化成液對稀土鎂合金皮膜長成機制及耐蝕性影響之研究 洪廷東、廖芳俊
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摘 要
在此追求輕量、多功能性與環保回收概念的世代，鎂合金因具有低比重、高比強度和比剛性、良好電磁波遮蔽性及高回收 再生率等優點，已逐漸被運用於各領域製品上。但由於具活性大、電化學性能較差的本質，易受周遭環境的侵蝕，故常需 藉由適當的表面處理來賦予鎂金屬防蝕的功能。 本研究選用含稀土釔元素之AZ80A鎂合金擠製板做為試驗基材，並規劃兩 階段化成處理的研究。第一階段先選擇六種業界常用化成液，於選定之化成溫度下施以不同浸置時間的處理，再藉SEM對 生成皮膜行表面形貌觀察及腐蝕電流密度的量測。第二階段則是對皮膜施行不同方式的乾燥處理，據以探討乾燥方式的差 異對耐蝕性的影響。 第一階段實驗結果得知，以pH=3.5錳酸鹽(硝酸)、10分鐘及pH=9釩酸鹽、5分鐘處理所得之皮膜，具 有最佳耐蝕數據與皮膜形態的呈現。因皮膜在短時間已能完整披覆試片，皮膜紮實且厚度適中、亦未發現裂紋深入母材的 情形，相信有利於後續塗裝製程的施作。至於第二階段乾燥(自然蔭乾或烘箱風乾)的實驗，發現各化成皮膜層皆呈相對平 整、且無明顯裂紋的狀態。惟錳酸鹽皮膜在使用烘箱風乾時有較多含錳析出相的析出，經極化曲線分析結果顯示，此析出 相的生成可能影響皮膜之耐蝕能力的表現。然而經不同乾燥方式之釩酸鹽皮膜形貌卻完全相同，導致耐腐蝕性能檢測的結 果亦相仿。 若考量業界對製程上的需求(抗蝕性能與生產效率)，對此類AZ80A稀土鎂合金，建議使用pH=9之鹼性釩酸鹽化 成液，採用60℃溫度、浸置5分鐘及選擇25℃烘箱風乾20分鐘的方式進行迅速乾燥，應屬最佳製程參數的組合。相信可有 效提高生產效率，亦能兼顧品質和經濟效益的雙重考量。
關鍵詞 : AZ80A稀土鎂合金，化成處理，皮膜形貌，極化試驗，腐蝕電流密度，自然蔭乾，烘箱風乾。
目錄
封面 封面內頁 簽名頁 中文摘要 ...iii ABSTRACT...v 誌謝 ...vii 目錄 ...viii 圖目錄 ...xi 表目 錄 ...xv 第一章 前言 ...1 1.1 緣起 ...1 1.2實驗目的 ...2 第二章 國內外文獻回顧...5 2.1 鎂合金簡介與表 面特性....5 2.1.1 鎂的性質介紹 ...5 2.1.2 常用的鎂合金種類...6 2.1.3 鎂合金的表面特性...8 2.2 鎂合金的表面處理...8 2.3鎂合金的前處理...10 2.4鎂合金的化成處理...10 2.4.1 鉻酸鹽化成處理...11 2.4.2 錳酸鹽化成處理...13 2.4.3 釩酸 鹽化成處理...19 2.4.4 錫酸鹽化成處理...24 2.4.5 磷酸鹽化成處理...26 2.4.6 稀土族化成處理...28 第三章 實驗方 法...32 3.1實驗材料...32 3.2 實驗規劃...33 3.3 實驗步驟...34 3.4 試片準備與前處理...35 3.5 酸洗液 與化成液的調配及化成處理製程 ...36 3.5.1 酸洗液的配製 ...36 3.5.2 磷酸鈉化成液的配製....36 3.5.3 磷酸鋅化成液的配 製....37 3.5.4 釩酸鈉化成液的配製....38 3.5.5 錳酸鹽化成液的配製....38 3.6 化成處理的製程... 39 3.7 化成皮膜表面形貌觀 察....41 3.8 化成皮膜之極化試驗...42 第四章 實驗結果分析與討論...43 4.1 化成皮膜表面形貌之SEM觀察...44 4.1.1 磷酸 鈉化成皮膜表面形貌觀察...44 4.1.2 磷酸鋅化成皮膜表面形貌觀察...47 4.1.3 釩酸鹽化成皮膜表面形貌觀察...50 4.1.4 錳酸 鹽(pH=3.5磷酸胺)化成皮膜表面形貌觀察....53 4.1.5 錳酸鹽(pH=1硝酸)化成皮膜表面形貌觀察...55 4.1.6 錳酸鹽(pH=3.5硝 酸)化成皮膜表面形貌觀察...58 4.2 化成皮膜耐腐蝕性之極化曲線量測....61 4.2.1 磷酸鈉化成皮膜之極化曲線量測....62 4.2.2 磷酸鋅化成皮膜之極化曲線量測....64 4.2.3 釩酸鹽化成皮膜之極化曲線量測....67 4.2.4 錳酸鹽(磷酸胺)化成皮膜之極化曲線 量測....69 4.2.5 錳酸鹽(pH=1硝酸)化成皮膜之極化曲線量測..71 4.2.6 錳酸鹽(pH=3.5硝酸)化成皮膜之極化曲線量測.74 4.3 不 同乾燥方式之皮膜耐蝕性表現...76 4.3.1 錳酸鹽(pH=3.5硝酸)化成皮膜...77 4.3.2 釩酸鹽化成皮膜...80 第五章 結 論...85
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