實驗說明
本實驗是利用粉末擴散法(pack cementation method)來製備氮化鈦 (TiN)的鋁化塗層(Aluminide coating)在不同溫度下的鋁化反應與氧化 試驗，其中氮化鈦詳細成份如Table 4 所示，實驗流程如 Fig. 3-1 所示，
包 含 試 片 製 備 、 鋁 化 反 應 、 氧 化 試 驗 、 界 面 試 片 製 作 及 XRD/SEM/EPMA 微觀結構分析觀察與成份分析。
3.1 鋁化粉末之製備
粉末是由Al (鍍層元素)、AlF3(活化劑) 及 Al2O3(惰性填充物)所組成 的，成份為Al = 10 wt %，AlF3 = 1.5 wt %，α-Al2O3 = 88.5 wt %，其 中各別的化學組成如 Table 5 所示。以精密天秤量取所需粉末之重 量，依序裝入乾淨的塑膠瓶中，加入數十顆直徑 4mm 的不鏽鋼珠，
以丙酮及超音波清洗去油脂，再以球磨機使粉末均勻混合。
3.2 氮化鈦的鋁化反應
盛裝鋁化粉末的氧化鋁坩堝於850℃保護氣氛 Ar 中持溫 10hr，目的 為將保護氣氛爐內壁及氧化鋁坩堝先充分鋁化，避免影響實驗結果 (調質處理)。其後，將 TiN 切割成 10×10×4 mm 大小，經過研磨拋光
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之後，將鋁化粉末填滿氧化鋁坩堝，將TiN 埋入，置於管形爐中，管 形爐經過三次重複抽真空和通入氬氣，當管形爐被加熱到目標溫度，
經過長時間持溫熱處理後，使爐冷至室溫；再佐以儀器分析觀察其界 面微觀結構。實驗參數如Table 6,Table 7,Table 8 所示。
3.3 鋁化試片製備
如Fig. 3-2 所示在經過鋁化反應試片的表面均勻塗佈 G1 膠，使用夾 子將其夾緊，在100℃下加熱 4 hr，使其對黏，以慢速切割機沿著垂 直於氮化鈦/鋁化層界面的方向切取試片，再經由研磨拋光處理，最 後，使用Kroll reagent(成分為 60ml H2O + 30ml HNO3 + 10ml HF)腐蝕 金相試片，腐蝕時間為10 ~ 15 秒。TEM 試片製備流程如 Fig. 3-3 所 示。
3.4 氧化試驗
3.4.1 氧化前的準備
氧化前先利用游標卡尺(精確度+0.001mm)測量試片的尺寸並計算其 表面積， 再將試片用丙酮為清潔劑，用超音波洗淨試片，放入烘箱 150℃乾燥 48 小時，冷卻後以電子天秤(Model R200D, Satorius AG, Goettingen, Germany)測量其氧化前的重量。
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3.4.2 氧化實驗
將高溫爐(Model 51333, Lingberg, WI)以每分鐘 5℃的升溫速率升溫至 欲氧化的溫度(1000℃)後，將試片置於氧化鋁坩堝後放入爐內，置入 試片時爐體溫度約下降 20～30℃，待回升至所設定的溫度時，在開 始計算時間；氧化時間分別為 2、5、12、25、50、100、200 及 250 個小時，達到設定的氧化時間後，將試片由爐內取出。實驗參數如 Table 8 所示。
3.4.3 單位表面積之重量變化(△W/A)分析
由爐內取出的試片，待其冷卻後，以電子天秤(Model R200D, Satorius AG, Goettingen, Germany) 測量其重量，把氧化前後的重量變化除以 試片的表面積，即可作為氧化速率的表示方法。
3.5 X-射線繞射分析(XRD)
利用X-射線繞射儀(Siemens Model 5000)，對界面試片表面作繞射分 析，以鑑定結晶相之相別。設定電壓為 50KV、電流為 200mA，以 Cu 靶 Cu Kα(λ=1.5406A°)產生之射線經 Ni-filter 濾波後，在試片表面
進行 10°至 90°之掃瞄，掃瞄為速度每分鐘 2°，每隔 2θ=0.02°自動記 錄 X-ray 的強度。掃瞄出來的圖形再與 JCPDS 卡相互比對，以判定 相別。
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3.6 掃瞄式電子顯微鏡(SEM)&能量散射分析儀(EDS)
利用掃瞄式電子顯微鏡(Model JSM-6500, JOEL, Tokyo, Japan )之二次 電子成像，觀察的界面微觀組織並以EDS 鑑定各個相的組成元素，
以line scan 或 mapping 模式進行成分半定性分析。SEM 操作電壓為 15kV。使用 Ion coater 在試片上鍍上一層 Pt，以避免在觀察試片時，
產生電荷累積放電( charging )的現象，設定電流為 20mA，濺鍍時間 為90sec。
3.7 電子探針微區分析儀(EPMA)
利用電子探針微區分析儀(JXA-8200, JEOL, Tokyo, Japan)透過對試樣 放射出來的 X-射線的量測與分析，可從事試樣極微體積內化學成分 的定性與定量的鑑定。工作原理實際上與掃描式電子顯微鏡相似，經 由偵測器分別接收不同之放射信號，藉以分析試片之成分含量，以line scan 或 x-ray mapping 模式進行成分定性分析及波長散佈分析儀 (WDS)對試片進行定量分析。在 EPMA 分析前試片需研磨拋光至 1 μm 以下，且除非必要避免腐蝕以確保其表面之平整。分析前鍍上碳膜，
避免放電的現象。在分析盡量遠離坑洞且避免分析相之邊緣，以避免 雜訊之干擾。
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