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研究生:呂志宏
研究生(外文):Chih-Hung Lu
論文名稱:氮化處理對塑膠模具鋼之表面特性研究
論文名稱(外文):A Study of Surface Properties for Plastic Mold Steel by Nitriding Treatment
指導教授:韓麗龍韓麗龍引用關係施議訓施議訓引用關係
口試委員:黃聖芳張世賢
口試日期:2011-01-11
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
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:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:AISI P21氣體氮化氮氧化耐磨耗性摩擦係數腐蝕電流
外文關鍵詞:AISI P21gas nitridingoxynitridingwear resistancefriction coefficientcorrosion current
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AISI P21為組織均匀之預硬鋼,因具有極佳的放電加工、精密咬花及焊接性等,故非常適用於塑膠模具鋼鏡面抛光之模仁與模穴使用。本研究針對P21施以三種不同製程參數之氣體氮化與氮氧化處理,探討氮化後對模具鋼表面特性之影響。製備後的試片以 OM 分析氮化層的顯微結構與氮化層厚度;以X 光繞射儀分析氮化層結構;以EDS 分析氮化層成份;以3D 表面輪廓儀分析氮化層表面形貌及表面粗糙度;以接觸角試驗來分析氮化層之親、疏水性;藉由極化腐蝕及浸泡試驗來分析氮化層抗腐蝕特性;以微硬度試驗來測試氮化層硬度與驗證氮化層深度;以洛氏壓痕試驗來觀察氮化層的附著性;用磨耗試驗來評估氮化後的耐磨耗性與摩擦係數,最後以SEM 觀察氮化層表面形貌、確認磨耗機制及作附著性等級之判別。
實驗結果顯示氮化處理後之AISI P21 塑膠模具鋼,可以有效提升表面之硬度、耐磨耗性與附著性,其中以氮氧化處理具有較佳的耐磨耗性與較低的腐蝕電流。另因氮元素在表層深處形成Fe3N 及Fe4N ,具有良好的硬度且脆性較低之氮化鐵可確保塑膠模具之尺寸精度與使用壽命。

AISI P21 prehardened plastic mold steel containing homogeneous microstructure, good EDM properties, precise texture, and weldability etc. is suitable for mirror finished plastic mold core and cavity. This study applied nitriding heat treatment and oxynitriding to AISI P21 plastic mold steel with different processing parameters to explore the influence on the surface characteristics by the nitriding treatment. For the prepared test piece, OM was utilized to analyze the microstructure and nitride layer thickness, XRD was employed to examine the structure, EDS was used to investigate the compositions, 3D surface profile meter was adopted to scrutinize the surface morphology and roughness, contact angle test was made to give an analysis of the hydrophilicity and hydrophobicity, and polarization corrosion and immersion test was conducted to analyze the corrosion resistance. In addition, micro-hardness test was implemented to test the hardness and verify the nitride layer depth, Rockwell indentation test was carried out to observe the adherence, wear test was given to assess the wear resistance and friction coefficient, and finally, the surface profile was observed by SEM to determine the wear mechanism and the level of adherence.
Results show the nitrided AISI P21 plastic mold steel can effectively improve the surface hardness, wear resistance and adherence. The surface nitride layer underthe oxynitriding also effectively relieves the corrosion resistance and decreases the corrosion current. Furthermore, the nitrogen element under the surface layer produces the ferrous nitrides, such as Fe3N and Fe4N, which is of good hardness but low brittle, so that the size of plastic mold is maintained precisely, and the life of are extended.

