潘永寧臺灣大學：機械工程學研究所陳得立2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61336本研究使用胺基磺酸鎳浴，在一定的溫度及電流密度條件下，電鍍不同厚度的鎳層，探討其對Sn-9Zn 合金材料的抗拉性質及在高溫下抗彎曲變形能力的影響。研究結果顯示，電鍍液會腐蝕Zn，且較薄鍍鎳層在基材表面有初晶Zn 的位置，會有鍍層不連續的現象，失去原本應具有的強化效果，整體抗拉性質較未經電鍍的試片差；較厚鍍鎳層在基材表面初晶Zn 的位置，則會有鍍鎳層厚度較薄的現象發生，但鍍層相對較均勻且其鍍層較厚，其抗拉性質明顯提昇。整體而言，鍍層的缺陷現象隨著鍍層厚度的增加而降低，降伏及抗拉強度隨著鍍層厚度的增加呈上升，伸長率隨著鍍層厚度的增加呈下降趨勢。 在相同之試驗壓力條件下，高溫壓彎之試片彎曲角度顯較常溫壓彎者為大。在高溫試驗條件下，彎曲角度隨著壓彎次數幾呈算數級數增加，而增加荷重對於常溫及高溫彎曲試驗之試片彎曲角度差距有較顯著的影響。對於基材厚度5mm 的鍍鎳試片而言，試片之抗彎性隨著鍍層厚度增加而增加，但鍍層厚度在75µm 以上時，試片之抗彎性已幾近相同，因此鍍層厚度在75µm 左右應可獲致理想的強化效果。This study investigated the effect of Ni electrodepositing on the tensile properties and bending resistance of Sn-9Zn alloy. The results indicate that the Ni coating layer exhibits interruption or nonuniformity at the primary Zn phase that exposed to the substrate surface. This discontinuity phenomenon decreases gradually as the thickness of plating increases. As a result, the tensile properties of the Ni-electrodeposited Sn-9Zn alloys are also affected. Regarding the bending tests, the results show that the bend angles of the specimens increase with increasing load and loading cycle, with the former being more dominant. The effect of testing temperature was also investigated with the results indicating that temperature exerts a vary significant effect on the Nielectrodeposited Sn-9Zn alloys.中文摘要..........................................................Ⅰ 英文摘要..........................................................Ⅱ 目 錄..........................................................Ⅲ 表 目 錄..........................................................Ⅴ 圖 目 錄..........................................................Ⅵ 第 一 章 前言......................................................1 第 二 章 文獻回顧..................................................3 2.1 模具材料...............................................3 2.2 電鍍鎳技術.............................................3 2.2.1 電解和電解定律.................................... 4 2.2.2 鍍液.............................................. 5 第 三 章 實驗方法.................................................12 3.1 試片製備..............................................12 3.2 電鍍..................................................12 3.2.1 電鍍裝置......................................... 12 3.2.2 試片處理......................................... 13 3.2.3 電鍍方法......................................... 14 3.3 拉伸及彎曲試驗........................................15 3.3.1 拉伸試驗......................................... 15 3.3.2 彎曲試驗......................................... 15 III 3.4 試片彎曲量之量測......................................17 3.5 巨觀型態及微觀結構試片製作與觀察......................17 3.5.1 巨觀型態觀察..................................... 