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博碩士論文 etd-0716116-235714 詳細資訊
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論文名稱
Title
鈦銅鎳及局部鈦銀鈀三元系統800oC平衡相圖研究
Ti-Cu-Ni and Ti-Ag-Pd 800oC phase diagrams study
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
104
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2016-07-28
繳交日期
Date of Submission
2016-08-17
關鍵字
Keywords
相圖、Ti-Cu-Ni、Ti-Ag-Pd、擴散偶、EPMA
Ti-Ag-Pd, diffusion couple, EPMA, Ti-Cu-Ni, phase diagram
統計
Statistics
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中文摘要
本實驗主要在探討Ti-Cu-Ni三元系統及局部Ti-Ag-Pd三元系統在800℃之等溫橫截面相圖,我們利用擴散偶進行界面相平衡的研究,將其得到之局部相平衡結果統合起來,並以特定合金點試片之相平衡結果加以輔助,統整後推得整體相平衡關係,進而完成三元系統等溫相圖。本實驗使用電弧熔煉爐製備所需之試片,封入真空石英管並進行高溫熱處理,經金相處理後,利用電子微探儀( EPMA )進行成分分析,量測平衡相之組成。
在Ti-Cu-Ni 800oC平衡相圖的部分,由實驗結果測定出十個三相區分別為( 1 ) βTi-Ti2Cu-Ti2Ni、(2) Ti2Cu-Ti2Ni-TiNi、(3) Ti2Cu-TiCu-TiNi 、( 4 ) TiNi-T2-T1、( 5 ) TiCu-TiNi-Ti3Cu4、(6) TiNi-Ti3Cu4-T1、(7) Ti3Cu4-Ti2Cu3-T1、(8) T2- T1-TiNi3、(9) T1- T4- (Ni,Cu) 及(10) T1- βTiCu4 - ( Ni,Cu )。另外有六個三相區則依照相律補齊,其三相平衡分別為TiNi-T2-TiNi3、Ti2Cu3-T1-T3、T1-T3-βTiCu4、Ti2Cu3-T3-βTiCu4、TiNi3-T4-T1、TiNi3-T4-(Ni,Cu)。
另外在Ti-Cu-Ni實驗的擴散偶研究結果中出現了Ti2Ni-TiNi-T1三相平衡,透過文獻及其他實驗結果比對,推論出擴散偶有可能會存在介穩平衡。
在Ti-Ag-Pd 系統800oC平衡相圖的部分,因為Ti /Ag及Ti / Pd間的擴散速率差異太大導致擴散偶在產生擴散時,Ti優先與Pd發生反應形成介金屬相,而Ti-Ag的介金屬相難以生成,故難以討論擴散路徑;而在製作TixAgyPd100-x-y特定合金的部分,亦發生了合金熔煉的困難,使得合金試片之 (Ti , Pd) / Ag分層現象。
因為本研究在Ti-Ag-Pd相圖量測之困難,故僅提供部分的量測結果。依照實驗結果,在Ti-Ag-PdTi 800oC平衡相圖中可得到αTi-PdTi3-PdTi2與βPdTi-Pd3Ti2-αPd2Ti三相平衡,Ag在PdTi3的固溶度為5.62 at.%、Ag在PdTi2的固溶度為13.47 at.%,Ag在αPd2Ti的固溶度為6.70 at.%。
Abstract
This study is to investigate the Ti-Cu-Ni and Ti-Ag-Pd 800oC isothermal phase diagram. Both the diffusion couple and the equilibrated alloys methods are applied to determine the equilibrium phase diagrams.
In this experiment, the specimens were prepared by an electric arc furnace. then seal in a vacuum quartz tube, after high temperature heat treatment and metallurgical treatment, using electronic micro-finder (EPMA) to analysis the equilibrium phase composition.
