第二章、 研究內容與方法
2.1 測試內容與結果
2.1.1 破損外觀觀察與說明：
觀察水牆管送樣試體的外觀，水牆管有焊補過的痕跡（如圖 2 所示）。在送樣試體上已存在多個大小不一的破孔，編號 4 號 之爐管有一個破孔，編號 5 號之爐管有三個破孔（如圖 3 所示）。
從各個破孔的位置與破損外觀來判斷，水牆管發生破管的可能先 後順序如圖 3 之示意圖，爐管先出現一破孔 1，噴出的高壓水柱 再將緊鄰的旁邊沖蝕出一破孔 2，然後破孔 2 噴出的高壓水柱再 將旁邊的爐管沖蝕出一破孔 3，接著破孔 3 噴出的高壓水柱再將 原來的爐管沖蝕出一破孔 4。
2.1.2 破孔特徵與破損形態之觀察與說明
為了方便觀察水牆管破孔特徵與破損形態，於是先將水牆管 做切割以利做進一步觀察（切割位置如圖 4 所示）。用肉眼觀察 切下之水牆管內壁，可看出最初之破孔位置剛好在焊補痕跡的一 緣，該位置應為起焊端或是止焊端（如圖 5 所示）。
為了更進一步觀察水牆管起始破孔的內部特徵與起始原因，
於是再將起始破孔處做細部切割以利做進一步觀察（切割位置如 圖6所示）。觀察起始破孔處的切開面，可看出破孔起始處有焊料 突出，顯示出該處確實有焊補過，而且焊補已焊透管壁。另外起 始破孔之孔洞內部呈現不規則形狀，因此研判此處原本就存在一 些小孔洞或小縫隙，時間久後，這些管內的缺陷因水壓作用或是 腐蝕作用產生串聯而貫通管壁，於是管內高壓水噴出產生了高壓 水柱，進而造成後續的其他破孔發生。（如圖7所示）。
2.1.3 金相分析：
為了更進一步觀察水牆管起始破孔處的細部特徵與顯微組 織，以期找出發生破孔的起始原因，於是再將起始破孔處做細部 切割，並製成金相分析用試片以利做進一步觀察（切割位置如圖8 所示）。製成之金相試片再利用光學金相顯微鏡觀察，觀察位置
見圖9之示意圖。觀察結果顯示起始破孔之孔洞內部呈現不規則形 狀，而在破孔旁也有小裂縫發生（如圖10所示）。
金相分析之結果顯示此水牆管母材屬於碳鋼之退火組織（如 圖11所示）。而起始破孔旁之組織為麻田散鐵，屬於焊道的正常 組織，表示此起始破孔處確實屬於焊補部位（如圖12所示）。雖 然破孔起始位置之顯微組織是屬於麻田散鐵組織，但是在孔緣處 似乎已非純麻田散鐵組織（如圖13、14、15所示），顯示此處應 該是在焊補的起焊端或是止焊端。另外觀察起始破孔1旁之破孔2 位置之顯微組織，結果顯示此處是屬於母材組織（如圖16所示），
表示此處已不屬於焊補位置。
在起始破孔旁可看到有一些小裂縫發生，這些小裂縫正好位於 焊道旁，裂縫起始於內管壁（如圖17所示），從裂縫的型態來研 判，這些裂縫可能屬於應力腐蝕破裂（SCC）。在小裂縫的內部可 看到有疑似銅粉滲入其中（如圖18所示），經過X-ray能量散佈光 譜儀（EDS）確認該褐色物質確實為銅。在裂縫的內部除了可看到 有銅粉滲入其中，同時也可看到有腐蝕生成物存在，推測裂縫的 成長可能與銅粉的存在而發生異種金屬間的加凡尼腐蝕作用有關 (如圖19所示）。在起始破孔旁（即圖10中所標示之觀察位置）也
可發現有一些銅粉沉積在內管壁，甚至有一些銅已滲入管子內部 (如圖20、21所示）。
2.1.4 硬度測試：
利用洛氏硬度試驗機（Rockwell hardness tester）測試水牆 管試體截面的硬度，測試位置含母材位置與焊補位置，測試位置 示意圖如下，測試結果顯示水牆管母材本身的硬度符合STB410S的 硬度要求(JIS G3461)，不過焊補位置的硬度比母材高出許多。（如 表1）
表1：母材與焊補各點硬度量測比較
測試點 1 2 3 4 5 平均值
母材位置 77.2 76.8 77.2 78.3 78.6 HRB 77.6 焊補位置 92.2 92.1 91.2 89.9 89.4 HRB 91.0
STB410S的硬度要求(JIS G3461) HRB 79以下
圖 1：爐管斷面母材與焊補硬度量測位置。
焊補位置
1
2 3
5 4
1 2 3 1
4 5
圖 2：水牆管試體的外觀。
圖3：水牆管發生破管的先後順序示意圖。
水牆管有焊補過的痕跡。
破裂起始點
破裂起始點放 大圖
爐管先出現一破孔 1，噴 出的高壓水 柱再將 緊 鄰 的旁邊沖蝕出一破孔 2。
1 2
3
2 1
破孔 2 噴出的高壓水柱再將旁 邊的爐管沖蝕出一破孔 3，接著 破孔 3 噴出的高壓水柱再將原 來的爐管沖蝕出一破孔 4。
