1、中國石油大學(xué)（華東）中國石油大學(xué)（華東）課程名稱：課程名稱：表面工程技術(shù)與緩蝕劑表面工程技術(shù)與緩蝕劑專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 材料物理材料物理071-2071-2班班授課教師：授課教師： 韓韓 治治 德德授課時(shí)間：授課時(shí)間： 二零一零年十月二零一零年十月1. 電鍍、化學(xué)鍍的概念電鍍、化學(xué)鍍的概念2. 電鍍液的組成和作用電鍍液的組成和作用3. 金屬電沉積過程、分類金屬電沉積過程、分類4. 電刷鍍的工作原理和特點(diǎn)電刷鍍的工作原理和特點(diǎn)5. 化學(xué)鍍與電鍍相比的特點(diǎn)化學(xué)鍍與電鍍相比的特點(diǎn)6. 化學(xué)轉(zhuǎn)化鍍、表面著色化學(xué)轉(zhuǎn)化鍍、表面著色上節(jié)上節(jié)回顧回顧 什么是高能束？高能束改性的共同特點(diǎn)？什么是高能束？高能束

2、改性的共同特點(diǎn)？ 五種激光束處理工藝的機(jī)理？五種激光束處理工藝的機(jī)理？ 電子束表面處理概念？哪些特點(diǎn)？電子束表面處理概念？哪些特點(diǎn)？ 離子注入的概念？改性機(jī)理？特點(diǎn)？離子注入的概念？改性機(jī)理？特點(diǎn)？ 表面擴(kuò)滲和表面淬火熱處理概念、特點(diǎn)？表面擴(kuò)滲和表面淬火熱處理概念、特點(diǎn)？ 高密度太陽能表面熱處理？表面形變強(qiáng)化？高密度太陽能表面熱處理？表面形變強(qiáng)化？本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要度量熱能通過總熱量和能量密度（兵法？）度量熱能通過總熱量和能量密度（兵法？）將具有高能量密度的能源，施加到材料表面將具有高能量密度的能源，施加到材料表面，使之發(fā)生物理、化學(xué)變化，獲得特殊性能，使之發(fā)生物理、化學(xué)變化，

3、獲得特殊性能的方法的方法高能量密度表面改性技術(shù)高能量密度表面改性技術(shù) 高能量密度能源有哪些？高能量密度能源有哪些？它具有哪些共同的特點(diǎn)呢？（討論）它具有哪些共同的特點(diǎn)呢？（討論） 高能束概述高能束概述高能束表面改性特點(diǎn)高能束表面改性特點(diǎn)能量集中在一定的范圍和深度，可對(duì)工件能量集中在一定的范圍和深度，可對(duì)工件表面進(jìn)行選擇性的表面處理，能量利用率表面進(jìn)行選擇性的表面處理，能量利用率高；高； 加熱速度快，工件表面至內(nèi)部溫度梯度大加熱速度快，工件表面至內(nèi)部溫度梯度大，可以很快的速度自冷淬火；（自己給自，可以很快的速度自冷淬火；（自己給自己淬火）己淬火）工件變形小，生產(chǎn)率高等。工件變形小，生產(chǎn)率高等。

4、19601960年年5 5月月1515日，在美國加利福尼亞州著名的休斯敦實(shí)驗(yàn)日，在美國加利福尼亞州著名的休斯敦實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家梅曼激動(dòng)地宣布：獲得了波長為室，科學(xué)家梅曼激動(dòng)地宣布：獲得了波長為694.3nm694.3nm的激光。的激光。同年同年7 7月月7 7日，休斯公司在紐約舉行了隆重的新聞發(fā)布會(huì)，正日，休斯公司在紐約舉行了隆重的新聞發(fā)布會(huì)，正式宣布：世界第一臺(tái)激光器誕生了！式宣布：世界第一臺(tái)激光器誕生了！激光的誕生激光的誕生 激光的用途激光的用途高能量密度改性的共性高能量密度改性的共性沒有化學(xué)污染，易于傳輸、切換和自動(dòng)控沒有化學(xué)污染，易于傳輸、切換和自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)制等優(yōu)點(diǎn) 問題：反射率高的材

