業裡低碳鋼材料是最被常使用於鍛造螺絲,但由於碳鋼主要成分是由鐵及碳與其他少量元素所構成,因鐵化學活性較大,暴露在空氣中容易在遇到水容易氧化,導致容易氧化腐蝕,必須藉由適當表面處理來賦予低碳鋼螺絲有更好的抗腐蝕性能,本研究為複合電鍍,利用直流電沉積方法,添加陶瓷材料 SiC、Al2O3、SiO2 形成複合鋅鍍層於低碳鋼螺絲表面,進而提升抗腐蝕能力及硬度。
研究中利用陶瓷材料共沈積於低碳鋼螺絲表面上先形成保護層。複合電鍍隨著陶瓷材料添加量增加而鍍層含量也增加。利用 SEM 及 XRD 與 ICP 對電鍍層之生成結構及鍍層成份進行觀察分析。最後經由電化學電位儀來分析添加陶瓷材料的鋅鍍層抗腐蝕電位及腐蝕速率,證實複合鋅鍍層可以增加抗腐蝕能力,其中添加 SiC (50 g/L) 具有最佳抗腐蝕效果。
The industrial technology is continuous upgrading, and the skill of metal surface has been improved. In screw industry, low carbon steel material is commonly used by forging screws, and the main component of carbon steel is inclusive of iron , carbon and a small amount of other elements. However, the chemical activity of iron leads to easy oxidation corrosion due to be easily oxidized in the air, so that the surface treatment of low-carbon steel screws must have better corrosion resistance in the future , this study is about composite plating, using direct current deposition method, adding ceramic materials SiC, Al2O3, SiO2 complex formation of zinc coating on screw surface of low carbon steel, improving corrosion resistance and hardness further.
In this research, it starts with forming the protective layer by depositing ceramic material on the surface of low carbon steel screw, and the coating concentration is also increased by adding the ceramic composite plating material. Using SEM, XRD and ICP to proceed observing and analyzing the formation and structure of the plating layer and the coating composition. At last analyzing the anti-corrosion potential and corrosion rate by electrochemical potential instrument when adding ceramic zinc coating materials, it is proved that composite plating can increase the corrosion resistance, in which the SiC (50 g/ L) has the best anti-corrosion effect.
第一章 緒論 9
1.1 前言 9
1.2 研究動機 10
第二章 文獻回顧 11
2.1 鋼鐵材料種類 11
2.2 鐵金屬 11
2.2.1 鐵的機械性質 11
2.2.2 鐵的物理性質 13
2.3 碳鋼簡介 14
2.3.1 鋼的區分 14
2.3.2 碳鋼的命名方式 14
2.3.3 合金元素對碳鋼之影響 15
2.3.4 碳鋼的應用 17
2.4 低碳鋼螺絲表面處理簡介 18
2.4.1 表面處理目的 19
2.4.2 金屬表面處理 20
2.4.3 碳鋼所製成螺絲扣件表面處理各項前處理目的 21
2.4.4 碳鋼所製成螺絲扣件表面處理 22
2.5 複合鍍層介紹 24
2.5.1 複合電鍍簡介 25
2.5.2 複合電鍍製成的優點 26
2.5.3 複合電鍍工業上的應用: 26
2.6 基本理論 29
2.6.1 電鍍鋅 29
2.6.2 複合電沉積 31
2.6.2.1 複合電鍍共沉積機制 31
第三章 材料與方法 34
3.1 實驗材料 34
3.2 實驗儀器 35
3.3 實驗步驟 36
3.4 試片準備 37
3.4.1 前處理 37
3.5 電鍍鋅配方 38
3.6 複合電沉積 39
3.6.1 添加陶瓷材料為碳化矽、氧化鋁、二氧化矽 (Silicon carbide、Aluminium oxide、silica ) 39
3.7 材料鑑定分析 40
3.7.1 物理及化學性質分析 40
3.7.1.1 X-ray 薄膜繞射儀分析 ( XRD ) 40
3.7.1.2 掃描式電子顯微鏡分析 (SEM) 41
3.7.1.3 感應耦合電漿原子發射光譜法(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry, ICP - AES) 41
3.7.1.4 維氏硬度測試 41
3.7.1.5 鹽霧試驗 43
3.7.2 電化學分析 (Electrochemical property) 44
3.7.2.1 塔弗曲線 45
第四章 結果與討論 49
4.1 添加陶瓷材料 SiC 對鍍層的影響 51
4.1.1 添加陶瓷材料 SiC X-ray 薄膜分析 51
4.1.2 添加陶瓷材料 SiC 掃描式電子顯微鏡分析及 ICP 感應耦合電漿原子發射光譜法 52
4.1.3 添加陶瓷材料 SiC 電化學抗腐蝕電壓分析 54
4.1.4 添加陶瓷材料 SiC 維氏硬度分析 58
4.2 添加陶瓷材料 Al2O3 對鍍層的影響 60
4.2.1 添加陶瓷材料 Al2O3 X-ray 薄膜分析 60
4.2.2 添加陶瓷材料 Al2O3 掃描式電子顯微鏡分析及 ICP 感應耦合電漿原子發射光譜法 61
4.2.3 添加陶瓷材料 Al2O3 電化學抗腐蝕電壓分析 64
4.2.4 添加陶瓷材料 Al2O3 維氏硬度分析 68
4.3 添加陶瓷材料 SiO2 對鍍層的影響 70
4.3.1 添加陶瓷材料 SiO2 X-ray 薄膜分析 70
4.3.2 添加陶瓷材料 SiO2 掃描式電子顯微鏡分析及 ICP 感應耦合電漿原子發射光譜法 71
4.3.3 添加陶瓷材料 SiO2 電化學抗腐蝕電壓分析 74
4.3.4 添加陶瓷材料 SiO2 維氏硬度分析 78
4.4 添加不同物質對鍍層的影響 80
4.4.1 添加不同物質 X-ray 薄膜分析 80
4.4.2 添加不同物質電化學抗腐蝕電壓分析 81
4.4.3 添加不同物質維氏硬度分析 83
4.4.5 添加不同物質鹽霧測試 84
第五章 結論 87
參考文獻 88
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