as国立交通大学机构典藏-交通大学

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1、國立交通大學工學院精密與自動化工程學程碩士論文銀基填料對高熵合金真空硬銲特性之研究TheVacuumBrazingCharacteristicsofHighEntropyAlloysusingSilver-BasedFillerMetals研究生:邱垂昌指導教授:周長彬教授中華民國九十四年十一月一、前言1.1研究動機硬銲(brazing)係以高於450℃(840℉)溫度，且低於母材母材融熔溫度下，使填充金屬融熔，並藉著毛細作用使液化之填充金屬分佈於母材接頭表面之間，使產生結合效果之一種銲接方法。硬銲最大的特點是母材並不會熔解，因此有別於一

2、般之熔銲，為今日最重要之銲接方法之一，其接合特性如下:1.硬銲接頭可得甚高之強度。2.硬銲接頭通常具有延展性，可承受相當之衝擊及震動。3.硬銲操作時間短暫快速。4.硬銲適合於異種金屬之接合。5.硬銲基本上是一種一次完成之操作程序，銲後很少需要再加以研磨、挫削、機械拋光等加工。6.硬銲所需之費用相當經濟。7.硬銲接合部分暴露之面積最少。8.硬銲可高度地配合自動化之操作。銀合金填充金屬因具有良好之硬銲特性，故目前已被廣泛使用於鐵類與非鐵類金屬之硬銲。經由適當之控制，所有的硬銲加熱方法均可使用，而不會過度地退火或是改變母材之性質。接頭型式一般使

3、用搭接方式，在1接頭強度需求不太嚴格時，則亦可使用於對接式接頭。傳統上合金系統的開發大多以一個金屬元素為主，並添加其他元素來改良其合金之性質，諸如鐵合金、銅合金、鋁合金等。鑒於以往合金系統的開發侷限在一個或兩個主要元素，且合金系統發展近年來已面臨瓶頸，葉氏乃開創多主元素之高熵合金新觀念，運用鐵、鋁、金….等元素共同組成，每種元素至多不超過35%，經各種元素排列組合後，可組合成許多種新合金，此新合金可較傳統合金更耐蝕、更耐高溫、硬度高且不易氧化，除應用其機械特性外，配合化學及物理特性(光、電、磁、熱)，則應用範圍甚廣，其應用領域包括如下：(

4、1)高硬度的耐磨、耐溫、耐蝕等工具、模具和刀具。(2)利用噴塗、濺鍍、硬銲或鑄造包覆法製作各種構件之硬面，如高爾夫球頭打擊面、油壓氣壓桿、鋼管壁面及滾壓筒面。(3)變壓器、馬達磁心、磁頭、磁碟、磁光碟等。(4)化學工廠、船艦之耐蝕高強度材料。(5)渦輪葉片、銲接材料、熱交換器及高溫爐之材料。(6)儲氫材料。(7)微機電材料。銲接為現今工業之常用接合機械零件方式，依加熱源與作業方式之不同，可區分為：電弧銲、電阻銲、摩擦銲、軟銲與硬銲、雷射銲等無論是2大型構件接合，如建築、橋樑、船舶、飛機，甚至太空梭和火箭，或是微小的積體電路接腳，均需使用不

5、同銲接方式接合。然而，高熵合金為近年國內自行開發出來的新材料，為我國獨步全球的開發與創始，對於高熵合金之各種機械、化學、物理等特性，製造和接合等技術上，均缺乏相關學術文獻與實務經驗可供參考。因此，本研究針對銀基硬銲填料運用在高熵合金的真空硬銲特性進行一系列實驗與探討，期望藉由本論文對於其接合特性之研究，促進高熵合金之實務應用範圍。1.2研究目的本研究主要目的係為探討銀基填料對高熵合金硬銲接合之機械性質與顯微組織影響，並評估其真空硬銲接合之特性，俾做為實務運用之參考。主要研究項目包括：1.高熵合金鑄件之機械性質及顯微組織影響。2.高熵合金受

6、硬銲製程之熱循環處理後對其機械性質和顯微組織的影響。3.銀基硬銲填料對高熵合金同質及異質硬銲之顯微組織探討。3二、文獻回顧2.1研究背景傳統上，合金之設計及選擇幾乎都採用一個元素或一個化合物為主，例如鋼鐵材料以鐵元素為主，鋁合金以鋁元素為主，鎳基超合金以鎳元素為主[1,2]。傳統合金設計理念限制了合金成份的自由度，並因而限制特殊微結構及性能的發展。近年來，日本東北大學Inoue教授研究出大尺寸非晶質材料（bulkamorphousmaterials），在美國受到相當大的重視，己有幾所著名大學與國家級實驗室，從事此大尺寸非晶質材料的探討[3

7、-7]。其觀念乃利用原子半徑顯著不同的至少三種元素，從高溫液態冷卻成固態時，仍保持（或大略保持）液態的狀態（該液態相當於非晶質狀態）；由於非晶質合金中沒有晶界及析出相，且其原子鍵結較一般結晶合金強，因此，非晶質合金具備良好的軟磁性、永磁性、抗腐蝕性及機械性質等[8-13]。雖然大尺寸非晶質合金在尺寸上有相當不錯的進展，但其合金設計仍不脫離以一種元素為主的架構。有鑑於此，洪氏乃於1995年提出新的合金設計觀念：〝高熵合金(high-entropyalloys)〞，以突破傳統上的限制[14]。傳統合金的單一主元素都至少在50%以上，高熵合金則

8、顛覆此一傳統合金觀念，強調用五個以上的主元素來製作合金，每個元素含量不超過35%。由於主元素很多，高亂度或高熵成為其異於傳統合金的基本特色。在此一4新合金觀念下能產生的合金難以計數，遠超過傳統