3-1 實驗材料及試片製備
本實驗所使用之鎂合金為 AZ91D 鑄造板材，其化學成份如表 3-1 所 示。
錳酸鹽皮膜溶液配製是將 100g 的磷酸銨(NH4H2PO4)和 20g 的過錳酸 鉀(KMnO4)加入 1L 的純水，並充分攪拌使其溶於純水中，並以磷酸和 氫氧化鈉溶液調整其 pH 值至 3.5。
將 AZ91D 鎂合金鑄造板裁切成 10×10×5 mm3和 50×50×5 mm3兩種 試片，其中 50×50×5 mm3試片中心處鑽一 ψ8mm 孔製作成間隙腐蝕試 片，如圖 3-1 所示。而 10×10×5 mm3試片與單芯銅線以導電銀膠接合，
再用冷鑲埋方式製作成電化學腐蝕試片，如圖 3-2 所示。兩種試片表面 以水砂紙研磨至 1500 號，將研磨好的試片置於錳酸鹽化成液中做化成 處理，其錳酸鹽化成處理操作條件如表 3-2，化成處理完畢後用去離子 水清洗，將試片表面水分烘乾置於乾燥箱備用。將經過不同化成時間之 試片則以掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察其化成皮膜表面形貌。同時，將 經過不同化成時間之試片以冷鑲埋方式處理，再以水砂紙研磨拋光後，
以掃描式電子顯微鏡(SEM)量測其化成皮膜之厚度。皮膜厚度的量測是 在 SEM 圖中分段取五次厚度值，再求取平均值作為其皮膜厚度。將經
過不同化成時間之試片量測其塔佛極化曲線，可得到腐蝕電位和腐蝕電 流密度，本實驗所設定的酸鹼值為 pH7。
3-2 實驗設備
實驗設備包含恆電位儀（EG＆G Model Versa StatⅡ）、三極系統電 化學測試槽、pH 酸鹼值檢測儀(SUNTEX SP-2200)、間隙腐蝕模具、電 磁 加 熱 振 盪 攪 拌 器 、 超 音 波 清 洗 器 、 精 密 微 量 電 子 天 秤 (Sartorius CPA225D)及掃描式電子顯微鏡(Hitachi S-4160)等。
3-3 測試環境
本研究針對 AZ91D 鎂合金表面化成處理在不同 pH 值 NaCl 溶液腐 蝕環境中進行浸泡腐蝕試驗、間隙腐蝕試驗及電化學試驗。測試溶液以 試藥級 NaCl 和去離子水配製成 3.5%NaCl 溶液，以 0.1N 氫氧化鈉及 1N 鹽酸來調整溶液的 pH 值，由 pH 酸鹼值檢測儀控制，靜置於室溫下 24 小時備用。
3-4 浸泡腐蝕試驗
將 10×10×5 mm3經過 2 分鐘化成處理之 AZ91D 鎂合金試片以精密 微量電子天平秤重後放入不同 pH 值(本實驗所設定的酸鹼值為 pH3、
pH5、pH7、pH9 及 pH11)之 3.5 % 氯化鈉水溶液中浸泡，分別於浸泡 100 小時、200 小時、300 小時及 400 小時後取出試片，利用清水沖洗腐 蝕表面，並用刷子輕刷其試片表面，再以去離子水沖洗，再用超音波清 洗器清潔試片，最後經酒精清洗、烘乾後，以精密微量電子天秤量測其 重量並計算出試驗前後之重量變化，精密微量電子天秤為德國 Sartorius 公司所生產之 CPA225D，量測精確度達小數點後 5 位。將重量損失量 依公式(3-1)計算可求得該試片之腐蝕電流密度。
icorr=
gmd n
W
117
.
