臺灣博碩士論文加值系統

本研究擬採用電解拋光機制，此機制為結合物理拋光與化學電解作用來對316L不�袗�表面進行超鏡面效果加工之研究。本研究以316L不�袗�板為陽極工件材料，陰極以黃銅為電極材料，電解液由中性電解質硝酸鈉NaNO3和去離子水(DI water)所組成，拋光墊使用超細纖維人工皮革固著於旋轉電極表面作為消泡與研磨作用。此外，不�袗�被拋光件在實驗前後都需經過超音波洗淨處裡。
依序探討電解液濃度、定電流值、電極轉速與電解拋光時間這4個主要參數與電解液溫度和電解質添加劑這2個次要參數對反射率及粗糙度的影響。實驗完成以後，分別利用原子力顯微鏡(AFM)和分光光度儀進行不�袗�表面粗糙度(Ra)與反射率的量測。係紅光700 nm波段反射率%與粗糙度Ra這兩種物理量，係用來表徵出工件表面之鏡面程度與電解拋光效果。實驗結果發現當電解液濃度為20 wt%、定電流值為8 A、電極轉數為600 rpm、電解拋光時間為8 min、電解液溫度為20 ℃以及在不添加NaCl的情況下，為本研究最佳電解拋光製程之參數組合。在最佳參數組合下，電解拋光製程後，不�袗�工件的反射率可由61.18 %增加為66.27 %，表面粗糙度由15.3 nm降為6.072 nm。

This study deals with a mechanism of electropolishing for 316L stainless steel with ultra mirror-like surface based on the principles of physical polishing and chemical electrolyzation. 316L stainless steel plate was employed as anode and brass as cathode. The electrolyte was composed of sodium nitrate and deionized water. The polish pad was made of ultra fine fiber artificial leather and attached to the rotational electrode for cleaning emitted bubble and grinding. The test samples of 316L stainless steel was washed and cleaned by ultrasonic cleaner before the electropolishing.
The four main parameters of electrolytic concentration, fixed current, electrode rotational speed, electrolytic polish time were discussed in this study. Besides, electrolytic temperature and NaCl concentration were also discussed. The finished samples were measured for their reflection rate and roughness by Spectrophotometer and Atomic Force Microscope (AFM), respectively. The mirror-like surface and electropolishing assessments were analyzed with reflection rate under 700 nm incident light and surface roughness Ra. The optional condition in this study for the electrolytic concentration of 20 wt%, fixed current was 8 A, electrode rotational speed was 600 rpm, electrolytic polish time was 8 min, electrolytic temperature was 20 ℃and no NaCl was presented in the electrolytic solution. The reflection rate of 316L stainless steel plate was increased from 61.18 % to 66.27 %, roughness decreased from 15.3 nm to 6.072 nm.

目錄
中文摘要………………………………………………………………..Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………….….Ⅲ
目錄……………………………………………………………………..Ⅴ
圖目錄.…...…………………………………………………...……….. Ⅷ
表目錄….….........................................................................................ⅩⅡ
符號說明…………………………………………………………..…ⅩⅢ第1章 緒論…..….……………………………………….……………....1
1.1研究動機…..……… …….……………………………………...2
1.2 文獻回顧………………………………………………….........4
1.3研究目的………...………………………………………………8
第2章 原理…………………………………………………..………...10
2.1電解拋光原理……………………..…...………………………10
2.1.1反射率與不�袗�工件表面粗糙度關係............................13
2.1.2電解拋光所用電解質特徵…………………………....…15
2.1.3鈍化現象及理論…………………………………………16
2.2電化學加工之基本理論.............................................................18
2.2.1電化學反應式……………………………………………19
2.2.2歐姆定律（Ohm′s Law）……………………………......21
2.2.3導電度（electrolytic conductivity）………..……………...21
2.2.4電流效率(current efficiency)…………………………….22
2.2.5離子遷移率(ionic mobility)…….……………………….22
2.2.6活性極化(activation polarization)…….…………………24
2.2.7濃度極化( concentration polarization).……………….…24
第3章 實驗材料、設備及方法………………………...………………28
3.1實驗材料.....................................................................................28
3.2實驗設備與分析儀器………………………………………….29
3.2.1實驗設備…………………………………………………30
3.2.2分析儀器…………………………………………………34
3.2.2.1高解析多功能掃描式探針顯微鏡 (SPM)…….……34
3.2.2.2分光光度儀(spectrophotometer)……………………37
3.3實驗方法……………………………………………………….38
3.3.1實驗條件設計……………………………………………38
3.3.2不�袗�工件表面測量方式………………………………40
3.3.3實驗步驟…………………………………………………42
第4章 實驗結果與討論……………………………………………….47
4.1 316L不�袗�原工件………………………………...…………47
4.2製程參數條件之電解拋光效果……………………………….49
4.2.1電解液濃度對電解拋光效果之探討……………………50
4.2.2定電流值對電解拋光效果之探討………………………54
4.2.3電極轉速對電解拋光效果之探討………………………60
4.2.4電解拋光時間對電解拋光效果之探討…………………65
4.3其他參數條件………………………………………………….69
4.3.1電解液溫度對電解拋光效果之影響……………………70
4.3.2電解質添加劑對電解拋光效果之影響............................72
4.4反射率及粗糙度綜合比較…………………………………….76
第5章 結論…………………………………………………………….81
第6章 建議…………………………………………………………….84
參考文獻…….….....…........…………………………..……………......85