There are ten three-phase equilibrium In Ti-Cu-Ni 800oC equilibrium phase diagram, as follows (1) βTi-Ti2Cu-Ti2Ni, (2) Ti2Cu-Ti2Ni-TiNi, (3) Ti2Cu-TiCu- TiNi, (4) TiNi-T2-T1, (5) TiCu-TiNi-Ti3Cu4, (6) TiNi-Ti3Cu4-T1, (7) Ti3Cu4-Ti2Cu3-T1, (8) T2- T1-TiNi3, (9) T1- T4- (Ni, Cu), and (10) T1- βTiCu4 - (Ni, Cu). Besides, the Ti2Ni-TiNi-T1 three-phase equilibrium found in Ti-Cu-Ni diffusion couple experiment and this was a metastable equilibrium according to the results of the equilibrated alloy experiments.
In the Ti-Ag-Pd system, it is difficult to discuss the diffusion path since the extremely different diffusion rate between Ti/Ag and Ti/Pd. We found that Ti and Pd preferentially reacts to form intermetallic phases, and the intermetallic phases of Ti-Ag are difficult to form. Also, there has another problem that Ag segregation in the alloy preparation by using Arc-melter. There is only Ti-rich part of the phase diagram as two three phase equilibrium αTi-PdTi3-PdTi2 and βPdTi-Pd3Ti2-αPd2Ti determined in Ti-Ag-Pd phase diagram, Ag solubility in PdTi3 Phase is 5.62 at.%, Ag solubility in PdTi2 Phase is 13.47 at.%, Ag solubility in αPd2Ti Phase is 6.70 at.%.
目次 Table of Contents
論文審定書 i
致謝 ii
摘要 iii
Abstract v
總目錄 vii
表目錄 xi
圖目錄 xii
壹、前言 1
1-1 Ti-Cu-Ni系統 1
1-2 Ti-Ag-Pd 系統 2
1-3擴散偶技術 3
貳、文獻回顧 4
2-1 相圖 4
2-1-1 Ni-Cu 二元系統相平衡圖 4
2-1-2 Ti-Cu 二元系統相平衡圖 4
2-1-3 Ti-Ni二元系統相平衡圖 5
2-1-4 Ti-Ni-Cu系統之液相投影圖 6
2-1-5 Ti-Ni-Cu 系統於600℃、800℃、870℃之等溫橫截面相圖 6
2-1-6 Ag-Pd 二元系統相平衡圖 6
2-1-7 Ti-Ag 二元系統相平衡圖 6
2-1-8 Ti-Pd 二元系統相平衡圖 7
2-2 擴散偶技術用於相圖研究 8
2-2-1界面的擴散現象 8
2-2-2擴散路徑 8
2-2-3擴散偶種類及製作方法 9
參、實驗方法 11
3-1試片製備 11
3-1-1 配置合金 11
3-1-2擴散偶製備 12
3-1-3 特定成分單點合金製作 12
3-2 金相處理 13
3-3 EPMA量測分析 13
肆、實驗結果 14
4-1 Ti-Ni-Cu 800℃平衡相圖研究 14
4-1-1 Ti-Cu10Ni90 800℃ 擴散偶相平衡研究 14
