臺灣博碩士論文加值系統

黃銅以優良的加工性被廣泛地應用於各種產業的零組件與產品，而且在整個銅產業中佔有很大的比例，是公認的重要基礎材料，其應用從民生工業到國防武器，例如家庭廚房衛浴供水系統、電子、汽車、輪船、飛機等等。然而，醫學研究表示，鉛對人體造血和神經系統特別是兒童的腎及其他器官損害較大。隨著科學的發展和人民生活水準的進步，越來越多的國家和地區重視到環境和健康問題，各國相繼對含鉛銅合金應用訂出了限制，美國、歐盟還對銅合金中的鉛含量和飲用水中鉛的釋出量作了嚴格規範。為此，作為替代傳統鉛黃銅的環保無鉛黃銅新材料，自然成為發展與研究的重要的課題。目前針對改善黃銅合金之抗腐蝕能力及切削性之研究，多半為單一個別探討，鮮少看見同時兼顧抗腐蝕及切削兩種性能的研究。本文則以同時兼顧抗腐蝕及切削兩種性能的研究作深入的探討，以期能改善無鉛黃銅的性能，提高無鉛黃銅的抗腐蝕能力及可加工性。
本實驗藉由文獻探討與整理，以田口方法進行合金設計與實驗，以車切削、腐蝕實驗及機械性質測試，實際探討和金元素的影響。從研究結果得知，當錫含量過高時，會導至錫在晶界和相界產生大量偏析，導至合金塑性急劇下降。須將錫元素含量控制在0.9wt%以下。透過SEM-EDS分析後發現，Cu元素分別會與P、Mn元素結合形成金屬間化合物顆粒，並散佈於α與β相基地內，可改善黃銅合金之可加工性。由抗脫鋅最佳化實驗結果，發現脫鋅層中殘有微量的錫、磷等微量元素，且鋅元素並未完全流失。而錫、磷、鉍等形成的微小顆粒進入了鋅流失的通道，阻止了鋅的流失，使脫鋅層減小。

Leaded brass is widely applied to machining components of various shapes because of its excellent processing, cutting, and abrasion resistance. Leaded brass is recognized as an important base material because of its extensive use in the entire copper industry. Its vast application include water supply systems, electronics, vehicles, ships, airplanes, livelihood products, and defense weapons. However, medical studies have shown that lead severely damages the human hematopoietic and nervous systems, particularly the kidney and other organs of children. With the advancement in science and the progress in living standards, an increasing number of countries have paid more attention to environmental and health issues. Numerous countries have restricted the application of leaded brass alloys. The USA, EU, and Japan have restricted the discharge of lead from brass alloys and lead into drinking water. Therefore, the use of environmental unleaded free-cutting brass materials instead of traditional lead brass has naturally become an important concern. This paper reports on the effect of adding various elements to brass and the design of a series of unleaded brass containing different trace elements using the Taguchi method. The brass materials investigated include Mn, Al, P, Bi, Sn, Ti, and other elements. The contents of alloying elements are adjusted to observe their influence on the free-cutting and dezincification resistance of brass alloys. Cutting, corrosion test, and mechanical property test are conducted to investigate the cutting and corrosion resistance of unleaded brass.

中文摘要 I
英文摘要 V
誌謝 VI
目錄 XII
圖目錄 XVII
表目錄 XVIII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 論文結構 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 可加工性定義 3
2.2 黃銅及其組織 4
2.3 黃銅脫鋅機制 6
2.3.1 黃銅脫鋅腐蝕特徵 6
2.3.2 黃銅脫鋅抑制措施 7
2.4 添加合金元素至黃銅合金的影響 7
2.4.1 添加鉛至黃銅合金的影響 8
2.4.2 添加錫至黃銅合金的影響 10
2.4.3 添加鉍至黃銅合金的影響 10
2.4.4 添加磷至黃銅合金的影響 13
2.4.5 添加硼至黃銅合金的影響 13
2.4.6 添加錳至黃銅合金的影響 14
2.4.7 添加銻至黃銅合金的影響 15
第三章 實驗設計與設備 17
3.1 腐蝕實驗設備 17
3.1.1 恆溫水浴鍋 17
3.2 可加工性實驗設備 17
3.2.1 CNC車床 17
3.3 材料及試片製作設備 18
3.3.1 高週波熔解爐 18
3.3.2 高速銑床 18
3.3.3 金相切割機 19
3.3.4 金相鑲埋成型機 20
3.3.5 拋光研磨機 20
3.4 試片檢測設備 20
3.4.1 拉身試驗機 20
3.4.2 金相顯微鏡 21
3.5 實驗材料 22
3.5.1 合金成分設計 22
3.5.1 黃銅合金的熔煉 22
3.5.2 實驗材料製備 23
3.5.3.1 脫鋅及切削實驗材料製備 23
3.5.3.2 機械性質檢測材料製備 23
第四章 無鉛抗脫鋅黃銅合金參數設計 24
4.1 前言 24
4.2 黃銅腐蝕檢 24
4.3 實驗設計 24
4.3.1 腐蝕實驗設計 25
4.3.2 可加工性實驗設計 26
4.4 實驗流程 26
4.4.1 前置實驗 26
4.4.2 實驗步驟 27
4.4.3 前置實驗結果與討論 28
4.5 結論 33
第五章 應用田口方法於無鉛抗脫鋅黃銅合金參數設計 34
5.1 前言 34
5.2 實驗設計 35
5.2.1 可加工性實驗設計 35
5.2.2 腐蝕實驗設計 35
5.3 田口方法 36
5.3.1 田口法 36
5.4 實驗步驟 37
5.5 實驗結果與討論 38
5.5.1 脫鋅深度量測 38
5.5.2 黃銅脫鋅實驗結果 39
5.5.3 黃銅抗脫鋅最佳化確認實驗 45
5.5.4 可加工性實驗結果 49
5.5.5 黃銅可加工性最佳化確認實驗 50
5.5.6 機械性質實驗結果 54
5.6 結論 55
第六章 應用田口主成分於無鉛抗脫鋅易切削黃銅合金多目標元素設計最佳化
研究 56
6.1 前言 56
6.2 實驗材料與方法 57
6.2.1 實驗材料 56
6.2.1.1 黃銅合金的熔煉 56
6.2.2 實驗方法 58
6.2.3 實驗檢測設備 58
6.2.4 實驗控制參數 60
6.3 研究方法 61
6.3.1 田口法 61
6.3.2 主成分分析法 62
6.4 實驗流程 65
6.5 實驗結果與討論 66
6.5.1 品質特性量測與效果評估 66
6.5.2 主成分正規畫 68
6.5.3 多重品質特性主成分分析 69
6.5.3 主成分總得點回應圖、回應表及變異數分析 71
6.5.4 變異數分析 72
6.5.5 最佳化製程表現之預測 73
6.5.6 確認實驗 73
6.6 結論 75
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