5.2材料的表面改性.ppt

图5 用不同紊流模型计算和实际测量的在80mm处温度、速度和吸入N2的体积分数的径向分布的比较。试验条件：Ar-H2（流速45-15slm）直流电弧等离子射流（I = 600A, U = 65V, ρth = 55%, 喷嘴内径7mm）[44]。 Principle of dc plasma sprayed coating formation. Fig. 1 Thermal spray coating microstructure showing common features Fig. 2 Typical thermal spray splat structures 思考题 ???? 简述金属材料表面改性的主要类型、方法及其各自的特点。 为什么渗碳后要进行后续热处理？常用哪些方法？ 与常规表面改性处理如感应表面淬火、表面化学热处理相比较，三束材料表面改性有何特点？ （3）离子注入过程 高速运动的离子射入靶材，与靶原子发生一系列的碰撞作用，包括： 核碰撞：离子与靶原子的核发生弹性碰撞 电子碰撞：离子与电子碰撞为非弹性碰撞，碰撞引起电离、二次电子发射、X射线发射或荧光 离子与固体原子之间进行电荷交换 上述三种作用，使注入离子的能量逐渐消耗，最后停留在靶的某个部位。 射程，R： 一个离子从靶表面到其停留点的路程。 投影射程，Rp ： 射程在入射方向的投影长度。 离子停留在靶的某个部位的描述： 设：单个离子入射能量为E0，在靶内 x 处的能量为 E， Sn(E)为核阻止本领； Se(E)为电子阻止本领； N 为单位体积内靶原子的平均数； 则核阻止和电子阻止两者引起的单位距离上的能量损失 对上式积分可得到射程 R （分别表示离子在靶内通过厚度为Δx时传递给靶内原子核和电子的能量） R ？ 对离子注入具有实际意义的是投影射程Rp，以及它的标准偏差ΔRp（表示入射离子的投影射程的分散特性） 因为碰撞过程是随机的，则各离子的射程R不同。 R、Rp和ΔRp的意义示于下图 （4）注入元素的浓度分布 注入元素种类 非金属： N、C、B 耐蚀抗磨金属元素： Ti、Cr、Ni 固体润滑元素： S、Mo、Sn、In 耐高温元素： Y及稀土元素 注入离子浓度随深度分布呈Gauss分布 注入元素离子的轨迹与浓度分布 （5）离子注入改性的一般机理 损伤强化作用 注入掺杂强化（沉淀强化） 间隙固溶强化 偏聚强化（与位错之作用） 喷丸强化作用（残余压应力） 增强氧化膜，提高润滑性 （6）基底材料-注入离子种类-性能之间的组合关系 （7）离子注入在磨损件中的应用 （8）离子注入工艺技术的优缺点 优 点 由于离子能量很高，离子注入过程为非热力学平衡过程，可将在热力学上与基体不互溶的元素注入基体中。可形成常规方法得不到的新合金相。 注入层与基体材料无明显界面，力学性能连续过渡，保证注入层与基体得匹配。 真空处理技术，工件无变形、无氧化，尺寸精度高，表面状态好。 缺 点 注入层薄。 离子直线行进不能进行复杂形状的处理。 处理尺寸受到限制。 设备昂贵。 6.3.3 电子束表面改性 1. 电子束的产生及与材料表层的相互作用 电子由电子枪阴极发射后，在加速电压的作用下，速度高达光束的2／3。 高速电子束经电磁透镜聚焦后辐照在待处理的工件表面，如图10—24所示。 电子束的产生 当高速电子束照射到金属表面时，电子能达到金属表面一定深度，与基体金属的原子核及电子发生相互作用。 电子与原子核的碰撞可看作为弹性碰撞。 电子与金属表层电子碰撞非弹性碰撞，起主要传递能量的作用，所传递的能量立即以热能形式传给金属表层电子，从而使被处理金属的表层温度迅速升高 电子与表层金属的相互作用与能量交换过程 目前电子束加速电压达125kV，输出功率达150kW，能量密度达10MW／m2，这是激光器无法比拟的。因此，电子束加热的深度和尺寸比激光大。 2．电子束表面处理的主要特点 加热和冷却速度快。将金属材料表面由室温加热至奥氏体化温度或熔化温度仅需千分之几秒，其冷却速度可达成l06一108℃／s。 工件经电子束表面处理后的变形很小，几乎不影响表面，可大大减少精工的研磨留量。 与激光表面处理相比，工艺成本低。 能量利用率高。电子束与金属表面耦合性好。电子束与表面的耦合几乎不受反射的影响，能量利用率远高于激光。因此电子束处理工作前，工件表面不需加吸收涂层。 由于电子束表面处理是在真空下进行，因此，处理后的表面无氧化或污染。但与激光表面处理相比，真空下的电子束表面处理可保证工件表面不被氧化，但带来许多不便。 3．电子束表面处理工艺 电子束表面淬火处理 电子束表面重熔 电子束表面合金化 电子束表面非晶化 6.4 热喷涂（Thermal spra