臺灣博碩士論文加值系統

因具高強度及相對較佳之防蝕能力， AZ91D為工業界廣為應用之壓鑄鎂合金材質，但其具點型兩相結構之材質，在電鍍時會因為伽凡尼效應，往往很難獲得一均勻金屬覆層。本研究乃開發一電鍍製程，其將銅及三價鉻電鍍於AZ91D表面，並可達到耐腐蝕及耐磨耗之特性。所使用電鍍製程中，銅及三價鉻電鍍液，為不含高毒性物質，為一深具環保之綠色製程。電鍍結果顯示，可獲得一均勻銅及三價鉻鍍層，並不受兩相之伽凡尼效應影響。陽極極化測試結果顯示，鎂合金AZ91D經電鍍銅及再電鍍三價鉻，可大大提升其耐蝕能力。以還原燄加熱三價鉻鍍層0.5 s，更可提高硬度至1000 Hv，此經ball-on-disc研磨測試後，可確知其具極優越之耐磨耗能力。開路電位測試結果顯示，當0.1 M H2SO4溶液中所添加NaCl含量高於3.5 wt.%時有明顯地電位陡降趨勢，使的測試後之試片表面有許多起泡形貌。但三價鉻鍍層在火焰加熱後，使得貫穿鉻鍍層之裂痕增加和變寬，在開路電位測試中顯示其耐蝕性變差，並且由三個階段斷面形貌圖可知，腐蝕的發生主要機制是透過這些貫穿鉻鍍層之裂痕所引發。以上所述之結果可由金相顯微觀察，硬度測試，磨耗試驗及電化學測試等予以證實。

Mg alloy, AZ91D, which has a two-phase structure, was successfully electroplated in an alkaline Cu-plating bath. The Cu-coated Mg alloy specimen was further electroplated in eco-friendly acidic Cu and then trivalent Cr baths to obtain an anti-wear and anti-corrosion Cr/Cu coating. Experimental results show that the wear and corrosion resistance of the Mg alloy specimen was considerably improved by trivalent Cr electrodeposition. The hardness of the as-plated Cr deposit was drastically increased by using reduction-flame heating for 0.5 s. A superior wear and corrosion resistance was obtained when a Cu-coated Mg alloy specimen was electroplated with a trivalent Cr deposit, followed by heating with reduction-flame heating for 0.5 s. The corrosion behavior of Cu-coated and Cr/Cu-coated AZ91D specimens was studied electrochemically in 0.1 M H2SO4 with different NaCl concentrations. The corrosion resistance of Cr/Cu-coated AZ91D decreased with increasing NaCl concentration in 0.1 M H2SO4 solution. After immersion in a 0.1 M H2SO4 with a NaCl-content above 3.5 wt.%, the surface of Cr/Cu-coated AZ91D suffered a few blisters. Cracks through the Cr deposit provided active pathways for corrosion of the Cu and the AZ91D substrate. Formation of blisters on the Cr/Cu-coated AZ91D surface was confirmed based on the results of an open-circuit potential test, which detected an obvious potential drop from noble to active potentials. The above-mentioned results were measured via bonding strength, hardness, wear and corrosion tests.

