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以摩擦攪拌製程製備具表面鍍銅SiC顆粒強化之鋁基複材研究及其強化機理探討

為了解決AL5052 硬度的問題，作者黃智威 這樣論述：

摘要鋁合金在近年來因許多產品走向輕量化的趨勢而受到廣泛的應用。進而促使鋁合金複合材料的領域蓬勃發展。鋁合金中添加陶瓷顆粒形成鋁基複合材料(Aluminum Matrix Composite, AMCs)配合熱處理後的特性可大幅提升鋁合金的機械性質與耐磨耗特性。而陶瓷顆粒強化金屬基複合材料在製作上有兩大問題分別是顆粒在基地中團聚以及陶瓷顆粒與金屬基地間的接合性不佳。因此本研究利用摩擦攪拌製程將表面鍍銅之SiC顆粒使用特殊添加方式攪入鋁合金基地，可使強化顆粒均勻且接合良好的分佈於基地中。先以化學法將強化相顆粒表面鍍著銅膜，透過摩擦攪拌製程製備添加鍍銅SiC顆粒強化之鋁基複合材料。由於製程添加鍍銅

SiC強化顆粒能使強化相與鋁基地鍵合良好，也能效提高硬度與拉伸性質。因此以材料相之微觀分析，闡釋強化機理。並深入探討鍍銅SiC顆粒對於鋁基地形成鋁基複材的影響，其中鋁基地對於銅成分的提升，是可有效增強機械性質的效果，以及添加鍍銅顆粒對於鋁基地內差排密度與再結晶性等影響。綜合幾項結果說明了1.銅膜會於鋁基地中擴散、2.剝落的銅膜會形成鋁銅介金屬強化相與銅會固溶進入鋁基地內產生彌散強化等多種強化機制。而Orowan強化與兩相材料之熱應力差排為添加鍍銅SiC顆粒強化鋁基複材的兩個最主要強化機制。關鍵字: 摩擦攪拌製程、顆粒強化鋁合金基複合材料、介金屬、無電鍍銅SiC顆粒、Orowan強化機制

以摩擦攪拌積層製造鋁合金積層材之性質分析

為了解決AL5052 硬度的問題，作者黃泳鋒 這樣論述：

近年來，工業快速發展對能源消耗不斷增加，導致地球上的資源正在急遽銳減當中。節能減碳的綠色製造議題為近年機械工程研究趨勢指標，而許多航太應用之鋁基元件為複雜結構，其加工過程中費時與廢料且耗能對地球與環境極不友善，為了得到低成本之精細且均勻的複雜結構，所以航空、航太產業致力於新興3D積層製造技術的發展。積層製造技術(Additive Manufacturing, AM)其製造時由3D模型數據來堆積材料使物體成形的方法，有別於減法加工，是以逐層添加材料製造元件。但傳統金屬積層製造仍有積層速率、積層材料性質、積層體積與積層成本等待突破的重點。若以較新穎之技術:摩擦攪拌固相積層製造(Friction

Stir Additive Manufacturing, FSAM)，將以固態積層之方式將材料堆疊成所需幾何形狀，不僅製備鋁鎂輕合金相變問題，也能有效避免積層材料內部孔隙與凝固缺陷，使積層材有優越之機械性質。本研究以耐腐蝕性優良且烤漆後強度較高之析出硬化型6系鋁合金作為底板，以晶粒細化型5系鋁合金作為補強肋，利用連續堆疊的方式製備T型結構件。探討其積層區材料流動現象，並測試其機械性質，最後以電子背向散射繞射分析其微結構與機械性質之關係，以闡述其強化機理。目前金相觀察顯示有鉤狀結構(hook)的產生，但是由於其並沒有蔓延入積層區，故不會影響積層材性質。硬度試驗結果顯示積層材硬度值由底部向頂部降低

，且道次重疊區域會因重複攪拌而使其硬度降低。利用電子背向散射繞射分析可得知，於較高層數區域內有更好的晶粒細化效果，而底部區域會因製程中往覆的熱循環影響，使其發生類似於退火的現象，使其晶粒粗化。而Kernel average misorientation 分析發現，底部區域其再結晶比例較高，而道次重疊區域經重複攪拌後，亦能提高其再結晶比例。為了優化積層材其機械性質或製備功能梯度材料，繪製出摩擦攪拌固相積層製程參數範圍，利用積層區寬度、hook影響寬度與積層區平均硬度量化其積層區特性。由橫截面金相可發現當熱輸入量不足時，會因材料流動不及而導致缺陷的發生。且後退邊hook將會沿著接合線水平蔓延入積層

區，隨著單位熱輸入量的增加，其鉤狀結構隨著熱機影響區生長的現象愈趨明顯。積層區平均硬度可得知，Al6061-T651若參數選擇適當，經製程後最高則可達105HV約為母材95%之硬度值。Al5052-H32經製程後則為65HV約為母材81%之硬度值，且可發現單位熱輸入量對其硬度趨勢並無太大影響。