4-1-2 Ti-Cu25Ni75 800℃ 擴散偶相平衡研究 14
4-1-3 Ti-Cu40Ni60 800℃ 擴散偶相平衡研究 15
4-1-4 Ti-Cu50Ni50 800℃ 擴散偶相平衡研究 15
4-1-5 Ti-Cu60Ni40 800℃ 擴散偶相平衡研究 15
4-1-6 Ti-Cu75Ni25 800℃ 擴散偶相平衡研究 15
4-1-7 Ti-Cu90Ni10 800℃ 擴散偶相平衡研究 16
4-2 Ti-Ni-Cu三元合金之相平衡研究 16
4-2-1 Ti2Ni-TiNi 兩相區 16
4-2-2 TiCu- Ti3Cu4 兩相區 17
4-2-3 TiNi-T1 兩相區 17
4-2-4 Ti2Cu3-T3 兩相區 17
4-2-5 T3- βTiCu4 兩相區 17
4-2-6 T1- ( Ni,Cu ) 兩相區 18
4-2-7 Ti3Cu4-T1 兩相區 18
4-2-8 TiNi3- ( Ni,Cu ) 兩相區 18
4-2-9 βTi-Ti2Cu-Ti2Ni 三相區 18
4-2-10 Ti2Cu-Ti2Ni-TiNi 三相區 19
4-2-11 Ti2Cu-TiCu-TiNi 三相區 19
4-2-12 TiCu-TiNi-Ti3Cu4 三相區 19
4-2-13 TiNi-T2-T1 三相區 19
4-2-14 TiNi-Ti3Cu4-T1 三相區 20
4-2-15 T2- T1-TiNi3 三相區 20
4-2-16 T1- T4- ( Ni,Cu ) 三相區 20
4-2-17 T1- βTiCu4- ( Ni,Cu ) 三相區 21
4-2-18 Ti3Cu4-Ti2Cu3-T1 三相區 21
4-3 Ti-Ag-Pd 800℃ 平衡相圖研究 21
4-3-1 Ti-Ag5Pd95 800℃ 擴散偶相平衡研究 22
4-3-2 Ti-Ag50Pd50 800℃ 擴散偶相平衡研究 22
4-3-3 Ti-Ag60Pd40 800℃ 擴散偶相平衡研究 22
4-4 Ti-Ag-Pd三元合金相平衡研究 22
4-4-1 Ti-PdTi3-PdTi2三相區 23
4-4-2 βPdTi-Pd3Ti2- αPd2Ti三相區 23
4-4-3 PdTi3- PdTi2二相區 23
4-4-4 PdTi3- βPdTi二相區 23
4-4-5 βPdTi-Pd3Ti2二相區 24
4-7-6 αPd2Ti-PdTi3二相區 24
4-4-7 合金試片的成分分層 24
伍、討論 25
5-1Ti-Cu-Ni系統 25
5-1-1 擴散偶的介穩平衡現象 26
5-1-2 Cu10Ni90擴散偶的表面形貌 27
5-2 Ti-Ag-Pd系統 27
陸、結論 29
6-1 Ti-Cu-Ni 系統 29
6-2 Ti-Ag-Pd 系統 29
柒、參考文獻 31
表目錄
表4-1 Ti-Cu10Ni90 800℃擴散偶的相成分表 34
表4-2 Ti-Cu25Ni75 800℃擴散偶的相成分表 35
表4-3 Ti-Cu40Ni60 800℃擴散偶的相成分表 36
表4-4 Ti-Cu50Ni50 800℃擴散偶的相成分表 37
表4-5 Ti-Cu60Ni40 800℃擴散偶的相成分表 38
表4-6 Ti-Cu75Ni25 800℃擴散偶的相成分表 39
表4-7 Ti-Cu90Ni10 800℃擴散偶的相成分表 40
表4-8 Ti-Ag5Pd95 800℃擴散偶的相成分表 41
表4-9 Ti-Ag50Pd50 800℃擴散偶的相成分表 42
表4-10 Ti-Ag60Pd40 800℃擴散偶的相成分表 43
表5-1 Ti-Cu-Ni 及 Ti-Ag-Pd 擴散偶總表 44
表5-2 Ti-Cu-Ni 系統特定合金試片總表 45
表5-3 Ti-Ag-Pd 系統特定合金總表 49 
圖目錄
圖2-1 Cu-Ni 二元系統相圖[11] 51
圖2-2 Ti-Cu 二元系統相圖[12] 51
圖2-3 Ti-Ni 二元系統相圖[11] 52
圖2-4 Ti-Ni-Cu系統之液相投影圖[13] 52
圖2-5 Ti-Ni-Cu系統於600℃之等溫橫截面相圖[13] 53
