技術與知識交流 / Technology and knowledge sharing

物理氣相沉積法(PVD)為工業界常用來改善材料表面硬度及耐磨性的技術，其中非平衡磁控濺鍍(UBM)為成熟的技術之一，其主要優點(1)負偏壓施於基板時會吸引低動能的離子來撞擊，形成更佳黏結的緊實鍍膜(2)鍍膜微結構及化學成分容易借由變化濺鍍參數來控制(3)適合工業使用且其鍍膜性質之再現性高且可製備多種鍍膜材料，而利用 UBM 所披覆之鍍膜，具有高硬度、高化學穩定性、均質性及高耐磨耗性等優點，常應用於切削工具、磨耗設備及成形模具等工件之表面。

研究動機

傳統對於使用過的廢油都是交付廢油公司回收處理，而通常採取的方式為回收再製煉或是直接當燃料在鍋爐中燃燒，但是大部分廢油都含有許多微量的重金屬物質，燃燒時會產生顆粒污染物造成空氣汙染，而若污染物是在潤滑油中且粒徑大過5到20微米(micron)則會產生引擎磨擦損害高達70%。

離子氮化與氣體滲氮相比具有滲氮速度快、滲氮層組織易于控制、脆性小、無環境污染、節約電能、氣源與變性量等優點。其原理是利用輝光放電原理進行，離子滲氮充以含氮氣體的低真空爐內把金屬工件作為陰極爐體為陽極，通電後介質中的氮氫原子在高壓直流電場下被電離，在陰陽極之間形成等離子區。在等離子區強電場作用下，氮和氫的正離子以高速向工件表面轟擊。離子的高動能轉變為熱能，加熱工件表面至所需溫度。由於離子的轟擊，工件表面產生原子濺射，因而得到輝光洗淨效果，同時由於吸附和擴散作用，氮遂滲入工件表面。特點為可適當縮短滲氮週期；滲氮層脆性小；可節約能源和氨的消耗量；對不需要滲氮的部分可遮罩起來，實現局部滲氮；離子轟擊有淨化表面作用，能去除工件表面鈍化膜，可使不銹鋼、耐熱鋼工件直接滲氮；滲層厚度和組織可以控制。

摘要

本專題主要開發一套電化學磨料噴射加工技術(Electrochemical Abrasive jet machining, ECAJM)及探討對於鈦合金(Ti-6Al-4V)表面精修效果與研究機制。專題擬以電化學結合磨料噴射方法，開發一套電化學磨料噴射加工技術並探討其加工可行性。透過高壓氣體帶動磨粒，能使磨粒產生動能進而撞擊工件表面之特性，始能於電化學過程中，輔助去除陽極表面所生成之氧化層，以利電解反應有效持續進行，進而提升電化學加工效率。

前言

鈦合金因極具質輕、耐高溫、疲勞強度大、熱膨脹係數小與非磁性及高生物親和性，且該表面在空氣或電解液中容易形成良好化學穩定性與耐蝕性的氧化薄膜，除可保護基材，隔絕氯離子的侵蝕外，在大氣或水溶液環境下，鈦合金表面仍可迅速形成氧化薄膜，而使鈦合金在可應用的環境方面較一般合金佔優勢，是具有相當潛力的輕金屬材料【1】。因此世界上許多國家已認識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發，並得到實際應用，諸如製作飛機發動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件等【2】。

(1) 往復摩擦實驗機台及量測系統：

動態量測參數: 接觸電阻; 摩擦係數

磨耗表面分析:

表面粗糙度; 磨痕深度; SEM; OM等進行驗證

(2)立式旋轉摩擦實驗機台及量測系統：

動態量測參數:

表面磁場; 摩擦係數

磨耗表面分析:

表面粗糙度; 磨痕深度; SEM; OM等進行驗證

研究動機

高速鋸切實現之困難在於鋸切之振動所導致之鋸帶共振，造成鋸齒損壞、鋸帶斷裂、工件表面平整度不良與材料之浪費。鋸帶在鋸切時只有兩端與中間支撐，因此十分容易產生振動，且切削材料越寬，跨距越長，則剛性越弱，傳統制振設計以滾輪在鋸帶入刀端滾動，以增加支撐鋼性，屬於固體接觸，在切削過程，滾輪的鬆緊度以及滾動順暢性皆會影響其制振效果。因此本研究開發非接觸式電磁制振器，來解決固體接觸的問題，同時可彈性配置於不易安裝滾輪且振動較大區，達到制振效果。可與原防振滾輪結合增加制振以及支撐鋼性。本裝置亦可藉由磁力達到除屑功能，避免二次切削。希望藉由本組的新型電磁式防振滾輪，可以大幅降低振動，並效果顯著優於其他制振方式。