17 3.5.2 顯微結構試片製作與觀察........................... 17 第 四 章 結果與討論...............................................24 4.1 基材與鍍層之金相組織..................................24 4.1.1 Sn-9Zn 合金之金相組織................................24 4.1.2 鍍鎳層與基材之接合界面........................... 24 4.2 鍍層厚度對於拉伸性質之影響............................25 4.3 試驗溫度對於Sn-9Zn 合金之抗彎性質的影響............... 26 4.4 鍍層厚度對高溫抗彎曲性之影響..........................27 4.5 試片壓彎之變形或破壞機制..............................28 第 五 章 結論.....................................................65 參考文獻..........................................................67 表目錄 表2. 1 鍍液之成分與操作條件....................................... 10 表3. 1 試片之電鍍條件............................................. 15 表4. 1 預鍍鎳層厚度與實際量測結果................................. 31 表4. 2 拉伸試驗結果....................... ........................31 表4. 3 常溫與高溫(160℃)下，以15N 進行壓彎試驗之結果............... 31 表4. 4 常溫與高溫(160℃)下，以更高荷重進行壓彎試驗之結果...........31 表4. 5 高溫下(160℃)以15N 荷重壓彎試片後之結果..................... 32 表4. 6 高溫下(160℃)以2.0 kg 荷重壓彎試片後之結果....................33 表4. 7 高溫下(160℃)以更高荷重壓彎試片後之結果..................... 34 圖目錄 圖2. 1 Sn-9Zn 合金之金相圖(100 倍放大).............................. 11 圖2. 2 電鍍系統架構與陰、陽極作用示意圖........................... 11 圖2. 3 液體和固體介面之潤濕角示意圖............................... 11 圖3. 1 (a)拉伸試片尺寸圖 (b)彎曲試片尺寸圖.......................... 19 圖3. 2 電鍍裝置....................................................20 圖3. 3 試片電鍍面積尺寸(填色部份) (a)拉伸試片, (b) 彎曲試片........... 21 圖3. 4 (a)壓彎裝置圖 (b)壓彎裝置爆炸圖.............................. 22 圖3. 5 裝置槓桿原理示意圖..........................................23 圖3. 6 壓彎試驗流程圖..............................................23 圖4. 1 Sn-9Zn 合金之顯微組織....................................... 35 圖4. 2 Sn-Zn 合金之平衡相圖........................................ 35 圖4. 3 Sn-9Zn 合金凝固時的Differential scanning calorimetry (DSC) 曲線.... 36 圖4. 4 (a) B1 系列試片鍍層, (b) B2 系列試片鍍層, (c) B3 系列試片鍍層..... 37 圖4. 5 鍍鎳層的表面型態........................................... 38 圖4. 6 初晶Zn 界面上的不連續鍍鎳層(25μm)...........................38 圖4. 7 於初晶Zn 位置處的不平均鍍鎳層...............................39 圖4. 8 電鍍過程中，鍍鎳層無法在初晶Zn 上沉積示意圖................ 40 圖4. 9 鍍鎳層延伸覆貌黕鈽n 示意圖.................................41 圖4. 10 不同鍍層厚度對於抗拉強度之影響.............................42 圖4. 11 不同鍍層厚度對於降伏強度之影響.............................42 圖4. 12 不同鍍層厚度對於伸長率之影響...............................43 圖4. 13 未經電鍍鎳試片拉伸試驗後之試片型態.........................44 圖4. 14 16μm 鍍鎳層試片拉伸試驗後之試片型態........................44 圖4. 15 48μm 鍍鎳層試片拉伸試驗後之試片型態........................45 圖4. 16 80μm 鍍鎳層試片拉伸試驗後之試片型態........................45 圖4. 17 未經電鍍試片在常溫與高溫(160℃)條件下施以15N 荷重壓彎後之試片 彎曲曲度圖................................................ 46 圖4. 