圖2-6 Ti-Ni-Cu系統於800℃之等溫橫截面相圖[14] 53
圖2-7 Ti-Ni-Cu系統於870℃之等溫橫截面相圖[14] 54
圖2-8 Ag-Pd 二元系統相圖[15] 54
圖2-9 Ti-Ag 二元系統相圖[16] 55
圖2-10 Ti-Pd 二元系統相圖[17] 55
圖2-11 擴散路徑示意圖[18] 56
圖4-1 Ti-Cu10Ni90 800 oC擴散偶BEI顯微組織 57
圖4-2 Ti-Cu25Ni75 800 oC擴散偶BEI顯微組織 57
圖4-3 Ti-Cu40Ni60 800 oC擴散偶BEI顯微組織 58
圖4-4 Ti-Cu50Ni50 800 oC擴散偶BEI顯微組織 58
圖4-5 Ti-Cu60Ni40 800 oC擴散偶BEI顯微組織 59
圖4-6 Ti-Cu75Ni25 800 oC擴散偶BEI顯微組織 59
圖4-7 Ti-Cu90Ni10 800 oC擴散偶BEI顯微組織 60
圖4-8 Ti/CuxNi100-x 擴散偶800oC 擴散路徑示意圖 60
圖4-9 合金#3 Ti55Cu5Ni40 800oC的 BEI顯微組織 61
圖4-10 合金#4 Ti55Cu10Ni35 800oC的 BEI顯微組織 61
圖4-11 合金#7 Ti47Cu50Ni3 800oC的 BEI顯微組織 62
圖4-12 合金#8 Ti45Cu10Ni45 800oC的 BEI顯微組織 62
圖4-13 合金#11 Ti35Cu59Ni6 800oC的 BEI顯微組織 63
圖4-14 合金#13 Ti30Cu67Ni3 800oC的 BEI顯微組織 63
圖4-15 合金#16 Ti25Cu55Ni20 800oC的 BEI顯微組織 64
圖4-16 合金#20 Ti42.5Cu50Ni7.5 800oC的 BEI顯微組織 64
圖4-17 合金#19 Ti15Cu20Ni65 800oC的 BEI顯微組織 65
圖4-18 合金#22 Ti15Cu5Ni80 800oC的 BEI顯微組織 65
圖4-19 合金#23 Ti10Cu20Ni70 800oC的 BEI顯微組織 66
圖4-20 合金#24 Ti10Cu40Ni50 800oC的 BEI顯微組織 66
圖4-21 合金#1 Ti75Cu10Ni15 800oC的 BEI顯微組織 67
圖4-22 合金#2 Ti60Cu15Ni25 800oC的 BEI顯微組織 67
圖4-23 合金#5 Ti55Cu35Ni10 800oC的 BEI顯微組織 68
圖4-24 合金#6 Ti47.5Cu42.5Ni10 800oC的 BEI顯微組織 68
圖4-25 合金#9 Ti42.5Cu5Ni52.5 800oC的 BEI顯微組織 69
圖4-26 合金#10 Ti42.5Cu43Ni14.5 800oC的 BEI顯微組織 69
圖4-27 合金#12 Ti33Cu7Ni60 800oC的 BEI顯微組織 70
圖4-28 合金#14 Ti25Cu20Ni55 800oC的 BEI顯微組織 70
圖4-29 合金#15 Ti25Cu35Ni55 800oC的 BEI顯微組織 71
圖4-30 合金#25 Ti10Cu70Ni20 800oC的 BEI顯微組織 71
圖4-31 合金#15 Ti25Cu35Ni55的面掃影像(Mapping) 72
圖4-32 合金#17 Ti20Cu75Ni5 800oC的 BEI顯微組織 73
圖4-33 合金#21 Ti40Cu52Ni8 800oC的 BEI顯微組織 73
圖4-34 Ti-Ag5Pd95 800 oC擴散偶BEI顯微組織 74
圖4-35 Ti-Ag50Pd50 800 oC擴散偶BEI顯微組織 74
圖4-36 Ti-Ag60Pd40 800 oC擴散偶BEI顯微組織 75
圖4-37 Ti-Ag60Pd40 800 oC擴散偶BEI顯微組織 75
圖4-38 Ti-AgxPd100-x 800 oC 擴散路徑示意圖 76
圖4-39 合金A2 Ti75Ag12.5Pd12.5 800oC的BEI顯微組織 76