(1)微動磨耗實驗機台及量測系統：

動態量測參數: 接觸電阻; 摩擦係數

磨耗表面分析: 表面粗糙度; 磨痕深度; SEM; OM等進行驗證

(2)接觸熱阻實驗機台及量測系統

動態量測參數:

熱傳係數; 接觸熱阻

接觸表面分析:

表面粗糙度; 材料轉移; SEM; OM等進行驗證

摘要

本研究使用非平衡磁控濺鍍法披覆含氮化鈦(TiN)在經氮化熱處理前後的Ti6Al4V。實驗中有四種不同的下試件，分別為Ti6Al4V、經高溫氮化後Ti6Al4V(N-Ti6Al4V)以及將前兩者披覆氮化鈦(TiN-Ti6Al4V、TiN-N-Ti6Al4V)。表面氮化與被覆上TiN膜能夠提升抗磨耗性質。以往復式磨耗試驗機(SRV) 在0.9% NaCl溶液中進行磨耗試驗，使用316L球、Ti6Al4V球與Si3N4球三種上試件與鍍層對磨，研究其磨潤特性與磨耗機構，經過表面氮化後Ti6Al4V提升硬度，再被覆上TiN膜展現出更佳之抗磨耗性質。而Ti6Al4V系列中TiN-N-Ti6Al4V擁有最佳抗磨耗性。再用電化學評估各種試片之抗腐蝕能力；最後培養Raw264.7小鼠單核巨噬細胞於所有試片上，探討生物相容性。

摘要

本研究為對垂直式滾珠螺桿測試機之進給系統滾珠螺桿進行扭矩與振動量測，透過訊號擷取與分析來診斷機台運作之狀態。不同部位的訊號經由時域與頻域分析，包含均方根植、峰間值、波峰因子、峰度、偏度、快速傅立葉轉換及希爾伯特-黃轉換，提出關鍵特徵值，找出在正常潤滑、油膜不足、轉軸偏心及預壓不足狀態下之特徵趨勢，最後將不同特徵值輸入至倒傳遞類神經網路訓練，進行滾珠螺桿運作狀態分類與診斷，之後比對扭矩與振動特徵對於倒傳遞類神經網路分類與診斷之準確率的影響，藉由診斷的結果應用於機台運作時的預測與監控。研究結果顯示綜合扭矩特徵與振動特徵為BPN訓練樣本時，分類與診斷之準確率皆為最高，分類與診斷準確率分別為93.5 %及85.7 %以上。

研究動機

冷凍循環普遍應用於工業與一般家庭中，也是一個相當耗能的機器設備，本研究團隊嘗試以在潤滑油品中加入潤滑添加劑的方式來改善摩擦能耗，以節省冷凍機的能耗，不僅讓公司或家庭能省下一筆電費，也能對工業節能與環保綠色科技盡一份努力。

本專題主要針對藍寶石基板(Sapphire)再生技術進行探討。藍寶石其單價昂貴、厚度較薄(400~500μm)，且為增加其光萃取效率，導致表面處理技術門檻增加。目前粗化技術普遍以化學蝕刻為主，但卻有環保、良率及效率不彰等問題，為此，專題擬採自行研發之軟質拋光墊研磨技術，探討對於藍寶石基板廢片異質層表面移除效果，藉由自製拋光墊的多孔性結構與漿料供應方式的調整以提升磨料利用率，並搭配適當的研拋參數，達到專題期望之藍寶石基板再生目的，進而提供業界LED製程新選擇。

1.可清除約90%以上之伸線粉體，集塵不會粉末飄散。

2. 耐用、體積小、價廉且鋁合金具有重量輕盈且剛性佳等特性。

3. 潤滑油品雜質含量減少，油品不易劣化且可延長其使用壽命。

4. 伸線粉體年用量約1~2 Tons，產生的油泥是數倍的量，減少成型油用量與回收費用。

以質量較輕之材料組成手臂的結構，再用舵機馬達以拉線的方式使手指作動，搭配程控與搖桿熱鍵的設定，能操控機械手臂進行如猜拳、挑釁、情緒表達等複雜的動作，各作動部件也做減少摩擦設計，延長零件的壽命，手指的部分也有做摩擦設計，使手指更容易抓取物件。再加上智能感應窗在功能上的互相配合，以低噪音傳動模式，利用高摩擦係數導輪直接傳動至窗戶上，達到傳動確實之目的，應用其雨水感應自動關窗系統、偵測天氣放晴自動開窗系統，自動改善室內空氣，在防災功能有煙霧、毒氣感測器與高靈敏防夾裝置等多種實用的功能，並與機械手臂做配合，預防因機械問題而在防災的功能上有誤差的可能，使生活可以過得更安心與便利。

