本論文使用密閉式表面放電被覆法，利用一絕緣的套筒，密封電極端面與工件之間隙空間以形成一密封空間，使放電過程中之粒子、離子與壓力集中於此空間，藉以增加塗層之被覆速度與品質。
本實驗使用黃銅為電極材料、基材為SKD11工具鋼、添加碳化鎢粉末濃度為50g/L以及煤油為絕緣液，脈衝時間與休止時間分別為25與500μs ，來探討供應電壓、放電被覆時間、極間間隙、粉末添加次數對被覆塗層特性之影響。
實驗結果發現加裝絕緣套筒之被覆實驗能得到完整之被覆塗層於工件表面。在大於放電門檻的情況下，塗層厚度會隨著放電被覆時間增加、極間間隙提高而增加。在電壓250V以內及10次粉末添加循環情況下，塗層厚度會隨著供應電壓提高與粉末添加次數增加而增加。在低極間間隙與高供應電壓之條件下，塗層能有較佳之品質。經微硬度測試，塗層硬度可達HV 1687約為基材硬度5倍。而無加裝絕緣套筒之實驗則無以上之優點 。

In this dissertation, an electrical discharge coating uses an isolated sleeve to form a closed space between the end surface of electrode and the work to deposit a thin film onto a substrate. The discharge occurs at the location where the two surfaces are closest and the dielectric fluid ionizes at this location to create a path for the discharge. Hence, this closed space is heated to extremely high temperature, so that a small portion of the work surface is suddenly melted with the particles in the dielectric fluid and then coated to increase its coating speed and quality. The electrode material is made of brass, the work material SKD11, and the dielectric fluid is kerosene with the WC powder concentration of 50g/L. The pulse-on and pulse-off times are 25 and 500μs, respectively. The effects of supply voltage, electrical discharge coating time, electrical discharge gap, and powder added cycle on the coating characteristics are investigated.

According to the experimental results, the electrical discharge with isolated sleeve can achieve a complete coating layer onto the surface of work. The coating thickness increases with increasing electrical discharge coating time and gap as the supply voltage is larger than the threshold voltage of electrical discharge. At the supply voltage below 250V and the added powder cycle less than 10, the coating thickness increases with increasing supply voltage and cycle. The quality of coating layer is better at the low gap distance and the high supply voltage. The hardness of coating layer is about HV 1687 which is approximately 5 times of substrate hardness using micro-hardness test. The electrical discharge without isolated sleeve cannot achieve the above-mentioned advantages.

總目錄
總目錄..….…………………………………………………………………I
圖目錄...………………………………………………….………………III
表目錄…………………………………………….……………………...IX
符號說明..……………………………………………………….……….X
論文摘要(中文)………………………………………………….………XI
論文摘要(英文)..……………………………………………….………XII

第一章 緒論…………….…….…………………….………………………1
1-1 研究目的與動機……………………………………………………1
1-2 文獻回顧……………………………………………………………8
1-3 論文重點與架構…………………………………………………20
第二章 基本理論…………………………………………….……………21
2-1 放電現象的發生與種類…………………………………………21
2-2電漿形成原理……………………………………………………..25
2-3 放電加工形成機制……………………………………..…………30
2-4電弧放電之電位分佈結構………………………………………33
2-5 影響放電加工之主要參數………………………………………35
2-6放電加工作用的要因…………..………………..……………38
2-7放電加工之變質層特徵…………..………………..……………41
第三章 實驗設備與實驗方法…………….……..…………………………42
3-1實驗設備………………………......……………………………42
3-1-1 動態放電試驗機…………………..…………………………42
3-1-2循環攪拌系統……………….…….…………………………45
3-1-3 實驗訊號量測設備與資料收集分析…......…………………51
3-2實驗方法………...………...………………………………………52
3-2-1 實驗材料…………………………...………...………………52
3-2-2 試片處理……………………………......……………………55
3-2-3 實驗條件設定………………...………...……………………55
3-2-4 實驗步驟…………………………………..…………………56
第四章 結果與討論……………………………………...…………………61
4-1供應電壓與極間間隙之關係……………………………………61
4-2 放電被覆時間與塗層厚度之關係…………………..……………63
4-3極間間隙與塗層厚度之關係………………………..……………69
4-4粉末添加循環次數與塗層厚度之關係….………………………76
4-5放電被覆之塗層品質探討…...……………….…………………81
4-5-1 極間間隙對塗層品質之影響……...………...………………81
4-5-2供應電壓對塗層品質之影響………......……………………99
4-6無套筒之放電被覆現象…...……………….……………….….112
4-7有套筒與無套筒之放電被覆過程力量變化….…………………121
4-8放電被覆塗層之硬度測試…...……………….…………………124
第五章 結論與未來研究方向 …………………….……………………..126
參考文獻………………………………………………………….…….…128










