淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


  查詢圖書館館藏目錄
系統識別號 U0002-0207201016462600
中文論文名稱 以有機酸溶液進行鎂合金表面處理之研究
英文論文名稱 Surface Processing of Magnesium Alloy in Organic Acid Solutions
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 張景翔
研究生英文姓名 Ching-Hsiang Chang
電子信箱 697400595@s97.tku.edu.tw
學號 697400595
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-06-14
論文頁數 92頁
口試委員 指導教授-蔡子萱
共同指導教授-張裕祺
委員-吳容銘
委員-周偉龍
委員-吳永富
中文關鍵字 表面處理  鎂合金  有機酸  腐蝕 
英文關鍵字 Surface processing  Magnesium alloy  Organic Acid  Corrosion 
學科別分類
中文摘要 輕量化、節能與環保訴求的趨勢下,鎂合金的發展日益重要;然而,鎂合金的高活性卻限制了它的發展,所以相關的加工成為鎂合金應用重要的處理步驟,為使每一道加工程序獲得最佳的品質,加工前的表面處理非常重要,目前此處理大多以人工研磨方式進行,缺乏一自動化、快速與穩定的處理方式。因此,本研究將鎂合金置於有機酸溶液中,進行浸泡、超音波震盪或化學機械研磨三種方式處理,比較三種處理方式後的移除量、表面光學性質及表面形貌,並討論有機酸和鎂合金間的反應機制。研究結果顯示使用B溶液可得到較高的移除量,而以化學機械研磨後的試片可得到較高的表面光澤度及較低的粗糙度,但是使用B溶液會使試片表面生成含鎂、鋁、鋅的沉澱物,進而影響鎂合金性質。使用A溶液進行化學機械研磨處理時,隨時間增加,移除量持續上升,且表面形貌差異小。在有機酸中加入乙醇,可使鎂合金移除量降低,其中以B加入乙醇後之移除量有較大幅度的減少,並且在表面形貌上亦有明顯的改變。以極化曲線分析鎂合金在B及A溶液中的反應機制發現,B溶液中的氫根離子與B酸根離子對鎂合金的溶解與鈍化作用是影響反應速率與表面形貌的關鍵;而鎂合金於A溶液中則僅有溶解作用。 將處理後之試片置於3.5 wt%鹽水中進行極化分析,結果發現使用A溶液進行化學機械研磨後的試片表面有最低的腐蝕電流與電位,故有更好的抗腐蝕能力表現。實驗發現使用A溶液進行化學機械研磨處理,可使鎂合金AZ31達到表面光澤度改善率495%,與粗糙度0.889 μm (Ra),優於其他處理程序。且可利用時間控制移除量;處理後的試片在抗腐蝕能力方面亦表現良好,具有取代人工機械研磨的潛力。
英文摘要 In the trend of lightweight and energy-saving demands, magnesium alloys become important materials. However, magnesium alloys are susceptible to corrosion and this has limited the wide-spread application. Then a number of coating or surface processing for magnesium and its alloy are studied. This work used A and B to remove impurities and to level surface of magnesium alloys, AZ31; immersion, ultrasonic treatment or chemical mechanical polishing were conducted. The experimental results show that the removal amount of magnesium alloys was more in B than that in A, but high gloss improvement, 495%, and low surface roughness, 0.889 μm, were obtained after chemical mechanical polishing in A. In the processing with B, precipitates containing magnesium, aluminum and zinc were found, resulting in serious local corrosion on alloy surface. In addition, the application of ethanol in organic acids reduced the removal amount and changed surface topography of magnesium alloys, especially in B. The reaction mechanisms of magnesium alloys in B and A, and the corrosion behaviors in 3.5 wt% NaCl solutions were investigated using electrochemical polarization techniques. Our present study shows that A can be an alternative while B is not suitable for cleaning magnesium alloys, AZ31, and the better performance was conducted by chemical mechanical polishing than other processing.
論文目次 主目錄
目錄III
表目錄IV
圖目錄V
第一章 緒論1
1-1鎂合金的命名與分類1
1-2鎂合金之應用價值與應用現況1
1-3鎂合金的應用限制3
1-4鎂合金表面防蝕加工處理4
1-5研究動機5
第二章 文獻回顧9
2-1鎂合金的前處理溶液10
2-2表面處理方法研究13
第三章 基本原理19
3-1金屬腐蝕19
3-2電極動力學21
3-3金屬表面特性25
第四章 實驗設備與方法33
4-1儀器設備與藥品33
4-2 實驗步驟34
第五章 結果與討論42
5-1有機酸種類與濃度效應42
5-2時間效應48
5-3添加乙醇的效應50
5-4鎂合金於有機酸溶液中的動力學機制52
5-5抗腐蝕能力分析56
第六章 結論88
參考文獻89