中文摘要 i
英文摘要 ii
致謝 iv
目錄 v
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的與動機 1
1.3 研究架構 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 塑膠模具鋼簡介 3
2.1.1 塑膠模具鋼的特性 3
2.1.2 AISI P21模具鋼的特性 4
2.1.3 AISI P21模具鋼的用途 4
2.2 表面處理技術 5
2.2.1 表面處理的意義 5
2.2.2 氮化之原理及特性 6
2.3 氮化處理技術 8
2.3.1 氣體氮化法 9
2.3.2 液體氮化法 11
2.3.3 離子氮化法 12
2.3.4 低壓氮化法 14
2.3.5 氣體軟氮化法 14
2.3.6 Tufftride鹽浴軟氮化法 15
2.4 氮氧化(ONC® )處理 16
2.5 氧化處理 17
2.6 接觸角量測 18
2.7 氮化層硬度量測 19
2.7.1 HV硬度量測 19
2.7.2 附著性量測 20
2.8 金屬材料之磨耗 22
2.8.1 磨耗的定義 22
2.8.2 磨耗的型態 22
2.8.3 摩擦係數 25
2.8.4 影響耐磨耗性的因素 25
2.9 金屬材料之腐蝕 26
2.9.1 腐蝕的定義 26
2.9.2 腐蝕的型態 26
2.9.3 腐蝕的機構 28
第三章 實驗過程與方法 30
3.1 實驗材料與前處理 31
3.1.1 實驗材料 31
3.1.2 試片氮化製程前處理 31
3.2 氮化設備與製程參數 32
3.3 顯微組織觀察 35
3.3.1 AISI P21基材金相實驗 35
3.3.2 氮化層剖面金相實驗觀察 35
3.4 組成相與成份分析 36
3.4.1 XRD繞射儀分析 36
3.4.2 SEM掃描試電子顯微鏡 37
3.4.3 EDS能量散射光譜儀分析 37
3.5 氮化層機械性質與表面特性分析 38
3.5.1 硬度試驗 38
3.5.2 磨耗試驗 38
3.5.3 附著性分析 40
3.5.4 接觸角之測定 40
3.5.5 表面粗糙度之量測 41
3.6 耐腐蝕性試驗 42
3.6.1 極化腐蝕試驗 42
3.6.2 腐蝕浸泡試驗 43
第四章 結果與討論 44
4.1 氮化層顯微組織觀察 44
4.1.1 AISI P21 基材顯微組織觀察 44
4.1.2 氮化層剖面顯微組織觀察 45
4.2 氮化層組成相與成份分析 47
4.2.1 XRD繞射分析 47
4.2.2 EDS成份分析 50
4.3 氮化層機械性質與表面特性分析 54
4.3.1 硬度試驗 54
4.3.2 磨耗試驗 56
4.3.2.1 磨擦係數分析 56
4.3.2.2 磨耗率分析 59
4.3.2.3 磨耗機制判定 60
4.3.3 附著性分析 62
4.3.4 接觸角之測定 64
4.3.5 表面粗糙度之量測 66
4.4 耐腐蝕性試驗 68
4.4.1 極化腐蝕試驗 68
4.4.2 腐蝕浸泡試驗 71
第五章 結論 73
參考文獻 74
作者簡介 79


[1]李勁宏,麻田散體系不銹鋼之真空熱處理研究,碩士論文,大同大學材料工程研究所,2010。
[2]寶藍實業有限公司網站及DM,http://www.bluemax.com.tw/index.html/。
[3]楊鈞堯,軟氮化對模具鋼NAK80沖蝕磨耗特性之影響,碩士論文,國立臺北科技大學製造科技研究所,2007。
[4]謝江棋,電漿氮離子佈植技術應用於精密塑膠模具機械性質及磨潤性能改善之研究,碩士論文,國立成功大學機械工程研究所,2006。
[5]工業生產統計月報/台灣區模具同業公會。
[6]賴耿陽譯,工具的熱處理,第三章,復漢出版社,1976。
[7]沈保羅,工程材料,新文京開發出版有限公司,2002。
[8]江一漢,利用離子佈植技術對SKD-61 工具鋼的表面改質之研究,碩士論文,聖約翰技術學院自動化及機電整合研究所,2003。
[9]柯賢文,表面與薄膜處理技術,全華科技圖書有限公司,2005。
[10]李金桂,「表面工程學研究」,表面技術雜誌,168 期,1996,pp.117-123。
[11]黃振賢,金屬熱處理,新文京出版機構,2004,pp.156-199。
[12]George E. Dieter, Mechanical Metallurgy, Mcgraw Hill Higher Education, 1988, pp. 203-207.
[13]Knerr. C H, Rose. T C, Filkowski. J H, "Gas Nitriding",ASM HANDBOOK. vol. 4, 9th ed, Heat Treating, 1981, pp. 133-175.