圖目錄
圖1.2 316L不�袗�在拋光浴中的極化曲線(10 %過氯酸，浴溫5 ℃，R=1500 Ω)……………………………………………..…………5
圖1.3 雷射精密測長原理圖……….……………………………………9
圖2.1不�袗�工件在電解拋光前後其表面粗糙度輪廓變化原理示意圖：(a)加工前工件表面之狀態(b)加工期間工件表面之狀態(c) 加工完成工件表面之狀態........................................................14
圖2.1.1可見光光束在不�袗�表面鏡面和粗糙面之反射光束方向變化情形：(a)不�袗�工件平滑表面鏡面反射(b)不�袗�工件粗糙表面散射 示意圖..........................................................................15
圖2.1.3.1氧化物膜理論模型…………………………………………..17
圖2.1.3.2吸附膜理論模型………………………………………..……18
圖3.1a 316L不�袗�工件………………………………………………..29
圖3.1b 超細纖維人工皮革照片…………………………………….…29
圖3.1c 人工皮革SEM圖(×3.0k)………………………………….……29
圖3.2.1a 電解拋光機台3-D示意圖………………………………..…..30
圖3.2.1b 電解拋光機實體照………………………………………..…31
圖3.2.1c 機台電解加工槽………………………………………..……31
圖3.2.1d 電源供應器.………………………………………….………32
圖3.2.1e 超音波震盪機…………………………………………..……33
圖3.2.1f 磁石攪拌器&精密量測電子天平.…………………………...33
圖3.2.2.1a 高解析多功能掃描式探針顯微鏡………………………...34
圖3.2.2.1b AFM工作原理圖………………………………………..…36
圖3.2.2.2 分光光度儀.…………………………………………………37
圖3.3.1旋轉電極表面固定拋光墊組合與工件接觸之示意圖…….…40
圖3.3.2a AFM掃描面積量測點位置.……………………………….…41
圖3.3.2b 分光光度儀水平方向照射之測量位置區域.……………….41
圖3.3.2c分光光度儀垂直方向照射之測量位置區域………….……..41
圖3.3.2d 分光光度儀右45°方向照射之測量位置區………...………41
圖3.3.2e 分光光度儀左45°方向照射之測量位置區域……….……..42
圖3.3.3 電解拋光實驗流程圖………………………..………………..43
圖4.1.1 316L不�袗�加工前之鏡面效果…………………………….…48
圖4.1.2 316L不�袗�原工件可見光波段反射率..……………….…......48
圖4.1.3 原始工件AFM表面圖…..….....………………………………49
圖4.2.1.1 電解液濃度對不�袗�表面反射率－粗糙度關係.…………51
圖4.2.1.2 電解液濃度與電解電壓變化關係.…………………………52
圖4.2.1.3 電解液濃度5 wt%AFM圖………………………………….53
圖4.2.1.4 電解液濃度20 wt% AFM圖………………………………..54
圖4.2.1.5 電解液濃度25 wt% AFM圖………………………………..54
圖4.2.2.1 定電流值對不�袗�表面反射率－粗糙度關係...…….…….56
圖4.2.2.2 定電流值與電解電壓變化關係..….………………………..57
圖4.2.2.3 定電流1 A AFM圖…………………………………………59
圖4.2.2.4 定電流8 A AFM圖…………………………………………59
圖4.2.2.5 定電流9 A AFM圖……………………………...………….60
圖4.2.2.6 定電流10 A AFM圖………………………………………..60
圖4.2.3.1 電極轉速對不�袗�表面反射率－粗糙度關係.……………62
圖4.2.3.2 電極轉速與電解電壓變化關係.……………………………63
圖4.2.3.3 電極轉速100 rpm AFM圖………………………………….64
圖4.2.3.4 電極轉速600 rpm AFM圖…………………….……………65
圖4.2.4.1 電解拋光時間對不�袗�表面反射率－粗糙度關係.………66
圖4.2.4.2 電解拋光時間與電解電壓變化關係.………………………67
圖4.2.4.3 電解時間1 min AFM圖...…………………………………..68
圖4.2.4.4 電解時間8 min AFM圖...…………………………………..69
圖4.2.4.5 電解時間9 min AFM圖...…………………………………..69
圖4.3.1.1 電解液溫度對不�袗�表面反射率－粗糙度關係.…………70
圖4.3.1.2 電解液溫度與電解電壓變化關係......…………………...…71
圖4.3.1.3 電解液溫度40 ℃AFM圖…………………………………..72
圖4.3.1.4 電解液溫度80 ℃AFM圖.………………………………….72
圖4.3.2.1 電解質添加劑對不�袗�表面反射率－粗糙度關係.……....73
圖4.3.2.2 電解質添加劑與電解電壓變化關係.…………………..…..74
圖4.3.2.3 添加劑NaCl濃度8 wt% AFM圖…………………………..75
圖4.3.2.4 添加劑NaCl濃度10 wt% AFM圖…………………………75
圖4.3.2.5 添加劑NaCl濃度10 wt%之2-D表面..…………………….76
圖4.4.1 各組最佳參數條件可見光波段反射率比較...……………….77
圖4.4.2 各參數對粗糙度改善貢獻程度比較……...………………….78

表目錄
表2-1電解液(NaNO3)之物理性質…………………………………….25
表2-2不�袗�之分類及基本特性……..………………………………..25
表2-3工件之化學成份、熱處理條件及其機械質………..…….…...…26
表2-4銅的物理性質………………..………………………………..…26
表2-5離子遷移率(ionic mobility).……..……………………………….27
表3-1實驗設計參數總表……..………………………………..………39
表4-4-1各組最佳反射率在不同方位測量值表現………...………….79
表4-4-2各組最佳粗糙度在不同位置點測量值表現……...……….…80

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