表目錄
表1-1鎂合金、鋁合金及工程塑膠之機械性質6
表1-2鎂合金與鋁合金在不同環境下的腐蝕速率6
表2-1 Groshart整理鎂合金常用之加工前的表面處理溶液15
表2-2鎂合金加工前處理溶液整理16
表2 3鎂、鋁、鋅於不同酸根離子中的溶解情況17
表3-1常見的標準還原電位28
表4-1鎂合金AZ31B之組成39
表4-2實驗條件整理39
表5-1本研究中不同濃度有機酸的pH值59
表5 2有機酸根與鎂、鋁、鋅離子之錯合常數60
表5-3原始試片及利用0.2 M有機酸進行處理後的表面平均粗糙度61
表5-4鎂、鋁、鋅在B或A溶液中非離子錯合物的溶解情形61
表5-5不同處理時間的表面粗糙度表現61
表5-6有機酸加入乙醇之pH值比較62
表5-7鎂合金與有機酸根離子所形成的非離子錯合物的溶解情形62
表5-8 B水溶液的解離計算62
表5-9鎂合金在有機酸中的動力學參數63
表5-10鎂合金在添加不同乙醇量的有機酸中之動力學參數63

圖目錄
圖1-1台灣鎂合金錠每季平均進口量趨勢7
圖1-2金屬的標準還原電位7
圖1-3鎂合金中其他金屬元素對腐蝕速率的影響8
圖1-4不同金屬在3~6%鹽水溶液中的腐蝕電位8
圖2-1各種處理之洗淨效果18
圖2-2 CMP系統裝置圖18
圖3-1基本的電化學系統29
圖3-2鋅浸漬在酸性溶液中之電化學腐蝕反應29
圖3-3鋅在酸性溶液中的極化曲線30
圖3-4濃度極化30
圖3-5擴散層模式31
圖3-6不同光澤度表面適用的入射角31
圖3-7測量長度範圍內之中心線平均粗糙度值Ra32
圖4-1化學機械研磨處理程序之裝置側視圖40
圖4-2極化實驗系統示意圖40
圖5-1鎂合金移除量對有機酸濃度的關係圖64
圖5-2原B溶液(反應前)以及鎂合金浸泡3分鐘後的B溶液之情形65
圖5-3 XRD分析圖5-2白色沉澱物的結果65
圖5-4鎂合金表面光澤度改善率對有機酸濃度的關係圖66
圖5-5原始試片以及利用0.2 M有機酸進行處理後的鎂合金表面結果67
圖5-6原始試片以及利用0.2 M有機酸進行處理後的試片表面輪廓圖68
圖5-7原始試片以及利用0.2 M有機酸進行處理後的試片表面光學顯微鏡圖69
圖5-8使用B進行超音波震盪處理後的試片70
圖5-9使用0.2 M有機酸進行化學機械研磨後的試片表面SEM圖71
圖5-10機械研磨與A、B浸泡處理後的XRD分析圖譜72
圖5-11機械研磨與A、B超音波震盪後的XRD分析圖譜72
圖5-12機械研磨與A、B化學機械研磨後的XRD分析圖譜73
圖5-13超音波震盪處理或浸泡處理之移除量對處理時間關係74
圖5-14化學機械研磨或浸泡處理之移除量對處理時間關係75
圖5-15有機酸以不同處理方式3分鐘後的試片表面光學影像圖76
圖5-16有機酸以不同處理方式6分鐘後的試片表面光學影像圖77
圖5-17有機酸添加乙醇對鎂合金移除量影響的關係圖78
圖5-18 0.15 M有機酸、6 M乙醇混合液進行超音波震盪處理後的試片外觀79
圖5-19 0.2 M B、6 M乙醇混合液進行超音波震盪處理後的試片外觀79
圖5-20 A溶液中進行鎂合金表面處理後的SEM圖像80
圖5-21 B溶液中進行鎂合金表面處理後的SEM圖像81
圖5-22圖5-21 (e)及(f)的EDS分析82
圖5-23乙醇添加對鎂合金試片表面光澤度影響82
圖5-24鎂合金在B溶液中的極化曲線83
圖5-25鎂合金在A溶液中的極化曲線83
圖5-26鎂合金在有機酸含不同乙醇濃度之極化曲線84
圖5-27使用有機酸表面處理後的鎂合金試片在鹽水中的極化曲線85
圖5-28化學機械研磨與機械研磨處理後的試片在鹽水中之極化曲線86
圖5-29化學機械研磨與機械研磨處理後的試片表面形貌86
圖5-30鎂合金試片極化試驗(0.2 M A添加12 M乙醇)後的試片情況87

