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高功率脈衝磁控濺射製程靶材輸出與同步偏壓脈衝時序沉積氮化物性能之效應

為了解決Stellite 6的問題，作者黃世宇 這樣論述：

本研究利用高功率脈衝磁控濺射(High Power Impulse Magnetron Sputtering, HiPIMS)系統且使用Ti靶搭配具有HiPIMS同步設定或延遲的偏壓系統沉積氮化物薄膜於碳化鎢(WC)與矽晶片(100)。並探討TiN薄膜在不同偏壓觸發延遲時間下對薄膜微結構與機械性質的影響。I. 偏壓為同步觸發延遲模式之TiN膜層效應透過高功率脈衝磁控濺鍍且偏壓設定在同步模式下使用觸發延遲功能，藉由改變觸發延遲時間(0 μs、50 μs、100 μs、150 μs)變化時沉積的 TiN 薄膜，並探討延遲偏壓的放電時序條件對 TiN 薄膜的成分、微觀結構和附著性的影響。薄膜的厚

度取決於偏壓電流和電壓值，EPMA 和 XRD 分析結果表明，同步偏壓導致鈦含量高的 TiN 具有(111)優選取向，而直流偏壓導致氮含量高的 TiN 具有(220)優選取向。當偏壓系統由直流轉變為同步時，TiN薄膜的殘留應力從-6.7 GPa降低到-4.0 GPa，提高了薄膜與基材的附著性。在 0 μs 的觸發延遲時間獲得硬度 (31.1 GPa)、楊氏係數 (561 GPa)、附著性 (83.7 N) 和最低磨耗率 (3 × 10−6mm3N−1m−1) 的最佳結果。II. 同步偏壓模式之AlTiN膜層效應透過高功率脈衝磁控濺鍍及同步偏壓結合觸發延遲功能與偏壓輸出時間，藉由TD0與TD5

0改變偏壓輸出時間(3%、6%、12%、18%)沉積AlTiN膜層，並探討偏壓的放電時序條件對AlTiN膜層的成分、微觀結構和附著性的影響。FE-SEM分析結果表明TD50, on 3%會有最高沉積速率為22.11 nm/min。EPMA與XRD的結果表明當Al比值x為0.71~0.74會導致h-AlN結構產生。TEM與奈米壓痕分析結果表明，直流偏壓轉變為同步偏壓提升偏壓輸出時間會使AlTiN晶粒細化約20 nm~30 nm，使硬度提升從22.7提升至24.7 GPa、殘留應力從-0.81 GPa提升至-1.04 GPa，並在TD0, on 6%時獲得最低殘留應力(-0.24 GPa)和最佳附

著性(54.8 N)。

耐磨塗層材料開發與研究

為了解決Stellite 6的問題，作者吳仁智 這樣論述：

磨損被列為材料三大失效原因(斷裂、腐蝕、磨損)之一。可分成滑動、刨削、衝擊與腐蝕性磨損，其形成原因為承受應力大小、衝擊條件、料件尺寸、硬度、流速、衝擊角度以及工作溫度等，廣泛應用於機械、冶金、電力、建材、國防、船舶、鐵道、煤碳、化工等領域，是相當重要的消耗性材料。無論是金屬對金屬或者金屬對磨料的接觸，都會導致零件變形或損耗，因此常需更換零組件，進而降低設備的效率。受到磨損、腐蝕的設備機件皆可以採用表面處理的銲補加工處理，增加其使用壽命，其中Fe-Cr-C合金普遍應用於高硬度、耐腐蝕、耐磨耗。本研究使用包藥銲線電弧銲搭配自行開發之生產機台，依據耐磨耗數據、化學成分、晶相、硬度、可加工性、衝擊性

等六項品質並搭配銲接參數控制系統、機台擺弧樣式、冷卻控制等製作高鉻鐵基複合耐磨板。另外運用電漿粉末堆銲(Plasma Transferred Arc PTA) 製造高品質的塗層，製作鎳基合金粉末中當碳化鎢含量高達60%時，並優化PTA三個銲接參數電流、送粉速度、銲接速度找尋最佳銲接參數來製作高耐磨耗、耐高溫、耐腐蝕等耐磨塗層。關鍵字：電漿粉末堆銲、碳化鎢、Fe-Cr-C合金。