文| 林招松　國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)

 

    心靈導(dǎo)師與捉天鵝

 

    我在1987 年6 月畢業(yè)于國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系，同年9 月進(jìn)到機(jī)械研究所制造組潘永寧教授實(shí)驗(yàn)室，研究A356 鋁合金的鑄造凝固冷卻參數(shù)、鑄件孔洞率、與鑄件機(jī)械性質(zhì)的關(guān)系。在機(jī)械所就讀的同時(shí)，我在臺(tái)大材料研究所修習(xí)了材料熱力學(xué)、材料動(dòng)力學(xué)、物理冶金、金屬凝固學(xué)和電子顯微鏡學(xué)等課程，也因此發(fā)現(xiàn)自己對(duì)材料很感興趣。

 

    1991 年服完兵役后，我便申請(qǐng)美國(guó)材料研究所的博士班，并在同年10 月進(jìn)到美國(guó)西北大學(xué)材料科學(xué)與工程研究所Meshii 教授實(shí)驗(yàn)室，研究汽車用熱浸鍍鋅鋼板的界面反應(yīng)、鍍層微結(jié)構(gòu)與鋼板成型性的關(guān)系。當(dāng)初在西北大學(xué)材料系選填指導(dǎo)教授時(shí)，每位學(xué)生可以填列三個(gè)研究主題，我在臺(tái)大機(jī)械所就讀期間臺(tái)灣中鋼公司甫成立不久，臺(tái)大材料所創(chuàng)所所長(zhǎng)張順太教授即是由中鋼公司第一任研發(fā)處處長(zhǎng)轉(zhuǎn)任， 課堂上張教授多次談到臺(tái)灣中鋼生產(chǎn)的鋼鐵單價(jià)僅有日本鋼鐵的一半，每次我都感受很深，心想鋼鐵基礎(chǔ)知識(shí)在提升鋼鐵質(zhì)量與附加價(jià)值是如何的重要。所以，我填的三個(gè)志愿都和鋼鐵有關(guān)，事后想想自己何其有幸進(jìn)到Meshii 教授的實(shí)驗(yàn)室。他不僅是一位指導(dǎo)教授更是一位心靈導(dǎo)師，

 

    我的博士論文研究從準(zhǔn)備橫截面TEM 試樣開始，然而在一年級(jí)期間的研究可以說(shuō)是履試屢敗，因?yàn)殍F和鋅的物理與機(jī)械性質(zhì)差異大，鐵和鋅的機(jī)械研磨、離子減薄、與化學(xué)腐蝕速率很難控制到相當(dāng)，一直無(wú)法獲得鐵/ 鋅界面有足夠的電子束穿透薄區(qū)。我還記得在1992 年春季結(jié)束時(shí)， Meshii 教授曾找我到他的辦公室，然后說(shuō)要講一個(gè)捉鵝的故事給我聽。

 

    Meshii 教授說(shuō)：“如果我要你到西北大學(xué)校園的湖（緊鄰密西根湖邊有一個(gè)約足球場(chǎng)大的小湖）里捉一只天鵝回來(lái)，你可不可能做到？”

 

    我回答：“沒有辦法達(dá)成！”

 

    他問：“為什么？”

 

    我答：“因?yàn)槲覜]有在湖里看過(guò)天鵝！”

 

    “對(duì)！因?yàn)楹餂]有天鵝！”Meshii 教授哈哈大笑，接著這樣子跟我說(shuō)：“所以， 如果這個(gè)研究題目做不出來(lái)，那并不是執(zhí)行者的問題，而是下指令人的問題。”在教授這樣的鼓勵(lì)與支持之下，最終，我才成功克服困難，以橫截面TEM 分析了熱浸鍍鋅層的微結(jié)構(gòu)，解析了鋼板碳含量和磷含量對(duì)熱浸合金化反應(yīng)速率與相衍生的影響。Meshii 教授用講故事的方式來(lái)指導(dǎo)我， 鼓勵(lì)我如何看待研究上的失敗，這樣的方式深深影響了我，20 年來(lái)我也用同樣的方式教育我的學(xué)生，看到他們研究上的失敗（其實(shí)研究上常常是一直的挫敗與滿滿的沮喪），不斷嘗試，最終能完成論文，是我當(dāng)老師的最大樂趣。
 

 

 

Meshii教授2002年退休紀(jì)念會(huì)合影（左邊第三位為Meshii教授、右二為林招松）
 

    像傻子一樣做電鍍基礎(chǔ)研究

 

    拿到博士學(xué)位之后，我在1995 年3 月回到臺(tái)灣，就像當(dāng)年立志到美國(guó)學(xué)鋼鐵， 中鋼公司原本是我就業(yè)的第一志愿。然而， 中鋼公司于1994 年民營(yíng)化，正值所有人事凍結(jié)的時(shí)期，所以我當(dāng)時(shí)并未如愿。不過(guò)由于中鋼雖有電鍍鋅產(chǎn)線，卻沒有熱浸鍍鋅產(chǎn)線，我就和中鋼開始合作進(jìn)行“電鍍鋅鎳合金”的基礎(chǔ)研究。這是我的研究上從火法冶金轉(zhuǎn)換跑道到濕式冶金的第一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。我記得我在承接中鋼公司連鑄銅模的電鍍鎳建教合作計(jì)劃時(shí)，中鋼公司新材料研究發(fā)展處的黃重裕處長(zhǎng)對(duì)我說(shuō)， “臺(tái)灣竟然還有有沖勁的傻子愿意做電鍍的研究”；而之后，隨著微機(jī)電（MEMS） 制程開始受到重視，我們?cè)陔婂冩嚮辖鸬某晒灿辛诵碌膽?yīng)用領(lǐng)域。