5、料要進(jìn)行防反射處理問題：反射率高的材料要進(jìn)行防反射處理，增加表面的吸收能力；不適宜一次進(jìn)行，增加表面的吸收能力；不適宜一次進(jìn)行大面積處理；激光本身是轉(zhuǎn)換效率低的能大面積處理；激光本身是轉(zhuǎn)換效率低的能源；相關(guān)設(shè)備價(jià)格昂貴，與其他表面工程源；相關(guān)設(shè)備價(jià)格昂貴，與其他表面工程技術(shù)相比，技術(shù)尚不很成熟。技術(shù)相比，技術(shù)尚不很成熟。 激光表面改性的特點(diǎn)激光表面改性的特點(diǎn)激光表面處理工藝激光表面處理工藝激光束加熱金屬的過程激光束加熱金屬的過程 逆韌致輻射效應(yīng)逆韌致輻射效應(yīng) ，晶格熱振蕩，微妙、納秒至皮秒，晶格熱振蕩，微妙、納秒至皮秒激光處理前表面的預(yù)處理激光處理前表面的預(yù)處理 激光波長越短，金屬的反射系數(shù)越

6、小，所吸收的光能也就越多激光波長越短，金屬的反射系數(shù)越小，所吸收的光能也就越多 表面粗糙度、涂層、雜質(zhì)等都會(huì)極大改變金屬表面對(duì)激光的反表面粗糙度、涂層、雜質(zhì)等都會(huì)極大改變金屬表面對(duì)激光的反射率射率 ，反射率變化，反射率變化1%，吸收能量密度將會(huì)變化，吸收能量密度將會(huì)變化10% 方法方法：磷化、黑化（炭素法）和涂覆紅外能量吸收材料：磷化、黑化（炭素法）和涂覆紅外能量吸收材料 按照能量由低到高按照能量由低到高 包括包括相變硬化、熔凝（微晶與非晶化）、合金化、熔相變硬化、熔凝（微晶與非晶化）、合金化、熔覆、沖擊硬化覆、沖擊硬化 激光相變硬化激光相變硬化激光照射激光照射加熱到相變點(diǎn)以上加熱到相變點(diǎn)以上

7、不熔化不熔化自淬火自淬火形成硬化層形成硬化層兩個(gè)溫度兩個(gè)溫度熔點(diǎn)溫度和相變臨界點(diǎn)溫度熔點(diǎn)溫度和相變臨界點(diǎn)溫度目的目的提高耐磨性、疲勞強(qiáng)度提高耐磨性、疲勞強(qiáng)度優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)簡便易行，強(qiáng)化后零件表面光滑，變形小簡便易行，強(qiáng)化后零件表面光滑，變形小 ，硬度高，硬度高，適合形適合形 狀復(fù)雜、體積大、精加工后不易采用其他方法強(qiáng)狀復(fù)雜、體積大、精加工后不易采用其他方法強(qiáng)化的零件化的零件 熔化層熔化層快速冷卻、凝固快速冷卻、凝固形成特殊微觀組織形成特殊微觀組織特點(diǎn)特點(diǎn)熔凝，超過固相線、不許預(yù)覆吸收層，獲熔凝，超過固相線、不許預(yù)覆吸收層，獲得非晶態(tài)組織、固溶度增大的固溶體、超細(xì)共晶得非晶態(tài)組織、固溶度增大的固溶體、

8、超細(xì)共晶組織和細(xì)樹枝晶組織組織和細(xì)樹枝晶組織作用作用提高材料表面的耐磨性、抗氧化性和抗腐提高材料表面的耐磨性、抗氧化性和抗腐蝕性能蝕性能 激光表面熔凝處理激光表面熔凝處理金屬表面和外加合金元素一起熔化金屬表面和外加合金元素一起熔化 迅速凝固迅速凝固得到組織成分不同的合金層得到組織成分不同的合金層特點(diǎn)特點(diǎn)既改變了材料表面的化學(xué)成分，又改變了表面既改變了材料表面的化學(xué)成分，又改變了表面的結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)的結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)工藝形式工藝形式有預(yù)置法、硬質(zhì)粒子噴射法和氣象合金化有預(yù)置法、硬質(zhì)粒子噴射法和氣象合金化法法 作用作用提高表層的耐磨性、耐蝕性和高溫抗氧化性提高表層的耐磨性、耐蝕性和高溫抗氧化性 激光

