指導教授：林新智臺灣大學：材料科學與工程學研究所林鈺庭Lin, Yu-TingYu-TingLin2014-11-262018-06-282014-11-262018-06-282014http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/262093鎂合金雖具有良好的物理特性，但卻具有較差的抗腐蝕與耐磨耗性及表面著色困難等弱點，而嚴重影響鎂合金之未來發展。微弧氧化技術為鎂合金表面改質新興技術之一，其技術特色在於鎂合金表面生成一氧化膜，並提升其抗腐蝕、耐磨耗特性和表面氧化膜色澤變化。 本次研究藉由LZ91 鎂合金在不同電解液之成分搭配和氧化時間以達到氧化 膜色澤變化，其電解液主軸以植酸為主，而植酸對於二價、三價陽離子之螯合能 力極為顯著。此外選用硫酸銅或過錳化鉀之不同比例，並搭配植酸之螯合特色， 以助於氧化膜之色澤變化和提升耐磨耗、抗腐蝕等特性。透過色度分析儀、SEM、 XRD、XPS、極化曲線、交流阻抗、鹽霧試驗、磨耗試驗等方式以分析不同微弧 氧化之表面形貌、氧化膜色澤、耐磨耗、抗腐蝕性之差異化。 研究結果發現，植酸之氧化膜色澤呈現灰色，且有助於氧化膜成長速率、抗腐蝕特性，然而緻密性較差，對於長期腐蝕環境下，腐蝕氣氛易透過內部孔洞侵入基材。另一方面，添加硫酸銅或過錳化鉀，其氧化膜呈現色澤則分別為70%昏灰色及駝色，但卻造成氧化膜成長速率降低且抗腐蝕、抗磨耗性略低於僅有植酸之氧化膜。 經由以上實驗結果發現，植酸電解液中適量添加硫酸銅或過錳化鉀，可有效 助於氧化膜色澤之變化，且不會顯著降低其他相關性質。Magnesium alloys have good physical properties. Unfortunately, magnesium alloys exhibit a very poor corrosion resistance, wear and color of surface. These weak points will seriously influence their future development and applications. Micro arc oxidation technology, which generates on the alloy surface to develop ceramic-like oxide coatings,is one of the new surface treatments for magnesium alloys. It can remarkably promote the corrosion, wear resistance and change surface color. In this study, effects of various electrolytic compositions and oxidation times on the color change of MAO coatings of LZ91 magnesium alloys were evaluated. Phytic acid, which exhibits powerful chelating capability with di- and trivalent cations, is a main electrolytic composition in this study. Furthermore, some CuSO4·5H2O or KMnO4 is combined with phytic acid to further improve the oxide-coating color, wear and corrosion resistance. The colorimeter, SEM, XRD, XPS, potentiodynamic polarization, EIS, salt spray, pin-on-disk tribo-meter are used to analyze the MAO surface morphologies, coating colors, wear and corrosion properties. In this work, the growth rate of oxide coating in phytic acid is fast. The surface coating in phytic acid exhibits a gray color and could improve the corrosion properties of LZ91 magnesium alloys. However, the oxide coating in phytic acid is not dense sufficiently and will be penetrated easily by corrosion atmosphere after a long period in corrosion environment. On the other hand, addition of CuSO4·5H2O or KMnO4 causes coating color to exhibit 70% dim gray or camel, respectively. But the growth rate of oxide coating decreases and the wear and corrosion resistance are reduced. Based on these experimental results, the electrolyte of phytic acid with suitable content of CuSO4‧5H2O or KMnO4 with phytic acid will change the colors of thin film,which properties of film will not be affected.目錄 致謝 III 摘要 IV Abstract V 目錄 VII 圖目錄 X 表目錄 XV 第一章 前言 1 第二章 文獻回顧 3 2-1 鎂與鎂合金之簡介 3 2-1-1 鎂與鎂合金 3 2-1-2 鎂合金的分類 4 2-1-3 鎂鋰合金 6 2-2 鎂的腐蝕與電化學 7 2-2-1 腐蝕的定義 7 2-2-2 影響鎂腐蝕因素 10 2-2-2-1 冶金因素(Metallurgical Factors) 10 2-2-2-2 環境因素(Environmental Factors) 11 2-2-2-3 伽凡尼腐蝕(Galvanic Corrosion) 11 2-3 鎂合金表面處理 13 2-3-1 機械表面處理 13 2-3-2 無電處理 14 2-3-2-1 化成處理 14 2-3-2-2 無電鍍處理 15 2-3-3 電化學處理 15 2-3-3-1 電鍍處理 15 2-3-3-2 陽極氧化處理 15 2-3-3-3 微弧氧化處理 16 2-3-4 物理處理 17 2-3-4-1 物理氣相沉積處理 17 2-3-4-2 噴塗處理 17 2-3-4-3 雷射或電子束處理 17 2-3-5 有機塗層處理 18 2-4 鎂合金著色技術 19 2-4-1 噴塗裝飾 19 2-4-2 金屬塗層 19 2-4-3 陽極氧化 20 2-5 微弧氧化 24 2-5-1 微弧氧化簡介 24 2-5-2 微弧氧化原理 26 2-5-2-1 氧化膜形成 26 2-5-2-2 氧化膜成核及成長機制 30 2-5-3 影響微弧氧化之因素 33 2-5-3-1 電解液因素 33 2-5-3-2 電參數因素 33 2-5-3-3 氧化時間因素 34 2-5-3-4 基材因素 34 2-5-5 影響微弧氧化著色因素 38 2-6 植酸 39 第三章 實驗步驟 42 3-1 實驗流程 42 3-2 試片製備 43 3-3 微弧氧化步驟及參數 44 3-4 陶瓷氧化層巨觀分析 47 3-4-1 色度分析 47 3-4-2 粗糙度分析 48 3-5微觀結構觀察分析 49 3-5-1 SEM顯微組織觀察 49 3-5-2 XPS成分分析 50 3-5-3 X-ray繞射分析 51 3-6 腐蝕分析 52 3-6-1 極化曲線分析 52 3-6-2 交流阻抗分析 54 3-6-3 鹽霧試驗 56 3-7 磨耗分析 59 第四章 結果與討論 60 4-1 電壓與氧化時間曲線 60 4-2 顏色分析 64 4-2-1 色澤觀察 64 4-2-2 Lab和反射率分析 68 4-3 表面粗糙度 72 4-4 微觀結構 74 4-5 成分分析 84 4-5-1 XRD 84 4-5-2 XPS 86 4-6 磨耗分析 91 4-7 腐蝕分析 97 4-7-1 極化曲線 97 4-7-2 交流阻抗 102 4-7-3 鹽霧試驗 117 第五章 結論 124 參考文獻 12620413227 bytesapplication/pdf論文公開時間：2016/08/08論文使用權限：同意有償授權(權利金給回饋學校)鎂合金微弧氧化植酸thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/262093/1/ntu-103-R01527019-1.pdf