第六章表面改性方法.解读.ppt

激光固态相变与激光熔凝 长2.5米，直径50～60mm细长空心轴表面激光淬火，挠曲变形仅0.06～0.15mm 挤管模具内表面激光熔凝强化 曲轴激光淬火 Φ720mm 齿轮齿面激光淬火 展板二 制药机械零部件激光熔凝强化(替代进口) 6.6 电子束表面处理 第六章 表面改性技术 电子束表面处理是采用电子束照射金属表面，使金属表面强化的方法。 一、电子束对金属的加热 与激光表面加热不同，电子束表面处理时电子束照射到金属表面会同金属的原子核及电子发生相互作用。由于电子与原子核的质量相差特别大，电子与原子核的碰撞可以看作弹性碰撞，因此能量传递主要通过电子束的电子与金属表层的电子碰撞而完成的。传递的能量以热能形式传与金属表层原子，使表层金属温度升高。 6.6 电子束表面处理 第六章 表面改性技术 二、电子束表面处理技术 电子束作为热源的应用领域和激光基本相同，涉及到表面相变强化、表面合金化、表面非晶化、表面涂敷等。 6.6 电子束表面处理 第六章 表面改性技术 (1)电子束表面相变硬化 电子束相变硬化又称电子束淬火，它是利用钢铁材料的马氏体相变进行表面强化的。 (2)电子束表面重熔 用电子束将工件表面加热熔化到一定深度，然后快速凝固，从而细化组织，达到硬度和韧性的最佳配合。 (3)电子束表面合金化 预先在基体表面涂敷一层所需合金元素，利用电子束加热使之熔化并熔入基体表面，从而使基体表层具有特定的合金成分和特殊性能的技术。 6.6 电子束表面处理 第六章 表面改性技术 (4)电子束表面非晶化 利用电子束连续快速扫描金属表面，使表层金属熔化，并以大于临界冷却速度激冷至其晶化温度以下，防止晶体成核和生长，从而在金属表面形成非晶。 6.6 电子束表面处理 第六章 表面改性技术 三、电子束表面处理设备 电子束表面处理设备包括：电子枪、真空工作室、传动机构及控制系统。 电子枪是最主要的部件，其组成包括：一个用作电子发射源的灯丝，一个使电子加速的高电位阳极。 传动机构有可以收缩电子束、在可调距离上聚焦的线圈和偏转移动电子束的线圈。 6.6 电子束表面处理 第六章 表面改性技术 三、电子束表面处理设备 电子枪室的真空度一般为1.33×10-2-1.33×10-3Pa，在灯丝中通过直流电流加热使温度高达2500℃将放出电子，这些电子被灯丝和阳极间的加速电压加速而形成高速运动的电子流，并从阳极中央的孔穿过。 利用聚焦线圈可将电子束焦点控制在所需距离上，利用偏转线圈移动电子束的位置，从而精确地控制电子束。 6.6 电子束表面处理 第六章 表面改性技术 三、电子束表面处理设备 电子束表面处理的工作室通常保持13.3-1.33Pa的低真空。由于在大气中电子束容易散射，使电子束能达到的距离大大缩短，所以一般不在大气中进行电子束表面处理。 6.8 离子注入表面改性 第六章 表面改性技术 离子注入技术，是指在高真空室内、将几万到几十万电子伏的高能离子束离子入射到固态材料表面，从而改变材料表面层物理、化学和力学性能的方法。 将外来元素以离子的形式注入到基体内要借助于电场力、加速器将离子束加速，因此，离子注入技术与核技术的发展有关，是涉及原子物理、核物理、固体物理等多学科的一种新兴工业技术。 6.8 离子注入表面改性 第六章 表面改性技术 入射粒子 非弹性碰撞效应 反冲注入 注入 溅射粒子： M0、M+、M-、Mn 光子 基材M 通道注入 二次电子 X-射线 反射粒子 I0、I+、I-、In 弹性碰撞效应 第六章 表面改性技术 离子注入装置简图 一、离子注入的原理 6.8 离子注入表面改性 6.8 离子注入表面改性 第六章 表面改性技术 离子注入是在离子注入机上进行的。离子注入机由以下几个主要部分组成： （1）离子源，用于产生和引出某种元素的离子束，这是离子注入机的源头。对于不同的离化物质，有固体离子源、气体离子源和固体/气体离子源等； （2）加速器，对离子源引出的离子束进行加速，使其达到所需的能量； （3）离子束的质量分析（离子种类的选择）； （4）离子束的约束与控制； （5）靶室； （6）真空系统。 6.8 离子注入表面改性 第六章 表面改性技术 多功能 离子注入设备 6.8 离子注入表面改性 第六章 表面改性技术 注入离子与基体材料表面的相互作用 入射离子进入靶金属，与靶金属发生一系列的碰撞作用。这些作用主要有： （1）入射离子与靶原子的弹性碰撞，使靶材固体中产生离子大角度散射和辐照损伤等； （2）入射离子与电子非弹性碰撞，引起靶