9、表面合金化激光表面合金化激光加熱激光加熱一薄層熔化一薄層熔化同時(shí)加入其他成分同時(shí)加入其他成分熔化后凝固熔化后凝固特點(diǎn)特點(diǎn)施加合金很少受到稀釋，基本保持其原有施加合金很少受到稀釋，基本保持其原有成分及性質(zhì)不變成分及性質(zhì)不變覆蓋覆蓋 面積較小的局部處理面積較小的局部處理 ，磨損失效工件的修復(fù)，磨損失效工件的修復(fù) 作用作用除金屬外，還可以利用激光氣相沉積在低除金屬外，還可以利用激光氣相沉積在低級(jí)材料上涂覆與基體完全不同的具有各種功能的級(jí)材料上涂覆與基體完全不同的具有各種功能的金屬或陶瓷金屬或陶瓷 激光表面熔覆激光表面熔覆激光沖擊硬化激光沖擊硬化功率密度很高功率密度很高 極短的脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)極短的脈沖

10、持續(xù)時(shí)間內(nèi) 氣化氣化 形成形成沖擊波沖擊波 或應(yīng)力波或應(yīng)力波位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，形成亞結(jié)構(gòu)形成亞結(jié)構(gòu)目的目的提高合金強(qiáng)度、硬度和疲勞極限，裂紋擴(kuò)展抗力增強(qiáng)提高合金強(qiáng)度、硬度和疲勞極限，裂紋擴(kuò)展抗力增強(qiáng) 用途用途改善鋼及鋁、鈦、鎳合金的顯微組織和機(jī)械性能，可改善鋼及鋁、鈦、鎳合金的顯微組織和機(jī)械性能，可用于強(qiáng)化精加工后部件的曲面、齒輪、軸承，尤其適合鋁合金用于強(qiáng)化精加工后部件的曲面、齒輪、軸承，尤其適合鋁合金 電子束是由高壓加速裝置在真空條件下形成束斑極小的高能電子流，電子束是由高壓加速裝置在真空條件下形成束斑極小的高能電子流，激光束則是由光學(xué)共振

11、器產(chǎn)生可調(diào)幅的光量子流。激光束則是由光學(xué)共振器產(chǎn)生可調(diào)幅的光量子流。 電子束表面處理電子束表面處理概念？概念？產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理物理過程物理過程大約大約75%的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使表面溫度升高，并且沿著垂直表面方的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使表面溫度升高，并且沿著垂直表面方法向基體熱傳導(dǎo)；大約法向基體熱傳導(dǎo)；大約25%的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電子背散射過程；然后就是的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電子背散射過程；然后就是剩余其他方式造成的很少量的動(dòng)能消耗，包括熱輻射、剩余其他方式造成的很少量的動(dòng)能消耗，包括熱輻射、X射線、二次射線、二次電子、熱電子等，所占不到電子、熱電子等，所占不到2%。 利用電子束加熱，通過改變材料表層的組織結(jié)構(gòu)和（或

12、）化學(xué)成利用電子束加熱，通過改變材料表層的組織結(jié)構(gòu)和（或）化學(xué)成分，達(dá)到提高其表面性能的表面改性技術(shù)稱為電子束表面處理分，達(dá)到提高其表面性能的表面改性技術(shù)稱為電子束表面處理 u共性共性加熱和冷卻速度快，加工具有選擇性，能量利用加熱和冷卻速度快，加工具有選擇性，能量利用率高，變形小等；率高，變形小等；u設(shè)備功率穩(wěn)定，輸出功率大，最高功率可達(dá)設(shè)備功率穩(wěn)定，輸出功率大，最高功率可達(dá)150kW，激光，激光設(shè)備僅為最大設(shè)備僅為最大15kW，因此加熱的深度和尺寸比激光大；，因此加熱的深度和尺寸比激光大；u熱轉(zhuǎn)換效率高，電子束的熱電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)熱轉(zhuǎn)換效率高，電子束的熱電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)90%，激光的，激光的光電

