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研究生:林楠皓
研究生(外文):Lin, Nan-Hao
論文名稱:碳鋼表面製備微弧氧化膜層之初步研究
論文名稱(外文):The Preliminary Study on Preparation of Micro-Arc Oxidation Coating on Carbon Steel Surface
指導教授:李九龍李九龍引用關係
指導教授(外文):Lee, Jeou-Long
口試委員:李九龍郭冠麟楊木榮陳信良
口試委員(外文):Lee, Jeou-LongKuo, Kwan-ninYan, Mu-RongChen, Xin-Liang
口試日期:2020-01-18
學位類別:碩士
校院名稱:龍華科技大學
系所名稱:化工與材料工程系碩士班
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:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:42
中文關鍵詞:碳鋼微弧氧化耐蝕性高硬度
外文關鍵詞:Carbon steelMicro-arc oxidationCorrosion resistanceHigh hardness
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鋼鐵材料因為有著硬度高、韌性好、成本低、容易加工,以及許多的材料性質等特點。所以在工業當中,鋼鐵材料佔有90%以上的市場,不論是在工程建設、建築、交通、機械、化工、電力、煤炭、石油、水利,以及製造的各行各業等。但是鋼鐵材料因為容易生銹和磨損,所以給世界各國帶來巨大的經濟損失,因此,鋼鐵材料的腐蝕及磨耗防護一直都是當今世界需要解決或提昇的科技議題。
本研究嘗試使用微弧氧化技術在低碳鋼(SS400)上製備微弧氧化膜層,以增加其耐腐蝕性,但由於鐵表面不易產生微弧氧化膜層,本研究除探討在低碳鋼表面製備微弧氧化膜層之可行性外,並比較添加硼酸鈉對微弧氧化膜層的影響,實驗使用鋁酸鈉和六偏磷酸鈉水溶液為主要電解液,以單極脈衝電源進行微弧氧化實驗,並對膜層進行表面特性分析。
研究結果顯示:可成功製備微弧氧化膜層,而電解液中添加硼酸鈉製備微弧氧化膜層時顯示下列結果:膜層硬度較低;但膜層厚度較高;能抑制鐵析出至膜層;可提升膜層表面的耐蝕性約100倍。
微弧氧化所製備的陶瓷膜層可達最高硬度2060Hv(基材為550Hv);最高膜厚77.81μm,最佳的耐蝕性(8.47*10-6 A/cm2),優於基材約100倍(8.61*10-4 A/cm2)。

Iron and steel materials are characterized by high hardness, good toughness, low cost, easy processing, and many material properties. Therefore, in the industry, iron and steel materials occupy more than 90% of the market, no matter it is in engineering construction, construction, transportation, machinery, chemical industry, electricity, coal, petroleum, water conservancy, or manufacturing industries. However, because steel materials are susceptible to rust and wear, these problems bring huge economic losses to countries around the world. As a result, corrosion and wear protection of steel materials have always been technological issues that need to be solved or improved in the world today.
Therefore, this study aims to use micro-arc oxidation technology to prepare micro-arc oxide coatings on low carbon steel (SS400) for increasing its corrosion resistance. However, as micro-arc oxidation coatings are not easy to be produced on the iron surface, this research attempts to use aluminate sodium and sodium hexametaphosphate aqueous solutions to be the main electrolytes. In consequence, the oxide layer has aluminum and phosphorus components. In addition to exploring the feasibility of preparing micro-arc oxide coatings on the surface of low-carbon steel, this study also compares the influence by addition of sodium borate to micro-arc oxidation. We used sodium aluminate and sodium hexametaphosphate aqueous solution as the main electrolyte, and the micro-arc oxidation experiment was carried out by a unipolar pulse power method to prepare a ceramic oxide film layer, and the surface characteristics of the film layer were analyzed.
The research results are shown as follows: XRD analysis shows that the micro-arc oxide film can be successfully prepared with or without the addition of sodium borate; however, the addition of sodium borate to the electrolyte for the preparation of the micro-arc oxide film shows the following results: α-Al2O3 structure is loose and the hardness of the film layer is found to be lower than that of the formula without sodium borate added by the Vickers hardness tester. According to SEM, the thickness of the film layer with sodium borate added is higher than that of the film without sodium borate added. According to EDS analysis, the addition of sodium borate can inhibit the precipitation of iron from carbon steel to the film layer during micro-arc oxidation; from the polarization curve, it can be known that both formulas can improve the corrosion resistance of the material film surface up to about 100 times.
The formula without sodium borate added uses a unipolar pulsed power supply at an operating voltage of + 550V, and the ceramic film prepared by micro-arc oxidation can reach a maximum hardness of 2060 Hv in this study (the substrate is 550 Hv). For the formula with sodium borate added, when the operating voltage of the pulse power is + 550V, the ceramic film can reach the highest thickness of 77.81μm in this study and can obtain the best corrosion resistance (8.47*10-6 A/cm2) in this study, which is about 100 times better than the substrate (8.61*10-4 A/cm2)
摘要i
ABSTRACTii
誌謝iv
目錄v
表目錄vii
圖目錄viii
第一章 緒論1
1.1 前言1
1.1.1 微弧氧化技術特點2
1.1.2 鋼鐵材料微弧氧化的問題3
1.2研究目的4
第二章 文獻回顧與基礎理論5
2.1 碳鋼5
2.2 腐蝕原理6
2.2.1 腐蝕形態6
2.2.2 鈍化的定義及特性7
2.2.3 腐蝕電位和腐蝕電流8
2.2.4 表面處理9
2.2.5 電源種類的影響12
2.2.6 電壓和電流密度的影響12
2.2.7 電解液及其組成的影響13
2.3 重要參考文獻回顧13
第三章 實驗方法與原理16
3.1 研究架構16
3.2 實驗材料、藥品及儀器設備17
3.2.1 實驗材料17
3.2.2 實驗藥品17
3.2.3 實驗儀器設備18
3.3 實驗步驟19
3.3.1 試片前處理19
3.3.2 微弧氧化實驗19
3.3.3 鍍液組成及實驗參數 20
3.4 膜層測量方法 20
3.4.1 表面型貌分析20
3.4.2 EDS成份分析22
3.4.3 耐蝕性測試23
3.4.4 X光繞射分析儀(XRD)24
第四章 結果與討論26
4.1 先期研究26
4.2 電解液導電性與微弧氧化反應電流分析28
4.3 XRD分析29
4.4 表面形貌與橫截面分析30
4.4.1 表面形貌分析30
4.4.2 微弧氧化膜層橫截面分析31
4.5 EDS成分分析33
4.6 硬度分析35
4.7 耐蝕性分析36
4.8 膜層特性分析總整理38
第五章 結論與未來建議39
5.1 結論39
5.2 未來建議39
參考文獻40


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電子全文 電子全文(網際網路公開日期:20250204)
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