高能束表面改性技术课件.ppt

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1、第12章高能束表面改性技术1第12章高能束表面改性技术§12.1概论§12.2激光表面改性技术§12.3电子束表面改性§12.4离子束表面改性2§12.1概论§12.1.1高能束表面改性的定义和特点当高能束发生器输出功率密度达到103W／cm2以上的能束，定向作用在金属表面，使其产生物理、化学或相结构转变，从而达到表面改性的目的，这种处理方式称为高能束表面改性。3归纳起来，高能束表面改性的共同特点是：1、高能束热源作用在材料表面上的功率密度高、作用时间极其短暂，即加热速度快、冷却速度亦快，处理效率高。高能束表面改性的加热速度在理论上讲可以达到1012℃/s。4当高能束加热

2、金属时，加热速度高达5×103℃/s以上在如此高的加热速度下，金属共析转变温度在Ac1点上升100℃以上。因此高能束表面改性时允许金属表面温度在熔化温度和相变Ac1点之间变化，尽管过热度较大，而不致发生过热或过烧现象。激光束、电子束、离子束经过聚焦后作用在金属表面上的特征几乎完全相同。例如高能束作用在金属表面，其过热度和过冷度均大于常规热处理，因此表面硬度也高于常规处理5～10HRC。52、高能束表面改性是靠束流作用在金属表面上，对金属进行加热，属非接触式加热，没有机械应力作用。由于高能束加热速度和冷却速度都很快，而且束斑小，被处理材料周围热影响区极小、热应力极小，因此工

3、件变形也小。63、高能束加热的面积可根据需要任意选择，一般大面积处理，可采用高能束叠加扫描方法。所获得的最小加热面积取决于高能束聚焦后的最小光斑。因此、可以应用在尺寸很小的工件或工件中凹陷部分，盲孔的底部等用普通加热方法难以实现的特殊部位。74、高能束加热的可控性能好，通过磁场或电场信号对激光束、电子束、离子束的强度、位置、聚焦等参数可用计算机精确控制，便于实现自动化处理。5、高能束热源，尤其是激光束可以远距离传输或通过真空室对特种放射性或易氧化材料进行表面处理。对激光束、电子束而言、高能束表面改性金属表面将会产生200～800MPa的残余压应力，从而大大提高了金属表面的

4、疲劳强度。6、由于高能束作用面积小，金属本身的热容量足以使被处理的表面骤冷，其冷却速度高达104℃/s以上。保证完成马氏体的转变；在急冷条件下,可抑制碳化物的析出，从而减少脆性相的影响。并能获得隐晶马氏体组织。由于高能束加热速度快，奥氏体长大及碳原子和合金原子的扩散受到抑制，可获得细化和超细化的金属表面。高能束表面改性是靠工件自身冷却淬火，它不需要任何冷却介质。因此处理环境清洁，无污染。§12.1.2高能束表面改性的类型一、按高能束束流特征分类按目前高能束的工业应用和发展状况，分为激光束、电子束和离子束。激光(Laser)的英文全称为：lightamplification

5、bystimulatedemissionofradiation的简称。其含义是受激发射的光放大。用这种光束对材料进行辐射时，可使材料表面的温度瞬时上升至相变点、熔点甚至沸点以上，从而使材料表面产生一系列物理的或化学的现象。这种处理方法称为激光束表面改性。10电子束是一种高能量密度的热源电子束被高压电场加速而获得很高的动能，再在磁场聚焦下成为高能密度电子束。当它以极高的速度冲击到材料表面极小面积上时，其能量大部分转变为热能。这样便可把大于千瓦级的能量集中到直径为几微米的点内，从而获得高达109W/cm2左右的功率密度。如此高的功率密度，可使被冲击部分的材料在几分之一秒内升高

6、到摄氏几千度以上，当热量还没有来得及传导扩散时，就可把局部材料瞬时熔化、气化及蒸发。这种处理为电子束表面改性。11离子束和电子束基本类似，也是在真空条件下将离子源产生的离子束经过加速、聚焦、使之作用在材料表面。所不同的是，除离子与负电子的电荷相反带正电荷外，主要是离子的质量比电子要大千万倍。例如，氢离子的质量是电子的7.2万倍。由于质量较大，故在同样的电场中加速较慢，速度较低；但一旦加速到较高速度时，离子束比电子束具有更大的能量。12高速电子在撞击材料时，质量小速度大，动能几乎全部转化为热能，使材料局部熔化、气化。它主要通过热效应完成。而离子本身质量较大，惯性大，撞击材料

7、时产生了溅射效应和注入效应，引起变形、分离、破坏等机械作用和向基体材料扩散，形成化合物产生复合、激活的化学作用。这种处理称为离子束表面改性。离子束和电子束的不同二、按相变类型分类激光束、电子束、离子束作为一种高能密度的热源，作用在金属表面所产生的相变、熔化、气化效应是一致的。通常将高能束表面改性分为：高能束相变硬化处理、高能束熔敷(也称涂覆或溶覆)处理、高能束合金化、高能束非晶化、高能束冲击硬化以及高能束气相沉积等。14§12.2激光表面改性技术15§12.2.3激光表面改性技术激光表面改性包含多种工艺：激光相变硬化（淬火）；