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陰極電弧蒸鍍氮化鋁鈦鋯及氮化鋁鈦矽鋯多層薄膜之機械性質與切削性能分析

為了解決420不鏽鋼硬度的問題，作者趙晏辰 這樣論述：

AlTiN薄膜由於其優異的機械性能（包括高硬度，耐磨性和耐蝕性以及出色的熱穩定性）而廣泛用作切削工具、壓鑄模具和汽車零件等各種工業應用中的保護性塗層，為了滿足現代工具在高速乾切應用中不斷增長的需求。本研究使用陰極電弧蒸鍍技術(CAE)鍍製AlTiZrN、AlTiZrSiN多層薄膜，並採用漸進層設計以改善薄膜殘留應力及提升附著性能，針對薄膜結構、表面性質、機械性質與切削性能等進行分析探討。 本實驗藉由使用場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM)與高解析穿透式電子顯微鏡(HR-TEM)觀察並分析薄膜之微觀結構並搭配X光能量分散光譜分析儀(EDS)測量薄膜元素成份，接著利用X光繞射分析儀(XRD

)觀察薄膜之晶體結構及結晶相分析，再使用三維表面輪廓儀與水接觸角儀檢測薄膜的表面性能。機械性質分析先利用洛氏壓痕試驗機及刮痕試驗機評估薄膜與基材之間的附著性能，接著使用微小微克氏壓痕試驗機及奈米壓痕試驗機測量薄膜硬度值及彈性係數，再透過球對盤磨耗試驗機(Ball-On-Disk)觀察薄膜抗磨耗性能。最後將薄膜鍍製在碳化鎢銑刀上，對304不鏽鋼進行循環切削測試，探討薄膜對刀具磨損情況及刀具壽命的影響。 根據研究結果顯示，XRD顯示AlTiSiN/ZrN薄膜由於添加Si元素後，薄膜由強度較強的繞射峰轉變為強度較弱且較寬廣的繞射峰，晶粒尺寸也變小，接著FE-TEM觀察薄膜截面形貌，觀察到薄膜由柱狀

晶結構轉為緻密的奈米複合結構，且頂層沒有觀察到明顯之柱狀晶結構。機械性質方面，單層AlTiN薄膜有最高之硬度(31.59GPa)及H3/E*2值(0.293)，而AlTiN/ZrN 1:1薄膜有最佳之抗破裂韌性KIC值(1.08MPa√m)，在連續乾式磨擦鉻鋼球300m後，AlTiN及AlTiN/ZrN 2:1薄膜有大量沾黏情況發生。最後由SUS 304不鏽鋼切削試驗，結果顯示AlTiN/ZrN 1:1薄膜有最低的刀刃磨耗，且從球對盤磨耗分析中可以得知有較低之磨耗率及優異的抗沾黏特性，且有較佳的抗破裂韌性，因此可以有效降低切削沾黏磨損及發生熱裂紋情況進而提升刀具壽命，更優於單層AlTiN薄膜刀

具。

常壓電漿氮化處理對AISI 304不鏽鋼抗衝擊磨損和耐蝕性能之研究

為了解決420不鏽鋼硬度的問題，作者張祐錡 這樣論述：

第一章 緒論 11.1 前言 11.2 研究背景與目的 4第二章 文獻回顧 52.1 不鏽鋼介紹 52.1.1 定義 52.1.2 合金元素對不鏽鋼的影響 62.1.3 實驗所使用之材料 102.2 氮化處理 112.2.1 介紹 112.2.2 氮化原理與技術 112.2.3 氮化層組織與性質 162.2.4 化合物層厚度的控制 182.2.5 氮化物形成元素 182.3 擴散介紹 202.3.1 定義

202.3.2 擴散機制 212.3.3 穩態擴散 222.3.4 非穩態擴散 242.4 電漿介紹 272.4.1 定義 272.4.2 原理及反應機制 282.4.3 崩潰電壓 332.4.4 非平衡電漿與平衡電漿 332.4.5 常壓電漿 342.5 腐蝕介紹 372.5.1 定義 372.5.2 化學腐蝕與電化學腐蝕 372.5.3 微電池 392.5.4 腐蝕電位與腐蝕速率 412.5.5 腐蝕電流及速度的測

量方法 422.5.6 腐蝕型態 442.5.7 合金元素對不鏽鋼耐蝕性的影響 47第三章 實驗方法 503.1 實驗設計 503.2 實驗材料 523.3 實驗步驟 533.3.1 AISI 304不鏽鋼之氮化前處理 533.3.2 常壓電漿噴射束之氮化處理流程 533.4 實驗設備 553.5 分析儀器 573.5.1 光學放射光譜儀 573.5.2 熱電偶溫度計 583.5.3 光學顯微鏡 593.5.4 場發射掃描式電子

顯微鏡 603.5.5 X光繞射儀 613.5.6 維克氏硬度機 613.5.7 循環式動態衝擊試驗機 633.5.8 白光干涉儀 633.5.9 恆電位儀 64第四章 結果與討論 664.1 電漿檢測 664.1.1 電漿物種分析 664.2 溫度測量 684.2.1 溫度分析 684.3 微結構觀察 714.3.1 光學顯微鏡用於不鏽鋼剖面之腐蝕形貌分析 714.3.2 場發射掃描式電子顯微鏡用於表面、剖面形貌分析 744.4

元素與晶體結構判定 774.4.1 能量散射光譜儀用於氮元素成分分析 774.4.2 X光繞射分析 794.5 機械性質分析 834.5.1 表面硬度分析 834.5.2 剖面硬度分析 854.5.3 衝擊試驗分析 884.6 電化學分析 904.6.1 動電位極化曲線分析 904.7 氮化機制推導 944.7.1 常壓電漿噴射束之氮化機制探討 944.7.2 氮化動力學探討 96第五章 結論 98第六章 未來展望 99參考文獻

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