文| 林招松　国立台湾大学

 

    心灵导师与捉天鹅

 

    我在1987 年6 月毕业于国立台湾大学机械工程学系，同年9 月进到机械研究所制造组潘永宁教授实验室，研究A356 铝合金的铸造凝固冷却参数、铸件孔洞率、与铸件机械性质的关系。在机械所就读的同时，我在台大材料研究所修习了材料热力学、材料动力学、物理冶金、金属凝固学和电子显微镜学等课程，也因此发现自己对材料很感兴趣。

 

    1991 年服完兵役后，我便申请美国材料研究所的博士班，并在同年10 月进到美国西北大学材料科学与工程研究所Meshii 教授实验室，研究汽车用热浸镀锌钢板的界面反应、镀层微结构与钢板成型性的关系。当初在西北大学材料系选填指导教授时，每位学生可以填列三个研究主题，我在台大机械所就读期间台湾中钢公司甫成立不久，台大材料所创所所长张顺太教授即是由中钢公司第一任研发处处长转任， 课堂上张教授多次谈到台湾中钢生产的钢铁单价仅有日本钢铁的一半，每次我都感受很深，心想钢铁基础知识在提升钢铁质量与附加价值是如何的重要。所以，我填的三个志愿都和钢铁有关，事后想想自己何其有幸进到Meshii 教授的实验室。他不仅是一位指导教授更是一位心灵导师，

 

    我的博士论文研究从准备横截面TEM 试样开始，然而在一年级期间的研究可以说是履试屡败，因为铁和锌的物理与机械性质差异大，铁和锌的机械研磨、离子减薄、与化学腐蚀速率很难控制到相当，一直无法获得铁/ 锌界面有足够的电子束穿透薄区。我还记得在1992 年春季结束时， Meshii 教授曾找我到他的办公室，然后说要讲一个捉鹅的故事给我听。

 

    Meshii 教授说：“如果我要你到西北大学校园的湖（紧邻密西根湖边有一个约足球场大的小湖）里捉一只天鹅回来，你可不可能做到？”

 

    我回答：“没有办法达成！”

 

    他问：“为什么？”

 

    我答：“因为我没有在湖里看过天鹅！”

 

    “对！因为湖里没有天鹅！”Meshii 教授哈哈大笑，接着这样子跟我说：“所以， 如果这个研究题目做不出来，那并不是执行者的问题，而是下指令人的问题。”在教授这样的鼓励与支持之下，最终，我才成功克服困难，以横截面TEM 分析了热浸镀锌层的微结构，解析了钢板碳含量和磷含量对热浸合金化反应速率与相衍生的影响。Meshii 教授用讲故事的方式来指导我， 鼓励我如何看待研究上的失败，这样的方式深深影响了我，20 年来我也用同样的方式教育我的学生，看到他们研究上的失败（其实研究上常常是一直的挫败与满满的沮丧），不断尝试，最终能完成论文，是我当老师的最大乐趣。
 

 

 

Meshii教授2002年退休纪念会合影（左边第三位为Meshii教授、右二为林招松）
 

    像傻子一样做电镀基础研究

 

    拿到博士学位之后，我在1995 年3 月回到台湾，就像当年立志到美国学钢铁， 中钢公司原本是我就业的第一志愿。然而， 中钢公司于1994 年民营化，正值所有人事冻结的时期，所以我当时并未如愿。不过由于中钢虽有电镀锌产线，却没有热浸镀锌产线，我就和中钢开始合作进行“电镀锌镍合金”的基础研究。这是我的研究上从火法冶金转换跑道到湿式冶金的第一个重要转折点。我记得我在承接中钢公司连铸铜模的电镀镍建教合作计划时，中钢公司新材料研究发展处的黄重裕处长对我说， “台湾竟然还有有冲劲的傻子愿意做电镀的研究”；而之后，随着微机电（MEMS） 制程开始受到重视，我们在电镀镍基合金的成果也有了新的应用领域。

 

    而在建立了电化学相关研究的基础之后，我们也开始集中心力研究替代六价铬钝化处理与电镀硬铬的制程。而这些研究则以铝合金及镁合金的钝化处理为主。2006/7 欧盟公布有害物质限用指令（RoHS） 限用六价铬和铅等物质，对台湾表面处理产业冲击很大整体而言，制造业约占台湾GDP 的30%，所制造的相关产品大都外销， 所以遵守国际相关规范与指令相对非常重要。而我们的研究正是着眼于此，以开发可适用于铝合金及镁合金的非铬钝化处理为目标。

 

    以轻金属而言，镁和铝都是不错的材料，但两者在耐蚀性上差异很大。铝的氧化层致密，化成处理可以提升其抗蚀性， 同时做为后续涂装层的中介层，提升其附着性。目前铝合金在建筑上大量用于铝门窗， 其六价铬化成处理有很好的障蔽保护性能， 同时大大提升涂装层的附着性， 如果改为无铬处理， 仍有抗蚀能力不足的问题， 所以台湾部分在地用的铝门窗还是使用六价铬化成处理。相反地， 台湾航空用铝合金产业主要是承接国际民航客机零组件的代工，受到RoHS 指令影响， 目前也积极改用三价铬化成处理。而这些制程所用的药水和操作参数，都必须遵守国际代表厂商的认证。我们针对2- 系列和7- 系列的高强度铝合金析出物的效应， 藉由建立析出物种类与形貌和酸洗以及化成参数的关系，对应到最终抗蚀性（盐雾试验）与腐蚀行为（蚀孔衍生与合并）的了解，修正认证药水的前处理，已获得性质符合国际规范的三价铬钝化处理制程。在未来大家乘坐的飞机中，都会有三价铬钝化处理铝合金零组件在上面。

 

    和要求高可靠度的航空用铝合金相比， 镁合金现阶段的应用仍着重在3C 壳件的部分。由于3C 产品的使用周期较短，对耐蚀性的要求亦较低，所以目前镁合金3C 部件都已采用非铬的钝化处理。但即使如此， 我们仍不断研究并试图开发各种不同镁合金化成处理，以期寻求一个真正足以在抗蚀能力上取代六价铬化成处理的系统，使得镁合金的应用得以进一步扩展至不同领域。然而这一点并不容易达成。由于镁本身的化学性质过于活泼，此一事实是无法改变的，因此在大多数的化成系统中，无可避免地会形成大量的氢氧化镁。而与铝合金表面的氧化铝或氢氧化铝不同的是， 从化学性质来看，氢氧化镁并不足以提升镁合金的抗蚀能力。除此之外，当氢氧化镁的量过多时，钝化膜容易因为干燥脱水而造成体积收缩产生裂纹，对于抗蚀能力也有很大的杀伤力。因此，如何设计一个钝化处理，可以有效降低氢氧化镁的影响， 并藉此制备一个致密无裂纹的钝化膜，一直是我们的目标。

 

    整体而言，镁的机械性质与化学性质， 提供了我们在材料开发与应用上很大的想象空间。基于我们目前已完整建立的镁合金钝化膜成膜机制、缺陷与抗蚀性的关系， 同时感谢丁文江院士在《腐蚀防护之友》提出的“腐蚀可控即为利”的概念，我们正试着以控制钝化膜缺陷来调控镁合金的抗蚀性，或许不久将来可以利用镁合金高化学活性的特性，发展特殊的腐蚀工艺制程，进而拓展镁合金的应用领域，例如作为生物可降解结构材。