1
(3-1)其中 icorr：腐蝕電流密度(A/m2) W：原子量
n：價數
3-5 間隙腐蝕試驗
圖 3-3 為間隙腐蝕模具，將經過 2 分鐘化成處理之 AZ91D 鎂合金試 片以間隙腐蝕模具固定(圖 3-4)後，放入不同 pH 值(本實驗所設定的酸 鹼值為 pH3、pH5、pH7、pH9 及 pH11)之 3.5 %氯化鈉水溶液中浸泡，
靜置 7 天後取出試片，利用清水沖洗腐蝕表面，並用刷子輕刷其試片表 面再以去離子水沖洗，再用超音波清洗器清潔試片，最後經酒精清洗、
烘乾後，以掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察其間隙腐蝕破損型態。
3-6 電化學腐蝕試驗
電化學試驗包含開路電位(Open Circuit Potential)量測、塔佛極化曲 線(Tafel Polarization )量測和循環極化曲線(Cyclic Polarization Curves)量 測，所使用的儀器為 EG&G Model Versa Stat Π 恆電位儀及三極系統電 化學測試槽，如圖 3-5 所示。以飽和甘汞電極為參考電極，碳棒為輔助 電極，經過 2 分鐘化成處理之 AZ91D 鎂合金試片為工作電極。參考電 極、輔助電極、工作電極、溫度計及除氣管依序放入五口瓶中，而測試 溶液為不同 pH 值(本實驗所設定的酸鹼值為 pH3、pH5、pH7、pH9 及 pH11)之 3.5 % 氯化鈉水溶液。
電化學試驗必須溶液與試片間已經達到穩定狀態才可進行，所以必 須先量測試片之開路電位達到一個穩定值，以便設定陽極極化測試最初 的延遲時間，本實驗中選定最初延遲時間為 3600 秒。塔佛極化曲線量 測 為 等 待 開 路 電 位 平 衡 時 間 3600 秒 後 開 始 掃 描 ， 掃 描 速 率 為 0.166mV/sec，其掃描範圍從低於開路電位 250mV 掃描至高於開路電位 250mV，隨即停止。試驗量測後，利用 Powersuit 軟體分析曲線，即可 得到腐蝕電位、腐蝕電流密度。為了瞭解在不同 pH 值之 3.5%氯化鈉溶 液中，鈍態膜遭受氯離子和氫氧根離子破壞而表面產生孔蝕的現象，我
們利用循環極化曲線(Cyclic Polarization Curves)來研究觀察。其設定同 塔佛極化測試之前置處理和等待 OCP 平衡，掃描範圍從低於開路電位 0.4V 掃描至高於開路電位 0.8V，再往回掃至低於開路電位 0.4V，掃描 速率為 5mV/s。
3-7 掃描式電子顯微鏡分析
電化學腐蝕試驗完畢後，將試片於腐蝕槽中取出利用去離子水沖洗 腐蝕表面，再使用超音波清洗器清潔試片表面，避免試片表面因殘留溶 液，造成材料表面繼續腐蝕。清潔完畢用掃描式電子顯微鏡，觀察 AZ91D 鋁合金錳酸鹽皮膜在不同 pH 值之 3.5%氯化鈉水溶液中的腐蝕型態。
3-8 實驗流程圖
本實驗規劃如圖 3-6 所示。
表 3-1 AZ91D 鎂合金之化學成份 成 分
元 素
Al Zn Mn Fe Ni Cu Si Mg
含 量
(wt.%) 9.0 0.68 0.15 min
0.005 max
0.002 max
0.03 max
0.1
max other
表 3-2 錳酸鹽化成溶液配方及操作條件 磷酸銨(NH4H2PO4) 100g/L
過錳酸鉀(KMnO4) 20g/L
pH 值 3.5
操作溫度 40℃
操作時間 1min、2min、3min、5min、7min、
10min
圖 3-1 間隙腐蝕試片
圖 3-2 電化學腐蝕試片
圖 3-3 間隙腐蝕模具示意圖(單位：mm)
圖 3-4 間隙腐蝕模具固定試片
圖 3-5 電化學設備示意圖
圖 3-6 實驗流程圖 AZ91D 試片裁製
重量損失試驗
錳酸鹽化成處理
不同環境(pH3~pH11)之 3.5％
NaCl 溶液腐蝕試驗
間隙腐蝕試驗 電化學腐蝕試驗
SEM 腐蝕型態分析 不同化成處理時間之表面形
貌、皮膜厚度和塔佛極化曲線