1.本機台結合光學定量量測油膜厚度與電阻定性量測油膜厚度關係，建立可以動態分析元件運轉時之油膜厚度變化，並且用雷諾方程式驗證其可行性，解決一般光學法僅能在透明材料進行定量量測油膜厚度之限制，而可以運用在實際材料之機台。本儀器也以不同方向粗糙度形貌驗證其油膜厚度、以咖啡生質油驗證其比普通礦物油具有較優異之抗壓力。

2.任何元件如何控制在史崔拜克圖的最佳化設計區，是性能與壽命的重要關鍵，是本儀器設計製造之緣由。

本專題探討提高材料移除率 (Material Removal Rate. MRR)的拋光方式，目的是增加 材料移除率，以縮短拋光加工時間。針對羊毛輪與增加橫條紋的環形刀具拋光的加工率進行研究，以實驗證明粗拋光(高材料移除率)與精拋光(低材料移除率)的可行性，達成快速拋光的目的。

帶鋸床於切削過程中，鋸帶必須保持足夠的張力，滿足切削條件之需求，不同之鋸帶寬度則有其適用的張力，如果張力值過大將導致鋸帶斷裂，壽命提前結束，反之則會造成鋸帶鬆脫，讓鋸帶加速與工件磨耗，導致鋸齒過度磨損、工件表面粗糙度差，所以本研究將透過單齒模擬切削的實驗，取得不同齒型在不同切削工況之下的行為模式，再利用實際機台擷取出的進給力，將兩者帶入切削模型求得切削時每單一齒之切削力，最後帶入有限元建立鋸帶張力與切削時齒尖所產生的力量的相互關係，並與機台量測數值進行比對驗證，最終再求得鋸帶張力、齒尖負荷與鋸帶變形量相互關係。

低號數號砂紙比高號砂紙之研磨力比較低，而研磨力比皆隨著時間的增長而下降。當研磨速度增加，研磨力比會隨著研磨速度的增加而顯著的上升，但隨著研磨時間的增長而下降，隨著下壓力的增加僅有些微上升。最小潤滑劑量(MQL)的影響為獨立變數，與模型之計算值相當吻合。多指標之最佳化參數方法顯示，保持表面粗糙度(Ra0.26-0.29μm)時，材料移除率(54mg/min)可以有77.6%的提高。

重負載與重切削的工具機常採用硬軌作為進給系統之軌道，硬軌為改善摩擦特性，通常會在軌道的接觸面進行鏟花，但長期以來鏟花技術都依賴人工的方式完成，使得鏟花品質難以掌握，無法有效掌控進給系統之滑動性能。本技術針對此議題，以雷射加工仿製人工鏟花之紋理，使在滑動面上達到類似鏟花的效果，加工後並實際比對二種加工面之形貌，並分別進行單一加工面與架設於測試平台量測其摩擦性能，驗證其效果。結果顯示，雷射加工之仿製紋理與原鏟紋理理之形貌均方根誤差(RMSE)平均為10.4 μm，而其摩擦性能與原人工鏟花面相同甚至較佳，顯示本技術之成果可取代部份機械產業之人工鏟花，以提升硬軌之品質穩定性。

蔬果運輸為了保持美觀，常披覆人工果蠟，是一種殼聚糖物質，由甲殼類動物中萃取而來，塗敷成本高。有些不肖業者為了減低成本，會使用工業臘代替果臘來，含有鉛、汞等重金屬，過量攝入將會對健康產生危害。近年來在環保意識抬頭，學者開始對環境無害以及對生物無毒的綠色材料進行研究，希望能夠找到替代傳統材料的可能，使得生活能更貼近永續發展。我們以纖維素新材料—羥丙甲纖維素(HPMC)為核心，大面積噴塗技術為基礎發展多元化應用，致力於改善生鮮食品保鮮的方式，希望達到與保鮮膜或保鮮袋相仿的效果。

在各式各樣的材料中有自然生成與人工合成材料，從結構分析可分為等向性材料與非等向性材料。牙齒既是天然非等向性材料的例子。本研究針對牙齒組織在浸泡酸蝕溶液作用後，其機械性質與微結構之改變加以探討。

1.對不同種的人類牙齒作不同方向切面後，利用奈米壓痕量測不同切面的機械性質。

2.使用不同磷酸濃度溶液酸蝕牙齒表面。

3.使用奈米壓痕量測以及利用掃描式電子顯微鏡SEM與光學顯微鏡、OM等儀器觀察牙齒表面形貌酸蝕前後改變。

本研究並建立非等向性材料微米壓痕量測模型，輔以有限元素數值模擬，探討非等向性模數對整體機械性質的影響。

由於微米壓痕操作簡單即可量測多項材料係數，因此大量應用在生醫材料機械性質的量測，在了解微結構與個別模數的關係後，透過多尺度力學的模擬，建立微結構與整體機械性質的關係，將提供機械性質量測外，另一個詮釋的觀點。