 

    而在建立了電化學(xué)相關(guān)研究的基礎(chǔ)之后，我們也開始集中心力研究替代六價(jià)鉻鈍化處理與電鍍硬鉻的制程。而這些研究則以鋁合金及鎂合金的鈍化處理為主。2006/7 歐盟公布有害物質(zhì)限用指令（RoHS） 限用六價(jià)鉻和鉛等物質(zhì)，對(duì)臺(tái)灣表面處理產(chǎn)業(yè)沖擊很大整體而言，制造業(yè)約占臺(tái)灣GDP 的30%，所制造的相關(guān)產(chǎn)品大都外銷， 所以遵守國(guó)際相關(guān)規(guī)范與指令相對(duì)非常重要。而我們的研究正是著眼于此，以開發(fā)可適用于鋁合金及鎂合金的非鉻鈍化處理為目標(biāo)。

 

    以輕金屬而言，鎂和鋁都是不錯(cuò)的材料，但兩者在耐蝕性上差異很大。鋁的氧化層致密，化成處理可以提升其抗蝕性， 同時(shí)做為后續(xù)涂裝層的中介層，提升其附著性。目前鋁合金在建筑上大量用于鋁門窗， 其六價(jià)鉻化成處理有很好的障蔽保護(hù)性能， 同時(shí)大大提升涂裝層的附著性， 如果改為無(wú)鉻處理， 仍有抗蝕能力不足的問題， 所以臺(tái)灣部分在地用的鋁門窗還是使用六價(jià)鉻化成處理。相反地， 臺(tái)灣航空用鋁合金產(chǎn)業(yè)主要是承接國(guó)際民航客機(jī)零組件的代工，受到RoHS 指令影響， 目前也積極改用三價(jià)鉻化成處理。而這些制程所用的藥水和操作參數(shù)，都必須遵守國(guó)際代表廠商的認(rèn)證。我們針對(duì)2- 系列和7- 系列的高強(qiáng)度鋁合金析出物的效應(yīng)， 藉由建立析出物種類與形貌和酸洗以及化成參數(shù)的關(guān)系，對(duì)應(yīng)到最終抗蝕性（鹽霧試驗(yàn)）與腐蝕行為（蝕孔衍生與合并）的了解，修正認(rèn)證藥水的前處理，已獲得性質(zhì)符合國(guó)際規(guī)范的三價(jià)鉻鈍化處理制程。在未來(lái)大家乘坐的飛機(jī)中，都會(huì)有三價(jià)鉻鈍化處理鋁合金零組件在上面。

 

    和要求高可靠度的航空用鋁合金相比， 鎂合金現(xiàn)階段的應(yīng)用仍著重在3C 殼件的部分。由于3C 產(chǎn)品的使用周期較短，對(duì)耐蝕性的要求亦較低，所以目前鎂合金3C 部件都已采用非鉻的鈍化處理。但即使如此， 我們?nèi)圆粩嘌芯坎⒃噲D開發(fā)各種不同鎂合金化成處理，以期尋求一個(gè)真正足以在抗蝕能力上取代六價(jià)鉻化成處理的系統(tǒng)，使得鎂合金的應(yīng)用得以進(jìn)一步擴(kuò)展至不同領(lǐng)域。然而這一點(diǎn)并不容易達(dá)成。由于鎂本身的化學(xué)性質(zhì)過(guò)于活潑，此一事實(shí)是無(wú)法改變的，因此在大多數(shù)的化成系統(tǒng)中，無(wú)可避免地會(huì)形成大量的氫氧化鎂。而與鋁合金表面的氧化鋁或氫氧化鋁不同的是， 從化學(xué)性質(zhì)來(lái)看，氫氧化鎂并不足以提升鎂合金的抗蝕能力。除此之外，當(dāng)氫氧化鎂的量過(guò)多時(shí)，鈍化膜容易因?yàn)楦稍锩撍斐审w積收縮產(chǎn)生裂紋，對(duì)于抗蝕能力也有很大的殺傷力。因此，如何設(shè)計(jì)一個(gè)鈍化處理，可以有效降低氫氧化鎂的影響， 并藉此制備一個(gè)致密無(wú)裂紋的鈍化膜，一直是我們的目標(biāo)。

 

    整體而言，鎂的機(jī)械性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)， 提供了我們?cè)诓牧祥_發(fā)與應(yīng)用上很大的想象空間。基于我們目前已完整建立的鎂合金鈍化膜成膜機(jī)制、缺陷與抗蝕性的關(guān)系， 同時(shí)感謝丁文江院士在《腐蝕防護(hù)之友》提出的“腐蝕可控即為利”的概念，我們正試著以控制鈍化膜缺陷來(lái)調(diào)控鎂合金的抗蝕性，或許不久將來(lái)可以利用鎂合金高化學(xué)活性的特性，發(fā)展特殊的腐蝕工藝制程，進(jìn)而拓展鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，例如作為生物可降解結(jié)構(gòu)材。