[14]Sun. Y, Bell. T. "Plasma Surface Engineering of Low Alloy Steel," Materials science and engineering, A140, 1991, pp. 419-434.
[15]Hidekazu Sueyoshi, Kazuto Hamaishi, Takayuki Shiomizu, "Effect of Processing Condition on Gas Nitriding of Austenitic Stainless steels", Materials Transactions, 1991, pp. 13-19.
[16]陳金銘,「模具鋼之耐磨耗特性」,材料與社會,1992,pp.85-88。
[17]ASM Metals Handbook, vol. 8, pp.303, 360.
[18]ASM Metals Handbook, vol. 8, pp.186.
[19]林哲賢等,「鋼料不同表面處理後之耐磨性研究」,中國材料科學雜誌,第25卷,第3期,1993,pp.58-73。
[20]張柏麒,模具鋼經滲硫氮化處理之特性研究,碩士論文,國立成功大學材料科學與工程學系,2001。
[21]F. Meyer, C. Schwebel, C. Pellet and G. Gautherin, Applied surface science, Vol.36, 1989, pp.231.
[22]James R. Treglio and Anthony J. Prerry, "Surface processing ok steel metal using metal ion beams," Surface and coating technology, Vol.81, 1996, pp.87-91.
[23]N.J. mikkelsen, J. Pedersen, C.A. Straede, "Ion implantation-the job coater''s supplement to coating techniques," Surface and Coatings Technology, vol. 158-159, 2002, pp. 42-47.
[24]陳以欽,後氧化處理對AISI H13 工具鋼之熱熔損與腐蝕行為研究,碩士論文,國立臺北科技大學材料科學與工程研究所,2009。
[25]陳家富,「氮化處理技術之基礎與應用」,金屬熱處理,第37期,1993,pp.1-11。
[26]A. B. Kut’in, "Suppression of Temper Brittleness of Steel upon Quenching," The Physics of Metals and Metallography, vol. 106, no. 2, 2008, pp. 195-201.
[27]李家瑞、陳永傳,「氣體滲氮速率之提高與白層之消除」,金屬熱處理,第66期,2000,pp.56-67。
[28]黃振賢,「氣體氮化處理模具鋼的壽命」,金屬熱處理,第5期,1996,pp.37-51。
[29]蔡居正、李明彥、陳永傳,「以氧氣感測器控制氣體滲氮之可行性研究」,料科學與工程,第34期,第3卷,2002,pp.173-178。
[30]唐自標、張世賢、薛涵覺,「氮氧化技術在壓鑄工業上之應用與發展」,鑄造科技,第216期,2007,pp.22-24。
[31]竹內榮一、黃振賢,「模具的表面處理技術」,金屬熱處理,第41期,1994,pp.62-96。
[32]Y. Z. Shen, K. H. Oh, D. N. Lee, "Nitrogen strengthening of interstitial-free steel bynitriding in potassium nitrate salt bath," Materials Science and Engineering, A,vol. 434, 2006, pp. 314-318.
[33]P. Psyllakia et al., "Microstructure and tribological behaviour of liquidnitrocarburised tool steels, "Surface and Coatings Technology, vol. 162, 2002, pp. 67-78.
[34]G. Castro, A. Fern´andez-Vicente, J. Cid, "Influence of the nitriding time in thewear behaviour of an AISI H13 steel during a crankshaft forging process," Wear, vol. 263, 2007, pp.1375-1385.
[35]Li-Ho Chiu, Chang-Hui Wu, Heng Chang, "Wear behavior of nitrocarburized JIS SKD61 tool steel," Wear, vol. 253, 2002, pp.778-786.
[36]陳克昌、莊國章,「鈦金屬及其合金之離子氮化」,表面工業雜誌,第53期,1996,pp.28-40。
[37]連聰賢,複合處理在剪切刀具上的應用研究,碩士論文,逢甲大學材料與製造工程所,2003。
[38]C. X. Li, T. Bell, "Sliding wear properti es of action screen plasmanitrided 316 austenitic stainless steel," Wear, Vol. 256, 2004, pp.1144-1152.