圖目錄

圖1-1 混合粉末放電示意圖…………………….…………….…………3
圖1-2 以壓粉體電極進行放電表面處理之原理………………………4
圖1-3 以WC-Co壓粉體進行油中放電處理後之表面層SEM照片……5
圖1-4 工作流體(絕緣液)與添加之粉末在放電加工過程中的
流動過程………………..……….…………………………………7
圖1-5 煤油中添加石墨之濃度對MRR, TWR, WR之影響……………12
圖1-6 煤油中添加鎳粉對磨耗深度之影響………...…………….……12
圖1-7 煤油中添加鎳粉對微硬度之影響……………………………...13
圖1-8 煤油中添加碳粉形成TiC塗層示意圖....………………………13
圖1-9 煤油中添加鈦粉形成TiC塗層SEM圖…………………………14
圖1-10 WC/TiC燒結電極放電被覆示意圖…………….………………18
圖1-11 WC/Al2O3燒結電極放電被覆示意圖………………………...18
圖1-12 以TiH2/VC生胚電極放電被覆，其加工時間與塗
層厚度關係圖……………………………………………..……...19
圖1-13 以TiC燒結電極放電被覆，其加工時間與塗層厚度關係圖 ...19
圖2-1 低壓放電管中電流與電壓的關係…….………………………...24
圖2-2 在一大氣壓下電極間崩潰後，電壓與電流隨時間變化關係圖...24
圖2-3 電漿產生器…..…………………………………………………...28
圖2-4 離子撞擊電極表面所產生的粒子……………………………...28
圖2-5 電流密度與電漿之間的關係……….………….………………...29
圖2-6 放電加工形成機制……………….….…………………………...32
圖2-7 電弧放電之電位分佈……………….….………………...………34
圖2-8 放電加工之電壓與電流波形圖..…………………...……………37
圖2-9 放電加工作用要因……...…………...……………...……………39
圖2-10 放電加工時，兩極間之作用要因………….……...……………40
圖2-11 單發放電剖面模型圖.……………………….……...……………41
圖3-1 (a)動態放實驗機示意圖 (b)電極模組示意圖..……..….………...46
圖3-2 控制系統流程圖……………..…………………………………...47
圖3-3 控制系統操作介面……………………………..…….……….…48
圖3-4 間隙調整流程.…………………………………..…….……….…49
圖3-5 電極模組動作流程圖…………………….……………………...50
圖3-6 工件、電極、套筒之幾何形狀圖………………………………...53
圖3-7 WC/Co SEM圖(X500).…………………………………………...54
圖3-8 電極動作與添加粉末過程之流程圖…..………………………...58
圖3-9 放電被覆實驗步驟流程圖……..………………………………...60
圖4-1 極間間隙與供應電壓關係……………….…………….………...62
圖4-2 在供應電壓250V，極間間隙100μm，被覆時間34s條
件下放電被覆加工後，加工區域之SEM (a) (b) (c) 照片
與粗度儀表面輪廓(d)。…………………………………………..64
圖4-3 在供應電壓250V，極間間隙100μm，被覆時間71s條
件下放電被覆加工後，加工區域之SEM (a) (b) (c) 照片
與粗度儀表面輪廓(d)。…………………...……………………...65
圖4-4 在供應電壓250V，極間間隙100μm，被覆時間142s條
件下放電被覆加工後，加工區域之SEM (a) (b) (c) 照片
與粗度儀表面輪廓(d)。………..………………………….……...66
圖4-5 在供應電壓250V，極間間隙100μm，被覆時間284s
條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM (a)(b)(c) 照
片與粗度儀表面輪廓(d)。..……………………….……………...67
圖4-6 在供應電壓250V，極間間隙100μm條件下，放電被覆
時間與塗層厚度之關係……………………..……….…………..68
圖4-7 在供應電壓250V，被覆時間142s，極間間隙30μm條
件下放電被覆加工後，SEM (a) (b) (c) 照片與加工區域
之粗度儀表面輪廓(d)。……...…………………………………...70
圖4-8 在供應電壓250V，被覆時間142s，極間間隙50μm條
件下放電被覆加工後，SEM (a) (b) (c) 照片與加工區域
之粗度儀表面輪廓(d)。………..………………………..………..71
圖4-9 在供應電壓250V，被覆時間142s，極間間隙70μm條
件下放電被覆加工後，SEM (a) (b) (c) 照片與加工區域
之粗度儀表面輪廓(d)。….…………….………………...………72
圖4-10 在供應電壓250V，被覆時間142s，極間間隙100μm條
件下放電被覆加工後， SEM (a) (b) (c) 照片與加工區域
之粗度儀表面輪廓(d)。……………………...…….……......……73
圖4-11 在供應電壓250V，被覆時間142s，極間間隙150μm條