13、轉(zhuǎn)換效率僅為光電轉(zhuǎn)換效率僅為10%左右；左右；u電子束的反射率低，吸收率高，因此加熱不需黑化處理等電子束的反射率低，吸收率高，因此加熱不需黑化處理等，可對(duì)精加工后的表面直接進(jìn)行表面淬火；，可對(duì)精加工后的表面直接進(jìn)行表面淬火；u與激光相比使用成本低：設(shè)備一次性投資比激光少，約為與激光相比使用成本低：設(shè)備一次性投資比激光少，約為激光的激光的1/3，使用成本也只有激光處理的一半；，使用成本也只有激光處理的一半；u結(jié)構(gòu)簡單，控制方便：電子束靠磁偏轉(zhuǎn)動(dòng)、掃描，而不需結(jié)構(gòu)簡單，控制方便：電子束靠磁偏轉(zhuǎn)動(dòng)、掃描，而不需要工件轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)和光傳輸機(jī)構(gòu)；要工件轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)和光傳輸機(jī)構(gòu)；u電子束是在真空中工作，以此保

14、證在處理中工件表面不被電子束是在真空中工作，以此保證在處理中工件表面不被氧化，但帶來許多不便；氧化，但帶來許多不便；u電子束易激發(fā)電子束易激發(fā)X射線：射線：X射線輻射對(duì)人體有損害，因此需引射線輻射對(duì)人體有損害，因此需引起重視。起重視。工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)工藝工藝主要包括電子束表面催化、電子束表面主要包括電子束表面催化、電子束表面合金化、電子束表面熔凝處理和電子束表面熔覆合金化、電子束表面熔凝處理和電子束表面熔覆 n概念概念（P142）離子注入是將被注入元素的）離子注入是將被注入元素的原子利用離子注入機(jī)電離成帶正電荷的離子，原子利用離子注入機(jī)電離成帶正電荷的離子，經(jīng)高壓電場加速后高速轟擊工件表面，使

15、之注經(jīng)高壓電場加速后高速轟擊工件表面，使之注入工件表面一定深度的真空處理工藝入工件表面一定深度的真空處理工藝 n 離子的產(chǎn)生離子的產(chǎn)生 （1）金屬材料）金屬材料 如如 Cr Cr加熱加熱Cr（固）（固）電離電離（氣）（氣）Cr+（等離子體）（等離子體） （2）氣體材料）氣體材料 如如N2 N2電離電離N+（等離子體）（等離子體）+N2+（等離子體）（等離子體）離子束表面處理離子束表面處理過程過程氣體或化合物分子被電離成等離氣體或化合物分子被電離成等離子體子體離子束分離離子束分離離子加速離子加速離離子掃描子掃描注入量的精確測量注入量的精確測量離子束表面處理離子束表面處理離子注入到金屬表面的過離子

16、注入到金屬表面的過程程高速運(yùn)動(dòng)的離子跟基高速運(yùn)動(dòng)的離子跟基體表面層的原子核和電子發(fā)體表面層的原子核和電子發(fā)生碰撞，并與原子進(jìn)行電荷生碰撞，并與原子進(jìn)行電荷交換，離子不斷消耗能量，交換，離子不斷消耗能量，運(yùn)動(dòng)方向不斷改變，當(dāng)能量運(yùn)動(dòng)方向不斷改變，當(dāng)能量耗盡時(shí)就在基體內(nèi)停了下來耗盡時(shí)就在基體內(nèi)停了下來，或者停留在晶體結(jié)構(gòu)的格，或者停留在晶體結(jié)構(gòu)的格點(diǎn)上，成為所謂的置換原子點(diǎn)上，成為所謂的置換原子，或者停留在格點(diǎn)之間成為，或者停留在格點(diǎn)之間成為所謂的間隙原子所謂的間隙原子 離子束表面處理離子束表面處理 離子注入提高硬度的機(jī)理：離子注入提高硬度的機(jī)理：由于注入的原子進(jìn)由于注入的原子進(jìn)入位錯(cuò)附近或固溶體