[39]ASM Metals Handbook, vol. 4, 1991, pp.422.
[40]ASM Metals Handbook, vol. 8, 1991, pp.303.
[41]賴孟澤,氮氧化製程對SKD11工具鋼性質之影響,碩士論文,國立臺北科技大學材料科學與工程研究所,2010。
[42]河田一喜、陳家富,「氮化的最新動向」,金屬熱處理,第52期,1997,pp.58-61。
[43]賴耿陽譯,滴注式氣體滲碳氮化,復漢出版社,1976。
[44]永叡金屬工業有限公司 ,NEW TUFFTRIDE氮化法,1998。
[45]Nitrex, "ONC® - Superior Wear & Corrosion Resistance Treatment", TechnicalPaper, pp.1-12.
[46]鄭國華等人,鋼鐵材料設計與應用,中國鑛冶工程學會及中國鋼鐵股份有限公司,1996,pp.310。
[47]洪銘鴻,混合式碳源之類鑽碳膜磨潤性能之研究,碩士論文,國立成功大學機械工程研究所,2004。
[48]林俊銘,以CAPD法於NAK80模具鋼表面沉積DLC膜之特性研究,碩士論文,國立臺北科技大學製造科技研究所,2009。
[49]AWS Brazing Manual, 4th ed., American Weling Society, Miami, Florida, 1991.
[50]P. J. Burnett and D. S. Rickerby, Thim Solid Films, Vo1. 154, 1987, pp. 403-406.
[51]W. Heinke, A. Leyland, A. Matthews, G. Berg, C. Friedrich and E. Broszeit, "Evaluation of PVD nitride coatings, using imact, scratch and Rockwell-C adhesion tests", Thin Solid Films, Vol.270, 1995, pp.431-438.
[52]N. Vidakis, A. Antoniadis and N. Bilalis, Journal of Materials Processing Technology, Vo1. 143-144, 2003, pp. 481-485.
[53]M. M. Helali, M. S. J. Hashmi, "A Comparative study of plasma spraying and High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) Thermal Spraying", Proceeding of the 10th Conference of the Irish Manufacturing Committee (IMC 10), Galway, Ireland, 1992, pp.377-387.
[54]E. Rabinowicz, "Friction and Wear of Materials", Wiley, John & sons,New York, 1995, pp.128-132.
[55]ASM Metals Handbook, Heat Treating, Plasma Nitriding, Vol. 18, 1991.
[56]http://www.me.cyu.edu.tw/laboratory/lab4/F01/08.doc.
[57]K. H. Zum Gahr, "Microstructure and Wear of Materials", Elsevier Science, 1987, pp. 109.
[58]Anne Thobor,"Enhancemant of Mechanical Properties of TiN/AlN Muitilayers by Modifying the Number and the Quality of Interfaces", Surface and Coatings Technology, Vol. 124, 2000, pp.210-221.
[59]Mikell P. Groover, Ice. Prentice-Hall, "Fundamentals of Modern Manufatiuring" 1996.
[60]K. Holmberg, A. Matthews, Coatings Tribology, Elsevier Science B.V. ,1994.
[61]黃俐恬,陰極電弧沈積法披覆CrN/Cr(N, O)複合層之製程與特性研究,碩士論文,大同大學材料工程研究所,2003。
[62]柯賢文,腐蝕及其防制,全華科技圖書股份有限公司,1994。
[63]吳溪煌,田福助,電化學原理與應用,新科技書局,2001。
[64] V.J. Colangelo and F. A.Heiser, Analysis of Metallurgical Failures,John Wiley & Sons, 1989.
[65]H.H. Uhlig, Corrosion and Corrosion Control, Wiley, New York, 1971.
[66]Chia-Han Lai, Keng-Hao Cheng, Su-Jien Lin , Jien-Wei Yeh," Mechanical and tribological properties of multi-element(AlCrTaTiZr)N coatings" Surface &
Coatings Technology. vol. 202, 2008, pp. 3732-3738.
[67]J. Choi, S. Nakao, J. Kim, M. Ikeyama, T.Kato, " Corrosion protection of DLC coatings on magnesium alloy," diamond and related aterials, vol.16, 2007, pp. 1361-1364.


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