件下放電被覆加工後， SEM (a) (b) (c) 照片與加工區域
之粗度儀表面輪廓(d)。……………...…………………………...74
圖4-12 在供應電壓250V，被覆時間142s條件下，極間間隙與
塗層厚度關係………...…………..……….……………………...75
圖4-13 在供應電壓250V，極間間隙150μm，粉末添加次數1
條件下放電被覆加工後，加工區域之EM (a)(b)(c) 照片
與粗度儀表面輪廓(d)。…...……………………………………...77
圖4-14 在供應電壓250V，極間間隙150μm，粉末添加次數5
條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM(a)(b)(c) 照片
與粗度儀表面輪廓(d)。...………………………………...………78
圖4-15 在供應電壓250V，極間間隙150μm，粉末添加次數10
條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM (a)(b)(c) 照片
與粗度儀表面輪廓(d)。……………...….……………...………79
圖4-16 在供應電壓250V，極間間隙150μm條件下，粉末添加
循環次數與塗層厚度之關係..………....………………...………80
圖4-17 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙50μm條
件下放電被覆加工後，加工區域之SEM(a)(b)(c)照片與
粗度儀表面輪廓(d)。...………………..….……….……...………84
圖4-18 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙100μm條
件下放電被覆加工後，加工區域之 SEM (a) (b) (c) 照片
與粗度儀表面輪廓(d)。………………..….……………...………85
圖4-19 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙150μm條
件下放電被覆加工後，加工區域之SEM (a) (b) (c) 照片
與粗度儀表面輪廓(d)。………………..….……………...………86
圖4-20 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙200μm
條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM (a) (b) (c)照
片與粗度儀表面輪廓(d)。……………..….……………...………87
圖4-21 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙250μm
條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM (a) (b) (c)照
片與粗度儀表面輪廓(d)。...……………………………...………88
圖4-22 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙50μm
條件下放電被覆加工後，剖面金相SEM照片。………...………89
圖4-23 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙100μm
條件下放電被覆加工後，剖面金相SEM照片。………...………90圖4-24 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙150μm
條件下放電被覆加工後，剖面金相SEM照片。………...………91圖4-25 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙200μm
條件下放電被覆加工後，剖面金相SEM照片。………...………92圖4-26 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙250μm
條件下放電被覆加工後，剖面金相SEM照片。………...………93圖4-27 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙50μm與
250μm條件下放電被覆加工後，加工表面Mapping元
素分析。…………………………………………………...………94
圖4-28 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙50μm
條件下放電被覆加工後，剖面之EDS元素分析圖。…...………95
圖4-29 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙150μm
條件下放電被覆加工後，剖面之EDS元素分析圖。…...………96
圖4-30 在供應電壓250V，被覆時間426s，極間間隙250μm
條件下放電被覆加工後，剖面之EDS元素分析圖。…...………97
圖4-31 在供應電壓250V，被覆時間426s條件下，極間間隙對
被覆塗層之元素重量百分比的影響。…………………...………98
