高能束表面处理.ppt

**2．离子注入提高抗氧化性的机理离子注入显著提高了材料抗氧化性。这是由于：（1）注入元素在晶界富集，阻塞了氧的短程扩散通道，防止氧进一步向内扩散；（2）形成致密的氧化物阻挡层。某些氧化物，如Al2O3、Cr2O3、SiO2能形成致密的薄膜，其他元素难以扩散通过这种薄膜，起到了抗氧化的作用；（3）离子注入改善氧化物的塑性，减少氧化产生的应力，防止氧化膜开裂；（4）注入元素进入氧化膜后改变了膜的导电性，抑制阳离子向外扩散，从而降低氧化速率。第63页,共74页，2024年2月25日，星期天**3．离子注入提高耐腐蚀性的机理离子注入不但形成致密的氧化膜，而且改变表面电化学性能，提高耐蚀性。如Cr+注入Cu，能形成一般冶金方法不能得到的新亚稳态表面相，改善了铜的耐腐蚀性能；用Pb+注入Ti后，在沸腾的浓度为1mol/L的H2SO4中耐蚀电位接近纯铅，使耐蚀性大大提高。第64页,共74页，2024年2月25日，星期天**五、离子注入的应用（一）注入冶金学注入冶金学包括两大研究领域：制备新合金系统；测定金属和合金的某些基本性质。1．离子注入金属表面合金化离子注入金属表面会改善材料的耐磨性、耐蚀性、硬度、疲劳寿命和抗氧化性等。其原因是多方面的。以下从微观角度分析离子注入改善性能的可能机制。第65页,共74页，2024年2月25日，星期天**（1）辐照损伤强化离子注入产生的辐照损伤增加了各种缺陷的密度，改变了正常的晶格原子的排列。但研究表明，辐照本身不能改善材料耐磨性。耐磨性和耐蚀性的改善与注入元素的化学作用有关。注入离子阻止位错滑移，从而使表面层强化并降低表面疲劳裂纹的形成可能性，但对疲劳裂纹的扩展影响不大。第66页,共74页，2024年2月25日，星期天**（2）固溶强化离子注入可获得过饱和度很大的固溶体，固溶强化效果较强。而且注入离子对位错的钉扎作用也使材料得到强化。（3）沉淀强化注入元素可能与基体材料中的元素形成各种化合物，使表面离子注入层产生沉淀强化。如Ti+注入含有C的钢或合金中，有可能形成TiC微粒沉淀。第67页,共74页，2024年2月25日，星期天**（4）非晶态化当离子注入剂量达到一定值时，可使基体金属形成非晶态表面层。因此可降低钢的摩擦系数，提高耐磨性。由于非晶态表面没有晶界等缺陷，可显著提高耐蚀性能。第68页,共74页，2024年2月25日，星期天**（5）残余压应力离子注入可产生很高的残余压应力，有利于提高材料表层的耐磨性和疲劳性能。?（6）表面氧化膜的作用离子注入引起温度升高和元素扩散的增加，使氧化膜增厚和改性，从而降低摩擦系数；通过改变注入的离子种类可改变氧化膜的性质，如氧化膜的致密性、塑性和导电性等。第69页,共74页，2024年2月25日，星期天**2．离子注入用于材料科学研究（l）注入元素位置的测定。（2）扩散系数的测定。（二）离子注入在表面改性中的应用应用对象主要是金属固体，如钢、硬质合金、钛合金、铬和铝等材料。应用最广泛的金属材料是钢铁材料和钛合金。但是，用离子注入方法强化面心立方晶格材料是困难的。注入的离子有Ni、Ti、Cr、Ta、Cd、B、N、He等的离子。第70页,共74页，2024年2月25日，星期天**经离子注入后可大大改善基体的耐磨性、耐蚀性、耐疲劳性和抗氧化性。我国生产的各类冲模和压制模一般寿命为2000～5000次，而英、美、日本的同类产品寿命达50000次以上。国外生产的电冰箱、洗衣机等的活塞门，材料基本与我国的相同，甚至是普通低碳钢，由于采用了所谓“专利性”处理工艺，使用寿命是我国同类产品的几倍到几十倍。有的钢铁材料经离子注入后耐磨性可提高100倍以上。第71页,共74页，2024年2月25日，星期天**第72页,共74页，2024年2月25日，星期天**第73页,共74页，2024年2月25日，星期天*感谢大家观看第74页,共74页，2024年2月25日，星期天**激光相变硬化激光相变硬化中的几个问题1．工件的黑化处理因一般情况下，大部分固体金属都会使波长为10.6μm（CO2）激光的绝大部分反射，如果进行黑化处理可使吸收率大幅度提高。黑化处理主要有：涂碳法、胶体石黑法和磷酸盐法等；其中磷酸盐法最好，其吸收率可达80～90%，膜厚仅为5μm，同时具有防锈性。第31页,共74页，2024年2月25日，星期天**2．激光束的模式激光束的能量分布和和状态由光束的构型或模式来描述，与光束传输系统相关的激光构型可以有四种模式