參考文獻 Boeckler, G. K.: “Measurement of gloss and reflection properties of surfaces,” Metal Finishing, 1995, 93(5), pp. 28-31.

Chai, L., Yu, X., Yang, Z., Wang, Y., Okido, M.: “Anodizing of magnesium alloy AZ31 in alkaline solutions with silicate under continuous sparking,” Corrosion Science, 2008, 50(12), pp. 3274-3279.

Dean, J.A.: “Lange's Handbook of Chemistry 15th,” McGraw-Hill, 1999.

Ding, Z., Zhang, M., Han, J.: “Synthesis of magnesium aluminate powders utilizing the solubility relationships in the Mg–Al–oxalic acid–H2O system,” Bulgarian Journal Physics, 2003, 30, pp. 152-157.

Fu, W. E., Lin, T. Y., Chen, M. K., Chen, C.C.: “Surface qualities after chemical-mechanical polishing on thin films,” Thin Solid Films, 2009, 517(17), pp. 4909-4915.

Glicksman, R.: “Anodic dissolution of magnesium alloys in aqueous salt solutions,”Journal of The Electrochemical Society, 1959, 106(2), pp. 83-88.

Goode, B. J., Jones, R. D., Howells, J. N. H.: “Ultrasonic pickling of steel strip,” Ultrasonics, 1998, 36(1-5), pp. 79-88.

Groshart, E. C.: “Pickling and acid dipping,” Metal Finishing, 2000, 98(1), pp. 183-193.

Goyne, K. W., Zimmerman, A. R., Newalkar, B. L., Komarneni, S., Brantley, S. L., Chorover, J.: “Surface charge of variable porosity Al2O3(s) and SiO2(s) adsorbents,” Journal of Porous Materials, 2002, 9, pp. 243–256.

Ghali, E., Dietzel, W., Kainer, K. U.: “General and localized corrosion of magnesium alloys: a critical review,” Journal of Materials Engineering and Performance, 2004, 13(1), pp. 7-23.


Kotrly, S., Sucha, L.: “Handbook of chemical equilibria in analytical chemistry,” Chichester, 1985.

Li, Y., Burstein, G. T., Hutchings, I. M.: “The influence of corrosion on the erosion of aluminium by aqueous silica slurries,” Wear, 1995, 186-187(Part 2), pp. 515-522.

Li, G. Y., Lian, J. S., Niu, L. Y., Jiang, Z. H., Jiang, Q.: “Growth of zinc phosphate coatings on AZ91D magnesium alloy,” Surface and Coatings Technology, 2006, 201(3-4), pp. 1814-1820.

Lide, D. R. Editor in Chief: “CRC Handbook of Chemistry and Physics 90th Edition,” ch.8, 8-115~8-117, 2010.

Maltais, A., Dub, D., Fiset, M., Laroche, G., Turgeon, S.: “Improvements in the metallography of as-cast AZ91 alloy,” Materials Characterization, 2004, 52(2), pp. 103-119.

Niu, L. Y., Jiang, Z. H., Li, G. Y., Gu, C. D., Lian , J. S.: “A study and application of zinc phosphate coating on AZ91D magnesium alloy,” Surface and Coatings Technology, 2006, 200(9), pp. 3021-3026.

Nwaogu, U. C., Blawert, C., Scharnagl, N., Dietzel, W., Kainer, K. U.: “Influence of inorganic acid pickling on the corrosion resistance of magnesium alloy AZ31 sheet,” Corrosion Science, 2009, 51(11), pp. 2544-2556.