4
圖 4：將水牆管試體做切割以利做進一步觀察。
圖 5：最初之破孔位置剛好在焊補痕跡的一緣，該位置可能是起焊端 或是止焊端。
最初破孔位置。
最初破孔位置。
焊補痕跡。
圖 6：將最初之破孔位置做切割以利做進一步觀察。
圖 7：破孔斷面起始分析圖。
切割
破孔起始處
有焊料突出 起始破孔
破孔之孔洞 內部呈現不 規則形狀
圖 8：將試體再細切製成金相分析用試片。
圖 9：此為製成欲觀察之金相試片，利用光學金相顯微鏡分別針對圖 中所標示之位置觀察其顯微組織。
將此部位製 成金相試片
母材
破孔起始點
（破孔 1）
破孔 1 旁 之破孔 2 圖 11
圖 12 圖 13、14
圖 15 圖 17 圖 16
圖 10：此為破孔起始位置之局部放大圖，可清楚看出起始破孔之孔洞 內部呈現不規則形狀，而在破孔旁也有小裂縫發生（圖中箭頭所指 處）。
另外在圖上標示圖 20 與圖 21 的位置也利用光學金相顯微鏡放大觀察 其表面狀況。
圖 11：此為母材之顯微組織，屬於碳鋼之退火組織，圖中黑色處為波 來鐵，白色處為肥粒鐵。
破孔起始點
100μm
圖 21 圖 20
圖 12：此為起始破孔旁之顯微組織，為麻田散鐵，屬於焊道的正常 組織，表示此處確實屬於焊補部位。
圖 13：此為破孔起始位置之顯微組織，基本上是屬於麻田散鐵組織，
但是在孔緣處（箭頭所指處）似乎已非純麻田散鐵組織，顯示此處應 該是在焊補的起焊端或是止焊端。
100μm
200μm
圖 14：此為圖 13 的進一步放大圖，可更清楚看出在孔緣處（箭頭所 指處）已非純麻田散鐵組織。
圖 15：此為起始破孔 1 靠近外管面處之顯微組織，可看出此處也不屬 於純麻田散鐵組織。
100μm
100μm
圖 16：此為起始破孔 1 旁之破孔 2 位置之顯微組織，基本上是屬於母 材組織，表示此處已不屬於焊補位置。
圖 17：在起始破孔旁有一些小裂縫發生，這些小裂縫正好位於焊道 旁，裂縫起始於內管壁，從裂縫的型態來研判，這些裂縫發生的原因 可能源於應力腐蝕破裂（放大 50 倍）。
400μm 200μm
內管壁 焊道
圖18：此為圖17中小裂縫的局部放大圖，在小裂縫的內部可看到有疑似 銅粉滲入其中（圖中圈示位置內褐色物質），經過X-ray能量散佈光譜 儀（EDS）確認該褐色物質確實為銅（放大100倍）。
圖19：此為圖18中裂縫的更進一步放大圖，在裂縫的內部除了可看到有 銅粉滲入其中，同時也可看到有腐蝕生成物存在，推測裂縫的成長可能 與銅粉的存在而發生異種金屬間的加凡尼腐蝕作用有關(放大200倍）。
200μm
100μm
圖20：在起始破孔旁（即圖10中所標示之觀察位置）可發現有一些銅粉
（圖中金黃色者）沉積在內管壁，甚至有一些銅已滲入管子內部，顯然 因銅的存在而發生了異種金屬間的加凡尼腐蝕效應（放大200倍）。
圖21：此圖亦為起始破孔旁（即圖10中所標示之觀察位置）所觀察到的 結果，同樣可發現有一些銅粉（圖中金黃色者）沉積在內管壁，甚至有 一些銅已滲入管子內部造成腐蝕，顯然因銅的存在而發生了異種金屬間 的加凡尼腐蝕效應（放大200倍）。
100μm
100μm
第三章:原理 3.1 熔射技術原理[9]
熱熔射技術發展至今已有相當長的歷史，在 1917 年由 Schoop 和 Guenther 噴塗鋅的塗層用來抗腐蝕，之後漸漸的應 用到材料表面強化。在 50 年代，隨著航空業的蓬勃發展，對於 大面積及快速表面改質的需求量大增，絕熱抗高溫塗層因此盛 行，為因應不同的塗層材料，Poorman 等人於 1955 年發表爆震 熔射（Detonation Gun，簡稱為 D-GunTM），使得熔射溫度提高 了許多，可使用的材料因此更加廣泛。1973 年 Muehlberger 發 明了真空電漿熔射，除了大大的提升熔射溫度外，還增加了鍵結 強度及減少孔隙度，在往後的十年間，熱熔射技術廣泛的應用在 工業界，1980 年 BrowningEngineering 公司發表了高速火焰熔 射技術（High Velocity Oxygen Fuel，簡稱為 HVOF），所噴覆 塗層具有極高的鍵結強度及低於 1%的孔隙度，開啟了新的材料 應用。利用熱熔射技術噴塗之碳化物塗層有著極高的硬度，尤其 是 WC/Co 塗層有極佳的表現，一般而言，噴塗 WC/Co 塗層的方 法有電漿熔射（PlasmaSpray）、爆震熔射及 HVOF。