指導教授推薦書 i
口試委員審定書 ii
長庚大學碩士論文著作授權書 iii
誌謝 iv
中文摘要 v
英文摘要 vi
目錄 vii
圖目錄 ix
表目錄 xii
第一章 研究背景 1
1.1 鎂合金 1
1.1.1 鎂合金來源與分類 1
1.1.2 鎂合金特性與優點 3
1.1.3 鎂合金應用 5
1.1.4 鎂合金相關研究 7
1.2 電鍍原理 8
第二章 研究目的 12
第三章 實驗部份 14
3.1 試片製備 14
3.2 操作參數 16
3.3 鍍層結構性質觀察 17
3.3.1 百格附著力測試 17
3.3.2 微硬度測試 19
3.3.3 磨耗測試 19
3.3.4 鍍層微結構觀察 20
3.3.4.1 光學顯微鏡 20
3.3.4.2 掃描式電子顯微鏡 20
3.4 電化學測試 21
3.4.1動電位陽極極化曲線測試 21
3.4.2開路電位測試 21
第四章 結果與討論 26
4.1 鍍層形貌與斷面 26
4.2 鍍層結合力測試 28
4.3 硬度測試 29
4.4 磨耗測試 30
4.5 電化學腐蝕測試 33
4.5.1 動電位陽極極化曲線測試 33
4.5.2 開路電位測試 34
4.5.2.1 腐蝕形貌探討 35
第五章 結論 60
參考文獻 61
圖目錄
圖1.1 前處理以 (a) 機械研磨 (b) 定電流蝕刻之鎂合金(AZ31)電鍍銅之斷面行貌觀察(EFTEM) 。三個主要元素Cu、O、Mg，分別以紅色、藍色、綠色顯示 10
圖2.1 AZ91D鎂合金之微結構 13
圖 3.1 電鍍儀器組裝示意圖 23
圖 3.2 鎂合金電鍍實驗流程圖 24
圖 3.3 附著力測試分類經由ASTM D3359-02標準測試法 25
圖 4.1 AZ91D經鍍銅處理之 (a) 表面形貌及 (b) 斷面SEM圖 38
圖 4.2 在鹼性硫酸銅鍍液中陽極解離及電鍍銅時之電位隨時間之變化關係 39
圖 4.3 純鎂及不同鎂合金基材在鹼性硫酸銅鍍液中陽極解離時之電位隨時間之變化關係 40
圖 4.4 AZ91D經鍍銅及再鍍三價鉻處理之 (a) 表面形貌，及 (b) 斷面SEM圖 41
圖 4.5 (a) 鍍銅及 (b) 鍍銅再鍍三價鉻AZ91D試樣經百格測試後之表面形貌 42
圖 4.6 鎂基材，銅鍍層，剛鍍得及經火燄加熱處理之三價鉻鍍層硬度測試結果 43
圖 4.7 AZ91D，電鍍銅AZ91D，剛鍍得及經火燄加熱處理之三價鉻電鍍之 AZ91D試樣經磨耗試驗後之重量損失值 44
圖 4.8 剛鍍得銅之AZ91D試樣經磨耗試驗之研磨表面(a) OM及 (b) SEM形貌; (c) 及 (d) 為圖(b) 中A及B點之EDS分析結果 45
圖 4.9 剛鍍得三價鉻之AZ91D試樣經磨耗試驗之研磨表面(a) OM及 (b) SEM形貌; (c)及 (d) 為圖(b) 中A及B點之EDS分析結果 46
圖 4.10 火燄硬化之三價鉻電鍍AZ91D試樣經磨耗試驗之研磨表面(a) OM及 (b) SEM形貌; (c) 及 (d) 為EDS之分析結果 47
圖4.11 剛鍍得三價鉻之LZ91鎂合金試樣經磨耗試驗之研磨表面(a) OM及 (b) SEM形貌; (c) 及 (d) 為圖 (b)中A及B點之EDS分析結果 48
圖4.12 LZ91經鍍銅及再鍍三價鉻經磨耗試驗後之斷面SEM圖 49
圖4.13 鎂基材，銅鍍層，剛鍍得及經火燄加熱處理之三價鉻鍍層在0.1 M H2SO4 溶液之動電位陽極極化線 50
圖4.14 鎂基材，銅鍍層，剛鍍得及經火燄加熱處理之三價鉻鍍層在0.1 M H2SO4 溶液之開路電位測試結果 51
圖4.15 剛鍍得之三價鉻鍍層在0.1 M H2SO4 溶液中無和添1-7wt.% NaCl之開路電位測試結果 52
圖4.16 剛鍍得之三價鉻鍍層在0.1 M H2SO4 溶液中添加3.5 wt.% NaCl電位下降後之表面形貌觀察 53
圖4.17 剛鍍得之三價鉻鍍層在0.1 M H2SO4溶液中添加3.5 wt.% NaCl，浸置期間電位下降之觀察分別為電位下降前(I)、期間(II)和下降後(III)三個階段 54
圖4.18 鍍銅再鍍三價鉻AZ91D試樣，浸置在0.1 M H2SO4溶液中添加3.5 wt.% NaCl，在第I階段時之 (a) 表面形貌，及 (b) 斷面SEM圖 55
圖4.19 鍍銅再鍍三價鉻AZ91D試樣，浸置在0.1 M H2SO4溶液中添加3.5 wt.% NaCl，在第II階段時之 (a) 表面形貌，及 (b) 斷面SEM圖 56
圖4.20 鍍銅再鍍三價鉻AZ91D試樣，浸置在0.1 M H2SO4溶液中添加3.5 wt.% NaCl，在第III階段時之表面形貌 57
圖4.21 剛鍍得及經火燄加熱處理之三價鉻鍍層在0.1 M H2SO4溶液中添加3.5 wt.% NaCl之開路電位測試結果 58
圖4.22 (a)剛鍍得及(b)經火燄加熱處理之三價鉻鍍層斷面SEM圖 59

表目錄
表 1.1 鎂合金代表符號[2] 11
表 1.2 鎂合金常見添加元素 11
表 3.1 AZ91D鎂合金其材料標定成分 23

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