圖4-32 在極間間隙50μm，被覆時間426s，供應電壓50V條
件下放電被覆加工後，加工區域之SEM (a)(b)(c) 照片
與粗度儀表面輪廓(d)。……………...…………………...……..101
圖4-33 在極間間隙50μm，被覆時間426s，供應電壓150V條
件下放電被覆加工後，加工區域之SEM (a)(b)(c)照片與
粗度儀表面輪廓(d)。………………...…………………...……..102
圖4-34 在極間間隙50μm，被覆時間426s，供應電壓250V條
件下放電被覆加工後，加工區域之SEM (a)(b)(c)照片與
粗度儀表面輪廓(d)。………………...…………………...……..103
圖4-35 在極間間隙50μm，被覆時間426s，供應電壓50V條
件下放電被覆加工後，剖面金相SEM照片。.…………...……..104
圖4-36 在極間間隙50μm，被覆時間426s，供應電壓150V條
件下放電被覆加工後，剖面金相SEM照片。.…………...……..105
圖4-37 在極間間隙50μm，被覆時間426s，供應電壓250V條
件下放電被覆加工後，剖面金相SEM照片。.…………...……..106
圖4-38 在極間間隙50μm，被覆時間426s，供應電壓50V與
250V條件下放電被覆加工後，加工表面Mapping元素分析。..107
圖4-39 在極間間隙50μm，被覆時間426s，供應電壓50V條
件下放電被覆加工後，剖面之EDS元素分析圖。……...……..108
圖4-40 在極間間隙50μm，被覆時間426s，供應電壓150V條
件下放電被覆加工後，剖面之EDS元素分析圖。……...……...109
圖4-41 在極間間隙50μm，被覆時間426s，供應電壓250V條
件下放電被覆加工後，剖面之EDS元素分析圖。……...……..110
圖4-42 在極間間隙50μm，被覆時間426s條件下，供應電壓
對被覆塗層之元素重量百分比的影響。………………...……..111
圖4-43 無套筒情況下，在供應電壓250V，被覆時間426s，極
間間隙50μm條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM
(a)(b)(c)照片與粗度儀表面輪廓(d)。…………………...………113
圖4-44 無套筒情況下，在供應電壓250V，被覆時間426s，極
間間隙100μm條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM
(a)(b)(c)照片與粗度儀表面輪廓(d)。..…………………...……..114
圖4-45 無套筒情況下，在供應電壓250V，被覆時間426s，極
間間隙150μm條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM
(a)(b)(c)照片與粗度儀表面輪廓(d)。..…………………...……..115
圖4-46 無套筒情況下，在供應電壓250V，被覆時間426s，極
間間隙200μm條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM
(a)(b)(c)照片與粗度儀表面輪廓(d)。..…………………...……..116
圖4-47 無套筒情況下，在供應電壓250V，被覆時間426s，極
間間隙250μm條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM
(a)(b)(c)照片與粗度儀表面輪廓(d)。..…………………...……..117圖4-48 無套筒情況下，在極間間隙50μm，被覆時間426s，
供應電壓50V條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM
(a)(b)(c)照片與粗度儀表面輪廓(d)。.………………...………..118
圖4-49 無套筒情況下，在極間間隙50μm，被覆時間426s，供
應電壓150V條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM
(a)(b)(c)照片與粗度儀表面輪廓(d)。..…………………...……..119
圖4-50 無套筒情況下，在極間間隙50μm，被覆時間426s，供
應電壓250V條件下放電被覆加工後，加工區域之SEM
(a)(b)(c)照片與粗度儀表面輪廓(d)。.…………………...……..120
圖4-51 在供應電壓250V，被覆時間30s，極間間隙50μm條件
下放電被覆加工，放電被覆過程之作用力。..…………...……..123
圖4-52 在極間間隙50μm、供應電壓250V、被覆時間426s條件
下，(a)被覆塗層之剖面金相(b)被覆塗層表面下之硬度分佈...125






表目錄

表3-1 SKD11化學成分(Wt%)……………………….…………………...54
表3-2 煤油性質表……………………….……….………………………54
表3-3 實驗參數設定表……...……………….……………………….…..55

參考文獻

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