17、產(chǎn)生固熔強(qiáng)化的緣故。當(dāng)注入位錯(cuò)附近或固溶體產(chǎn)生固熔強(qiáng)化的緣故。當(dāng)注入的是非金屬元素時(shí)，常常與金屬元素形成化合入的是非金屬元素時(shí)，常常與金屬元素形成化合物，如氮化物、碳化物或硼化物的彌散相，產(chǎn)生物，如氮化物、碳化物或硼化物的彌散相，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化。離子轟擊造成的表面壓力也有冷作硬彌散強(qiáng)化。離子轟擊造成的表面壓力也有冷作硬化作用，這些都使離子注入表面硬度顯著提高。化作用，這些都使離子注入表面硬度顯著提高。 離子注入提高耐磨性的機(jī)理：離子注入提高耐磨性的機(jī)理：其原因多方面。其原因多方面。離子注入能引起表面層組分與結(jié)構(gòu)的改變。大量離子注入能引起表面層組分與結(jié)構(gòu)的改變。大量的注入雜質(zhì)聚集在因離子轟擊產(chǎn)生的

18、位錯(cuò)線周圍的注入雜質(zhì)聚集在因離子轟擊產(chǎn)生的位錯(cuò)線周圍，形成柯式氣團(tuán)，起釘扎位錯(cuò)的作用，使表層強(qiáng)，形成柯式氣團(tuán)，起釘扎位錯(cuò)的作用，使表層強(qiáng)化，加上高硬度彌散析出物引起的強(qiáng)化，提高了化，加上高硬度彌散析出物引起的強(qiáng)化，提高了表面硬度，從而提高耐磨性。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，表面硬度，從而提高耐磨性。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，耐磨性的提高是離子注入引起摩擦系數(shù)的降低起耐磨性的提高是離子注入引起摩擦系數(shù)的降低起主要作用，還認(rèn)為可能與磨損粒子的潤滑作用有主要作用，還認(rèn)為可能與磨損粒子的潤滑作用有關(guān)。關(guān)。離子注入表面改性機(jī)理離子注入表面改性機(jī)理 離子注入提高疲勞強(qiáng)度的機(jī)理：離子注入提高疲勞強(qiáng)度的機(jī)理：因?yàn)楫a(chǎn)生的高損因?yàn)楫a(chǎn)生

19、的高損傷缺陷阻止了位錯(cuò)移動(dòng)及其間的凝聚，形成可塑性傷缺陷阻止了位錯(cuò)移動(dòng)及其間的凝聚，形成可塑性表面層，使表面強(qiáng)度大大提高。分析表明，一是形表面層，使表面強(qiáng)度大大提高。分析表明，一是形成大量細(xì)小彌散分布的第二相硬質(zhì)點(diǎn)而產(chǎn)生強(qiáng)化，成大量細(xì)小彌散分布的第二相硬質(zhì)點(diǎn)而產(chǎn)生強(qiáng)化，而且離子注入產(chǎn)生的表面壓力可以壓制表面裂縫的而且離子注入產(chǎn)生的表面壓力可以壓制表面裂縫的產(chǎn)生，從而延長了疲勞壽命。產(chǎn)生，從而延長了疲勞壽命。 離子注入提高抗氧化性的機(jī)理：離子注入提高抗氧化性的機(jī)理：因?yàn)樽⑷朐卦谝驗(yàn)樽⑷朐卦诰Ы绺患枞搜醯亩坛虜U(kuò)散通道，防止氧進(jìn)一晶界富集，阻塞了氧的短程擴(kuò)散通道，防止氧進(jìn)一步向內(nèi)擴(kuò)散；形成

20、致密的氧化膜阻擋層，使其他元步向內(nèi)擴(kuò)散；形成致密的氧化膜阻擋層，使其他元素的擴(kuò)散難以通過；改善氧化物的塑性，減少氧化素的擴(kuò)散難以通過；改善氧化物的塑性，減少氧化產(chǎn)生的應(yīng)力，防止氧化膜開裂；注入元素進(jìn)入氧化產(chǎn)生的應(yīng)力，防止氧化膜開裂；注入元素進(jìn)入氧化膜后改變了膜的導(dǎo)電性，抑制陽離子向外擴(kuò)散，從膜后改變了膜的導(dǎo)電性，抑制陽離子向外擴(kuò)散，從而降低氧化速率。而降低氧化速率。 離子注入提高耐腐蝕性的機(jī)理：離子注入提高耐腐蝕性的機(jī)理：離子注入不但形離子注入不但形成致密的氧化膜，而且改變表面電化學(xué)性能，從而成致密的氧化膜，而且改變表面電化學(xué)性能，從而提高耐蝕性。提高耐蝕性。離子注入表面改性機(jī)理離子注入表面改