圖4-40 合金A3 Ti70Ag10Pd20800oC的BEI顯微組織 77
圖4-41合金A11 Ti35Ag12.5Pd52.5 800oC的BEI顯微組織 77
圖4-42 合金A4 Ti62.5Ag17.5Pd20 800oC的BEI顯微組織 78
圖4-43 合金A5 Ti55Ag22.5Pd22.5 800oC的BEI顯微組織 78
圖4-44 合金A7 Ti47.5Ag20Pd32.5 800oC的BEI顯微組織 79
圖4-45 合金A8 Ti45Ag32.5Pd22.5 800oC的BEI顯微組織 79
圖4-46 合金A9 Ti41.25Ag7.5Pd51.25 800oC的BEI顯微組織 80
圖4-47 合金A10 Ti40Ag15Pd45 800oC的BEI顯微組織 80
圖4-48 合金A12 Ti25Ag30Pd45 800oC的BEI顯微組織 81
圖4-49 合金A13 Ti15Ag45Pd40 800oC的BEI顯微組織 81
圖4-50 TixAgyPd100-x-y 合金試片熔煉困難造成Ag之分層 82
圖5-1 Ti-CuxNi100-x 擴散偶800oC 擴散路徑示意圖 83
圖5-2 TixCuyNi100-x-y 合金試片800oC相平衡示意圖 83
圖5-3 整合Ti-Cu-Ni擴散偶及合金試片相區資訊示意圖 84
圖5-4 Ti-Cu-Ni 三元系統800oC平衡相圖 84
圖5-5 與文獻Ti-Cu-Ni 800 oC平衡相圖比較示意圖 85
圖5-6 Ti-Cu-Ni 擴散偶及平衡相圖關係 85
圖5-7 Ti-Ni-Cu系統於800℃之等溫橫截面相圖[23] 86
圖5-8 Ti-Cu10Ni90及Ti-Cu50Ni50之Ti2Ni-TiNi-T1三相平衡示意圖 86
圖5-9 Ti-Cu10Ni90之TiNi及T1擴散層面掃影像 87
圖5-10 Ti-Cu10Ni90之TiNi3擴散層面掃影像 87
圖5-11 Ti-Ag-Pd三元系統800oC相平衡示意圖 88
圖5-12 Ti-Ag-Pd三元系統800oC相平衡示意圖 88
參考文獻 References
[1] T. Sakuma , M. Hosogi, N. Okabe, U. Iwata, and K. okita, “Effect of copper content on superelasticity characteristics in Ti-Ni and Ti-Ni-Cu alloy wires”, Materials Transactions, Vol. 43, No. 5, PP. 828-833, 2002.
[2] G. Rondelli, “Corrosion resistance tests on NiTi shape memory alloy”, Biomaterials, Vol. 17, No. 20, PP. 2003–2008, 1996.
[3] S.K. Wu, H.C. Lin, “Recent Development of TiNi-Based Shape Memory Alloys in Taiwan”, Materials Chemistry and Physics, Vol 64, PP. 81-92, 2000.
[4] A.V. Dean, R.C. Owen, “Age-Hardening in Nickel-30% Copper Alloys Containing Titanium and Aluminium”, Journal of the Institute of Metals, Vol.100, PP. 81-184, 1972.
[5] M. Yakushiji, Y. Kondo, K. Kamei, “Reactions with Melt in the Copper-Rich Region of the Copper-Nickel-Titanium System” , Nippon Kinzoku Gakkaishi, Vol 44 , No. 6, PP. 615-619, 1980.