18 未經電鍍試片在常溫與高溫(160℃)條件下施以15N 荷重，壓彎後之試 片彎曲角度.................................................46 圖4. 19 未經電鍍試片在常溫施以30N 之荷重，不同荷重對於試片彎曲角度之 影響.......................................................47 圖4. 20 未經電鍍試片在高溫施以20N 之荷重，不同荷重對於試片彎曲角度之 影響...................................................... 47 圖4. 21 試片在高溫(160℃)以15N 荷重，經5 次壓彎試驗後之彎曲曲度.... 48 圖4. 22 試片在高溫(160℃)以15N 荷重，經5 次壓彎試驗後之彎曲角度.... 48 圖4. 23 試片在高溫(160℃)以15N 荷重，經10 次壓彎試驗後之彎曲曲度... 49 圖4. 24 試片在高溫(160℃)以15N 荷重，經10 次壓彎試驗後之彎曲角度... 49 圖4. 25 試片在高溫(160℃)以15N 荷重，經15 次壓彎試驗後之彎曲曲度... 50 圖4. 26 試片在高溫(160℃)以15N 荷重，經15 次壓彎試驗後之彎曲角度... 50 圖4. 27 試片在高溫(160℃)以15N 荷重，經20 次壓彎試驗後之彎曲曲度... 51 圖4. 28 試片在高溫(160℃)以15N 荷重，經20 次壓彎試驗後之彎曲角度... 51 圖4. 29 試片在高溫(160℃)以15N 荷重試驗條件下，試片彎曲角度隨壓彎試驗 次數之變化情形............................................ 52 圖4. 30 試片在高溫(160℃)以20N 荷重試驗條件下，試片彎曲角度隨壓彎試驗 次數之變化情形.............................................52 圖4. 31 試片在高溫(160℃)試驗條件下，試片彎曲角度隨壓彎荷重及壓彎試驗 次數之變化情形.............................................53 圖4. 32 試片受壓產生彎矩彎曲試片示意圖.............................54 圖4. 33 試片受彎矩各部位受力及作用示意圖...........................54 圖4. 34 切取未經彎曲試驗及彎曲試驗後之試片中央部位觀察示意圖.......55 圖4. 35 無鍍層試片於彎曲至45 度後之試片表面特徵 (a)正面(受壓面) (b)背面 ...........................................................56 圖4. 36 (a)彎曲後之未經電鍍試片截面(受壓面朝上), (b)彎曲後之未經電鍍試片 截面輪廓.................................................56 圖4. 37 彎曲至45 度之未經電鍍試片截面金相..........................57 圖4. 38 曲至45 度之未經電鍍試片表面部份截面金相....................57 圖4. 39 25μm 鍍鎳層試片於彎曲至45 度後之試片表面特徵 (a)正面(鍍鎳層及受 壓面) (b)背面(未經電鍍)......................................58 圖4. 40 (a)彎曲後之25μm 鍍鎳層試片截面(鍍鎳層及受壓面朝上) (b)彎曲後之 25μm 鍍鎳層試片截面輪廓....................................58 圖4. 41 鍍鎳層於彎曲至45 度後破裂 .................................59 圖4. 42 鍍鎳層於彎曲至45 度後拉扯並脫離基材表面....................59 圖4. 43 鍍鎳層於彎曲至45 度後翹曲並脫離基材表面....................60 圖4. 44 鍍鎳層於彎曲至45 度後嚴重變型..............................60 圖4. 45 75μm 鍍鎳層試片於彎曲至45 度後之試片表面特徵 (a)正面(鍍鎳層及受 壓面) (b)背面(未經電鍍)......................................61 圖4. 46 (a)彎曲後之75μm 鍍鎳層試片截面(鍍鎳層及受壓面朝上) (b)彎曲後之 75μm 鍍鎳層試片截面輪廓....................................61 圖4. 47 彎曲至45 度角後75μm 鍍鎳層脫離基材.........................62 圖4. 48 5μm 鍍鎳層試片彎曲至45 度角後基材與鍍層間形成一基材變形層..62 圖4. 49 125μm 鍍鎳層試片於彎曲至45 度後之試片表面特徵 (a)正面(鍍鎳層及 受壓面) (b)背面(未經電鍍)....................................63 圖4. 50 (a)彎曲後之125μm 鍍鎳層試片截面(鍍鎳層及受壓面朝上)(b)彎曲後之 125μm 鍍鎳層試片截面輪廓...................................63 圖4. 51 彎曲至45 度角後125μm 鍍鎳層與脫離基材表面..................64 圖4. 52 彎曲至45 度角後125μm 鍍鎳層與基材之界面情形............... 643784583 bytesapplication/pdfen-US性質電鍍鎳抗拉抗彎性Sn-9Zn 合金Sn-9Zn alloytensile propertyNi electrodepositingbendingthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61336/1/ntu-93-R91522722-1.pdf