21、性機(jī)理 離子注入法不同于任何熱擴(kuò)散方法，注入元素的離子注入法不同于任何熱擴(kuò)散方法，注入元素的種類、能量和劑量均可選擇，理論上可將任何元素種類、能量和劑量均可選擇，理論上可將任何元素注入到任何基體材料中去；是一個(gè)非平衡過程，不注入到任何基體材料中去；是一個(gè)非平衡過程，不受擴(kuò)散系數(shù)、固溶度和平衡相圖的限制，可得到其受擴(kuò)散系數(shù)、固溶度和平衡相圖的限制，可得到其他方法無法得到的新合金相和不同于平衡結(jié)構(gòu)的特他方法無法得到的新合金相和不同于平衡結(jié)構(gòu)的特殊物質(zhì)；殊物質(zhì)； 注入層與基體之間沒有界面，系冶金結(jié)合，改性注入層與基體之間沒有界面，系冶金結(jié)合，改性層和基體之間結(jié)合強(qiáng)度高，附著性好，不存在剝落層和基體之

22、間結(jié)合強(qiáng)度高，附著性好，不存在剝落問題；問題； 高能離子的強(qiáng)行射入工件表面，導(dǎo)致大量間隙原高能離子的強(qiáng)行射入工件表面，導(dǎo)致大量間隙原子、空位和位錯(cuò)產(chǎn)生，且在表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，故使子、空位和位錯(cuò)產(chǎn)生，且在表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，故使表面強(qiáng)化，疲勞壽命提高；表面強(qiáng)化，疲勞壽命提高； 離子注入一般在常溫或低溫下進(jìn)行，但離子注入離子注入一般在常溫或低溫下進(jìn)行，但離子注入溫度和注入后的溫度可以任意控制，且在真空中進(jìn)溫度和注入后的溫度可以任意控制，且在真空中進(jìn)行，不氧化，不變形，不發(fā)生退火軟化，尺寸和表行，不氧化，不變形，不發(fā)生退火軟化，尺寸和表面粗糙度一般無變化，可作為最終工藝；面粗糙度一般無變化，可作為最終工藝

23、；離子注入表面改性特點(diǎn)離子注入表面改性特點(diǎn) 可控性和重復(fù)性好。通過改變離子源和加速器能可控性和重復(fù)性好。通過改變離子源和加速器能量，可以調(diào)整離子注入深度和分布；通過可控掃描量，可以調(diào)整離子注入深度和分布；通過可控掃描機(jī)構(gòu)，可以控制面積大小；機(jī)構(gòu)，可以控制面積大小； 上面說的是其優(yōu)點(diǎn)，總得看來，讓我們覺得離子注上面說的是其優(yōu)點(diǎn)，總得看來，讓我們覺得離子注入恰似給工件的入恰似給工件的“皮膚皮膚”滲入了滲入了“維生素維生素”，正是，正是它們，使工件它們，使工件“延年益壽延年益壽”，真像一首詩描繪的一，真像一首詩描繪的一樣：樣：“好雨知時(shí)節(jié)，當(dāng)春乃發(fā)生。隨風(fēng)潛入夜，潤好雨知時(shí)節(jié)，當(dāng)春乃發(fā)生。隨風(fēng)潛入夜

24、，潤物細(xì)無聲。物細(xì)無聲。”想想感覺是不是這樣呢？想想感覺是不是這樣呢？ 但離子注入跟其他技術(shù)一樣，也有其局限性，有哪但離子注入跟其他技術(shù)一樣，也有其局限性，有哪些缺點(diǎn)呢？些缺點(diǎn)呢？ 離子注入層的厚度有限，一般不大于離子注入層的厚度有限，一般不大于1m；離子；離子注入為一視線過程，就是說離子只能直線行進(jìn)，它注入為一視線過程，就是說離子只能直線行進(jìn)，它不會(huì)拐彎繞行，對(duì)于復(fù)雜的和有內(nèi)孔德零件不能進(jìn)不會(huì)拐彎繞行，對(duì)于復(fù)雜的和有內(nèi)孔德零件不能進(jìn)行離子注入；需要真空工藝，工藝成本相對(duì)較高，行離子注入；需要真空工藝，工藝成本相對(duì)較高，工藝操作難度大，應(yīng)用還不廣泛。工藝操作難度大，應(yīng)用還不廣泛。離子注入表面改