[6] J. B. Cotton, “The role of palladium in enhancing corrosion resistance of titanium”, Platinum Metals Review, Vol 11, PP. 50-52, 1967.
[7] M. Nishida, T. Hara, Y. Morizono, A. Ikeya, H. kijima, A. Chiba,
“Transmission electron microscopy of twins in martensite in Ti-Pd shape memory alloy”, Acta Materialia, Vol. 45, No. 11, PP. 4847–4853, 1997.
[8] K. Otsuka, K. Oda, Y. Ueno, M. Piao, T. Ueki, H. Horikawa, “The shape memory effect in a Ti50Pd50 alloy”, Scripta Metallurgica et Materialia ,Vol. 29, No. 10, PP. 1355–1358, 1993.
[9] M. Takahashi, M. Kikuchi, Y. Takada, T. Okabe, O. Okuno,
“Electrochemical behavior of cast Ti-Ag alloys”, Dental Materials Journal, Vol. 25 No. 3, PP. 516-523, 2006.
[10] M. Kikuchi, M. Takahashi, O. Okuno, “Elastic moduli of cast Ti–Au, Ti–Ag, and Ti–Cu alloys”, Dental Materials , Vol. 22, No. 7, PP. 641–646, 2006.
[11] P. Nash, “Phase diagrams of Binary Nickel Alloys,” ASM International, Materials Park, 1991.
[12] J. L. Murray, “The Cu−Ti (Copper-Titanium) system”, Bulletin of Alloy Phase Diagrams Vol. 4 No. 1, 1983.
[13] S. P. Alisova, P. B. Budberg, “The Ti-Cu-Ni Phase Diagram,” Izvestiya Rossijskoj Akademii Nauk. Seriya Matematicheskaya, Metally, Vol 4, PP. 218–23, 1992.
[14] F.J.J. Van Loo, G.F. Bastin, A.J.H. Leenen, “Phase reaction in the ternary TI-Ni-Cu system at 800 and 870℃”, Journal of the Less-commom Metals, Vol. 57, PP. 111-121, 1978.
[15] I. Karakaya, W. T. Thompson, “The Ag−Pd (Silver-Palladium) system”, Bulletin of Alloy Phase Diagrams, Vol. 9, No. 3, PP. 237-243, 1988.
[16] J. L. Murray, K. J. Bhansali, “The Ag−Ti (Silver-Titanium) system”, Bulletin of Alloy Phase Diagrams, Vol. 4, No. 2, PP. 178-183, 1983.
[17] H. Okamoto, “Pd-Ti (Palladium-Titanium)”, Journal of Phase Equilibria and Diffusion, Vol. 34, No. 1, PP. 74-75, 2013.
[18] A. A. Kodentsov, G. F. Bastin, F.J.J. Van Loo, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 320, PP. 207-217 , 2001.
[19] J. S. Kirkaldy, L. C. Brown, Canadian Metallurgical Quarterly, Vol. 2, PP. 89-117 , 1963.
[20] W. Lengauer, Acta Materialia, Vol.39, PP. 1175, 1999.
[21] G. F. Bastin, G. D. Rieck, “Diffusion in the titanium-nickel system: I. occurrence and growth of the various intermetallic compounds”, Metallurgical Transactions, Vol. 5, No. 8, PP. 1817-1826, 1974.
[22] H.U. Pfeifer, S. Bhan, K. Schubert, “Zum aufbau des systems Ti-Ni-Cu und einiger quasihomologer legierungen”, Journal of the Less Common Metals, Vol. 14, No. 3, PP. 291-302, 1968.
[23] L.L. Araujo, M. Behar, Applied Physics, Vol 71, PP.169, 2000
[24] M. Behar, M.R.F. Soares, F. Dyment, R.A. Perez, S. Balart, Philosophical Magazine, Vol.80, PP.1319, 2000.
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