4第六章-表面改性和处理新技术 韩 治 德.pptVIP

⑤可控性和重复性好。通过改变离子源和加速器能量，可以调整离子注入深度和分布；通过可控扫描机构，可以控制面积大小； 上面说的是其优点，总得看来，让我们觉得离子注入恰似给工件的“皮肤”渗入了“维生素”，正是它们，使工件“延年益寿”，真像一首诗描绘的一样：“好雨知时节，当春乃发生。随风潜入夜，润物细无声。”想想感觉是不是这样呢？ 但离子注入跟其他技术一样，也有其局限性，有哪些缺点呢？ ⑥离子注入层的厚度有限，一般不大于1μm；离子注入为一视线过程，就是说离子只能直线行进，它不会拐弯绕行，对于复杂的和有内孔德零件不能进行离子注入；需要真空工艺，工艺成本相对较高，工艺操作难度大，应用还不广泛。 离子注入表面改性特点 主要的应用对象是金属固体，在半导体工业上的应用起步最早、最广泛。 离子注入是高精度零件加工的理想手段。离子注入深度和分布；通过可控扫描机构，可以控制面积大小； 离子注入在陶瓷、磁性材料和高分子聚合物等领域也得到了重要应用。 金属蒸汽真空弧源 等离子体浸没离子注入 轰击扩散镀层技术 不同能量的重叠注入法 展望 离子注入表面改性的应用 概念——将工件置于一定的活性介质中加热到一定温度，使预定的非金属或金属元素向工件表层扩散渗入，形成一定厚度的扩散层，以改变表层的成分、组织和性能的热处理工艺。（书上134页） 也叫化学热处理，属于表面改性，成分结构都发生变化 基本过程—— ①分解——渗剂通过一定温度下的化学反应或蒸发作用，形成含有渗入元素的活性杂质，再通过活性原子在渗剂中的扩散运动而达到工件表面； ②吸收——渗入元素的活性原子吸附于工件表面并发生相界面反应，即活性物质与金属表面发生吸附—解吸过程； ③扩散——是吸附的活性原子从工件的表面向内部扩散，并与金属基体形成固溶体或化合物。 表面扩渗 ①渗层与基体金属之间是冶金结合，结合强度很高，渗层不易脱落或剥落； ②通过选择和控制渗入的元素及渗层深度，使工件表面获得不同的性能，以满足各种工况条件，且可以改善工件表面的综合性能，大多在提高机械性能的同时，还能提高表面层的抗腐蚀、氧化、减摩、耐磨、耐热等性能； ③不受工件几何形状的局限，工件变形小、精度高、尺寸稳定性好； ④处理后的工件实际上具有（表面—心部）复合材料的特点，可节约贵重金属，降低成本； ⑤缺点：多数表面扩渗工艺较复杂，处理周期长，对设备要求较高。 表面扩渗特点 又叫表面热处理，是指对工件表层加热、冷却，而获得表面硬化层的一种最基本、应用最广泛的材料表面处理技术。 表面热处理的对象一般为金属，其中又以钢材应用最广。对钢件，当表层温度超过相变点而达到奥氏体状态后快冷，可获得马氏体组织，使表层相变强化，而芯部仍保留原组织状态。 经表面热处理的零件，不仅提高了表面层的硬度和耐磨性，而且与经过适当热处理的芯部组织配合，可以获得较高的疲劳强度和较好的韧性。 表面淬火热处理 定义——高密度太阳能表面处理是利用聚焦的高密度太阳能对零件表面进行局部加热，使表面在短时间（0.5s至数秒）内升温到所需温度，然后冷却的处理方法。 太阳能表面处理设备：高温太阳炉由抛物面聚焦镜、镜座、机电跟踪系统、工作台、对光器、温度控制系统以及辐射测量仪等部件组成。 太阳炉加热的特点 ：加热范围小，具有方向性，能量密度高；加热温度高，升温速度快；加热区能量分布不均匀，温度呈高斯分布；能方便实现在控制气氛中加热和冷却；操作和观测安全；光辐射强度受天气条件的影响等 高密度太阳能表面处理 定义——借助于改变材料的表面完整性来改变疲劳断裂和应力腐蚀断裂抗力以及高温抗氧化的能力的技术。 被改变的材料表面完整性包括：表面粗糙度，表层的组织结构于相结构，表层的残余应力状态以及表层的密度等。金属材料的疲劳、应力腐蚀、高温氧化等物理与化学性能，绝大程度上取决于材料的表面完整性。 主要有喷丸强化、滚压强化、内孔挤压强化、振动冲击强化、风动动力强化、金刚石碾压强化等。 表面形变强化 （P148）通过机械手段（滚压、内挤压和喷丸等）在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变硬化层，此形变硬化层的深度可达0.5~1.5nm。在形变硬化层中产生两种变化：一是在组织结构上，亚晶粒极大地细化，位错密度增加，晶格畸变度增大；二是形成了高的宏观残余压应力。一方面，机械作用后在表面产生的切应力造成了表面塑性延伸，另一方面表面压应力可以防止裂纹在受压的表层萌生和扩展。此外，一些表面形变强化手段还可能使表面粗糙度略有增加，但却使切削加工的尖锐刀痕圆滑，因此可减轻由切削加工留下的尖锐刀痕的不利影响。这种表面形貌和表层组织结构产生的变化，有效地提高了金属表面强度、耐应力腐蚀性能和疲劳强度。 表面形变强化机理 离子注入:晶圆上暴露的部分将被化学渗透剂处理，各种离子以很高的速度轰击晶圆表