25、性特點(diǎn)離子注入表面改性特點(diǎn) 主要的應(yīng)用對(duì)象是金屬固體，在半導(dǎo)體工業(yè)上主要的應(yīng)用對(duì)象是金屬固體，在半導(dǎo)體工業(yè)上的應(yīng)用起步最早、最廣泛。的應(yīng)用起步最早、最廣泛。 離子注入是高精度零件加工的理想手段。離子注入是高精度零件加工的理想手段。離子離子注入深度和分布；通過可控掃描機(jī)構(gòu)，可以控注入深度和分布；通過可控掃描機(jī)構(gòu)，可以控制面積大小；制面積大小； 離子注入在陶瓷、磁性材料和高分子聚合物等離子注入在陶瓷、磁性材料和高分子聚合物等領(lǐng)域也得到了重要應(yīng)用領(lǐng)域也得到了重要應(yīng)用。 金屬蒸汽真空弧源金屬蒸汽真空弧源 等離子體浸沒離子注入等離子體浸沒離子注入 轟擊擴(kuò)散鍍層技術(shù)轟擊擴(kuò)散鍍層技術(shù) 不同能量的重疊注入法不

26、同能量的重疊注入法 展望展望 離子注入表面改性的應(yīng)用離子注入表面改性的應(yīng)用 概念概念將工件置于一定的活性介質(zhì)中加熱到一定溫度，將工件置于一定的活性介質(zhì)中加熱到一定溫度，使預(yù)定的非金屬或金屬元素向工件表層擴(kuò)散滲入，形成一使預(yù)定的非金屬或金屬元素向工件表層擴(kuò)散滲入，形成一定厚度的擴(kuò)散層，以改變表層的成分、組織和性能的熱處定厚度的擴(kuò)散層，以改變表層的成分、組織和性能的熱處理工藝。（書上理工藝。（書上134頁）頁）也叫化學(xué)熱處理，屬于表面改性，成分結(jié)構(gòu)都發(fā)生變化也叫化學(xué)熱處理，屬于表面改性，成分結(jié)構(gòu)都發(fā)生變化 基本過程基本過程分解分解滲劑通過一定溫度下的化學(xué)反應(yīng)或蒸發(fā)作用，形滲劑通過一定溫度下的化學(xué)反

27、應(yīng)或蒸發(fā)作用，形成含有滲入元素的活性雜質(zhì)，再通過活性原子在滲劑中的成含有滲入元素的活性雜質(zhì)，再通過活性原子在滲劑中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而達(dá)到工件表面；擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而達(dá)到工件表面； 吸收吸收滲入元素的活性原子吸附于工件表面并發(fā)生相界滲入元素的活性原子吸附于工件表面并發(fā)生相界面反應(yīng)，即活性物質(zhì)與金屬表面發(fā)生吸附面反應(yīng)，即活性物質(zhì)與金屬表面發(fā)生吸附解吸過程；解吸過程； 擴(kuò)散擴(kuò)散是吸附的活性原子從工件的表面向內(nèi)部擴(kuò)散，并是吸附的活性原子從工件的表面向內(nèi)部擴(kuò)散，并與金屬基體形成固溶體或化合物。與金屬基體形成固溶體或化合物。 表面擴(kuò)滲表面擴(kuò)滲 滲層與基體金屬之間是冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度很滲層與基體金屬之間是冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)

28、度很高，滲層不易脫落或剝落；高，滲層不易脫落或剝落； 通過選擇和控制滲入的元素及滲層深度，使工通過選擇和控制滲入的元素及滲層深度，使工件表面獲得不同的性能，以滿足各種工況條件，件表面獲得不同的性能，以滿足各種工況條件，且可以改善工件表面的綜合性能，大多在提高機(jī)且可以改善工件表面的綜合性能，大多在提高機(jī)械性能的同時(shí)，還能提高表面層的抗腐蝕、氧化械性能的同時(shí)，還能提高表面層的抗腐蝕、氧化、減摩、耐磨、耐熱等性能；、減摩、耐磨、耐熱等性能； 不受工件幾何形狀的局限，工件變形小、精度不受工件幾何形狀的局限，工件變形小、精度高、尺寸穩(wěn)定性好；高、尺寸穩(wěn)定性好； 處理后的工件實(shí)際上具有（表面處理后的工件實(shí)