Nwaogu, U. C., Blawert, C., Scharnagl, N., Dietzel, W., Kainer, K. U.: “Effects of organic acid pickling on the corrosion resistance of magnesium alloy AZ31 sheet,” Corrosion Science, 2010, doi:10.1016/j.corsci.2010.03.002.

Perry, R.H., Green, D.W.: “Perry's Chemical Engineers' Handbook 7th,” McGraw-Hill, 1997.

Rudy, S. F.: “Pickling and acid dipping,” Metal Finishing, 2007, 105(10), pp. 139-146.

Supplit, R., Koch, T., Schubert, U.: “Evaluation of the anti-corrosive effect of acid pickling and sol-gel coating on magnesium AZ31 alloy,” Corrosion Science, 2007, 49(7), pp. 3015-3023.
Udhayan, R., Bhatt, D. P.: “On the corrosion behaviour of magnesium and its alloys using electrochew kal techniques,” Journal of Power Sources, 1996, 53, pp. 103-107

Umehara, H., Takaya, Terauchi, M., S.: “Chrome-free surface treatments for magnesium alloy,” Surface and Coatings Technology, 2003, 169-170, pp. 666-669.

Volovitch, P., Masse, J. E., Fabre, A., Barrallier, L., Saikaly, W.: “Microstructure and corrosion resistance of magnesium alloy ZE41 with laser surface cladding by Al-Si powder,” Surface and Coatings Technology, 2008, 202(20), pp. 4901-4914.

Wang, L., Shinohara, T., Zhang, B. P., Iwai, H.: “Characterization of surface products on AZ31 magnesium alloy in dilute NaCl solution,” Journal of Alloys and Compounds, 2009, 485(1-2), pp.747-752.

Zhao, M., Wu, S., An, P., Luo, J.: “Influence of surface pretreatment on the chromium-free conversion coating of magnesium alloy,” Materials Chemistry and Physics, 2007, 103(2-3), pp. 475-483.

Zhang, W. X., He, J. G., Jiang, Z. H., Jiang, Q., Lian, J. S.: “Electroless Ni-P layer with a chromium-free pretreatment on AZ91D magnesium alloy,” Surface and Coatings Technology, 2007 , 201(8), pp. 4594-4600.

余鐵城,“表面處理”,1988。
柯賢文,“腐蝕及其防制”,全華科技圖書公司,2001。
徐紅霞,張修麗,“2007上海工程技術大學學報”,上海工程技術大學基礎教學學院,2010,21卷4期,201620。
馬寧元,黃建龍,“淺談鎂合金之表面處理” 鎂合金產業通訊Magnesium Industry Newsletter,2009, 11(3),pp. 26-44。
陳翠華,“2004 年鎂合金產業展望”,經濟部工業局輕金屬資訊網,2005。
陳中一,“2008年鎂價是否會持續飆漲”,金屬中心產業資訊與企劃組,2008。
陳中一,“2008台灣鎂金屬產業回顧與展望”, 金屬工業研究發展中心 ,2009。
陳中一,“金屬材料月報─鎂金屬篇 99年2月號” ,金屬工業產業研究組,2010(A)。
陳中一,“2009年第三季我國鎂合金錠進口分析” 鎂合金產業通訊Magnesium Industry Newsletter,2010(B),12(1),pp. 21-22。
黃振賢,“機械材料”,文京圖書有限公司,1995。
劉文海,“金屬材料月報─鋁金屬篇 96年11月號”,金屬工業產業研究組,2007。
劉文海,“金屬材料月報─鋁金屬篇 99年2月號” ,金屬工業產業研究組,2010。
劉富雄編譯,北村義治、鈴木紹夫原著, “防蝕技術”,全華科技圖書公司,2001。
賴耿陽,“實用金屬表面檢查試驗”,復漢出版社,1999。
鮮祺振編譯,“金屬腐蝕及其控制”,徐氏基金會出版,1995。
鮮祺振,Samuel A. Bradford原著編譯,“腐蝕控制”,徐氏基金會出版,1998(A)。
鮮祺振,Bruce D. Craig原著編譯, “金屬腐蝕膜特性探討”,徐氏基金會出版,1998(B)。
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2015-07-30公開。
  • 不同意授權瀏覽/列印電子全文服務。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信