純鈦與鈦合金銲接技術應用於抗海水腐蝕環境之特性研究

鈦及其合金除了具備密度低、比強度高、耐蝕性強等特性之外，並具備高度的海洋適應性，可直接用於接觸海水或暴露於海水大氣中的各類海洋工程裝備。其中海水淡化乃是實現水資源開流增量的重要技術，對全球乾旱地區已成一種現實的生存需求，其設備關鍵之裝置主要有熱交換器、冷凝器和管路系統，由於海水加熱器要能承受90~120℃ 的海水腐蝕，若選用鈦及其合金做為海水加熱器的材料，可大幅提高設備使用壽命並降低成本。目前市場上提供的硬銲型板式熱交換器，其材料與封合製造技術乃是採用不銹鋼材料，經由銅銲而成，傳統使用墊圈方式組合，避免流體溢洩；然而銅銲製程與墊圈的使用都有不耐高溫與腐蝕的缺點，使熱交換器的功能與壽命受限。 本研究使用摩擦攪拌銲接的技術搭配對接及搭接兩種方式用於純鈦與6061鋁合金之異質接合，將各成功接合之試片進行顯微組織及機械性質測試，並進行元素分布分析，最後進行殘留應力量測及抗腐蝕能力分析。實驗結果顯示對接時主軸轉速設定1000 rpm、進給速度100 mm/min可以得到較好的銲道性質；搭接時則是主軸轉速設定1200 rpm、進給速度120 mm/min可以得到較好的銲道性質，兩種接合方法比較時，對接比起搭接可以獲得更好的抗拉強度。除此之外，兩種銲接方式都在攪拌區可以觀察到晶粒細化的效果，但是熱影響區晶粒較大，使熱影響區有硬度下降的趨勢，造成對接試片會在熱影響區發生斷裂；在搭接時兩種材料界面會形成硬脆的介金屬化合物，其硬度將近300HV高於純鈦母材，由於硬度高、延性差，因此搭接試片斷裂時會發生在接合界面處。對接試片進行殘留應力量測發現摩擦攪拌銲接試片與典型的對接殘留應力相反，在銲道處顯示為壓應力。銲接件抗腐蝕能力的部分，銲道的攪拌區由於晶粒細化的緣故，其抗腐蝕性能優於其他區域。