29、際上具有（表面心部）復(fù)合心部）復(fù)合材料的特點(diǎn)，可節(jié)約貴重金屬，降低成本；材料的特點(diǎn)，可節(jié)約貴重金屬，降低成本； 缺點(diǎn)：多數(shù)表面擴(kuò)滲工藝較復(fù)雜，處理周期長缺點(diǎn)：多數(shù)表面擴(kuò)滲工藝較復(fù)雜，處理周期長，對(duì)設(shè)備要求較高。，對(duì)設(shè)備要求較高。 表面擴(kuò)滲特點(diǎn)表面擴(kuò)滲特點(diǎn) 又叫表面熱處理，是指對(duì)工件表層加熱、冷又叫表面熱處理，是指對(duì)工件表層加熱、冷卻，而獲得表面硬化層的一種最基本、應(yīng)用卻，而獲得表面硬化層的一種最基本、應(yīng)用最廣泛的材料表面處理技術(shù)。最廣泛的材料表面處理技術(shù)。 表面熱處理的對(duì)象一般為金屬，其中又以鋼表面熱處理的對(duì)象一般為金屬，其中又以鋼材應(yīng)用最廣。對(duì)鋼件，當(dāng)表層溫度超過相變材應(yīng)用最廣。對(duì)鋼件，當(dāng)表

30、層溫度超過相變點(diǎn)而達(dá)到奧氏體狀態(tài)后快冷，可獲得馬氏體點(diǎn)而達(dá)到奧氏體狀態(tài)后快冷，可獲得馬氏體組織，使表層相變強(qiáng)化，而芯部仍保留原組組織，使表層相變強(qiáng)化，而芯部仍保留原組織狀態(tài)。織狀態(tài)。 經(jīng)表面熱處理的零件，不僅提高了表面層的經(jīng)表面熱處理的零件，不僅提高了表面層的硬度和耐磨性，而且與經(jīng)過適當(dāng)熱處理的芯硬度和耐磨性，而且與經(jīng)過適當(dāng)熱處理的芯部組織配合，可以獲得較高的疲勞強(qiáng)度和較部組織配合，可以獲得較高的疲勞強(qiáng)度和較好的韌性。好的韌性。表面淬火熱處理表面淬火熱處理 定義定義高密度太陽能表面處理是利用聚焦高密度太陽能表面處理是利用聚焦的高密度太陽能對(duì)零件表面進(jìn)行局部加熱，的高密度太陽能對(duì)零件表面進(jìn)行局部

31、加熱，使表面在短時(shí)間（使表面在短時(shí)間（0.5s至數(shù)秒）內(nèi)升溫到所至數(shù)秒）內(nèi)升溫到所需溫度，然后冷卻的處理方法。需溫度，然后冷卻的處理方法。 太陽能表面處理設(shè)備：高溫太陽爐由拋物面太陽能表面處理設(shè)備：高溫太陽爐由拋物面聚焦鏡、鏡座、機(jī)電跟蹤系統(tǒng)、工作臺(tái)、對(duì)聚焦鏡、鏡座、機(jī)電跟蹤系統(tǒng)、工作臺(tái)、對(duì)光器、溫度控制系統(tǒng)以及輻射測量儀等部件光器、溫度控制系統(tǒng)以及輻射測量儀等部件組成。組成。 太陽爐加熱的特點(diǎn)太陽爐加熱的特點(diǎn) ：加熱范圍小，具有方：加熱范圍小，具有方向性，能量密度高；加熱溫度高，升溫速度向性，能量密度高；加熱溫度高，升溫速度快；加熱區(qū)能量分布不均勻，溫度呈高斯分快；加熱區(qū)能量分布不均勻，溫度呈高斯分布；能方便實(shí)現(xiàn)在控制氣氛中加熱和冷卻；布；能方便實(shí)現(xiàn)在控制氣氛中加熱和冷