高能束表面改性技术的研究现状及发展趋势.doc

高能束表面改性技术的研究现状及发展趋势 中国材料科技与设备(双月刊)高能柬表面改性技术的研究现状及发展趋势2009年?第3期 高能束表面改性技术的研究现状及发展趋势 臧晓蓓,黄锦滨,孙静,王旭兰.,张会仲 (1.中国石油大学(华东)机电工程学院材料系,山东东营257061; 2.中原石油勘探局建设集团公司建筑安装工程处,河南濮阳457001; 3.长庆油田建设工程处二公司,陕西西安710086; 4.冀东油田老爷庙采油作业区,河北唐海063200) 摘要:随着现代工业的发展,各行业对高性能涂层和高效环保加工工艺的要求越来越高.高能束表面改性技术是一种新 型的表面改性技术,可以获得综合性能优异的涂层,具有能量密度特别高,非接触式加热,热影响区小,对工件基材的性能及 尺寸影响小,工艺可控性强,便于计算机控制,环保等优点.高能柬表面改性技术包括了激光表面改性技术,电子束表面改性 技术,离子注入表面改性技术,高密度太阳能表面改性技术.本文介绍了各种高能束表面改性技术的原理,应用现状和发展 趋势.综述了高能束表面改性技术作为一种绿色环保技术,不会造成环境污染,拥有极大的发展潜力和经济效益,国内外都 在积极的进行研究,以便得到综合性能更好的涂层,推动表面技术的发展. 关键词:高能束表面改性技术;激光表面改性技术;电子束表面改性技术;离子注入表面改性技术;高密度太阳能表面改 性技术 中图分类号:TG174.44文献标识码:A 0引言 利用激光柬,电子束,离子束等高能束对材料表面进行 改性或合金化的技术是近3O年来迅速发展起来的材料表面 处理新技术,其原理就是利用激光束,电子束和等离子体束 等作为热源,通过改变材料表面的局部成分或结构,实现对 材料的局部表面改性[1].高能表面改性技术共同的特点 是:能源的能量密度特别高,非接触式加热,热影响区小,对 工件基材的性能及尺寸影响小,工艺可控性强,便于实现计 算机控制r3].近年来,随着材料表面性能要求的进一步提 高,新能源技术逐步完善,高能束技术的应用领域越来越 广阔. 按目前高能束的工业应用和发展状况,可分为激光束, 电子束,离子束和高密度太阳能. 1高能束表面改性技术的研究现状 1.1激光表面改性技术 激光表面改性技术是以激光作为热源的表面改性技术, 它主要研究金属材料及其制品在激光作用下组织和性质的 变化,所需的设备与工艺,以及该技术在工业生产中的应用. 自20世纪6O年代初激光问世后很快得到实际应用,随:着激 光器的不断完善和发射功率的提高,激光加工技术应用越来 越广泛.目前在汽车制造及精密机械行业,激光表面改性技 术已有广泛的应用n],如菲亚持集团用其处理汽缸体;尼桑 公司则用其处理发动机及其传动部件. 激光表面改性技术包括多种工艺:激光相变硬化,激光 熔敷,激光合金化与激光冲击硬化等.它们各自的特点如表 1[所示. 表1各种激光表面改性工艺的特点 Tab.1Featuresofsurfacemodificationoflaser 1.1.1激光相变硬化 激光相变硬化(又称激光淬火)是最早应用于金属材料 表面强化的激光处理技术.激光相变硬化是以高能密度的 激光束快速照射工件,使其表面温度迅速升高到相变点之上 (低于熔点),形成奥氏体.当激光束移开后,工件快速自冷, 得到马氏体组织,实现材料的相变硬化,显着提高金属材料 的硬度,耐磨性和疲劳性能. 蔡利芳[6等人采用不同的激光功率和扫描速度对 ZL109合金进行了试验,随着激光功率的增大,硬度提高了 3O～110HV,耐磨性提高了1.5～3.0倍.吕秀平L7等人采 用激光相变硬化技术对天车车轮进行表面处理,提高了车轮 使用寿命,降低了备件费用.在提高天车运行效率,确保生 产正常进行,降低天车检修劳动强度等方面取得了很好的效 果.徐桂梅『8等人采用激光相变硬化工艺对T10钢表面进 行改性处理,对改性后的组织与性能进行研究,结果表明,淬 *作者简介:臧晓蓓(1984一),女,硕士在金属表面,获得 物理状态,组织结构和化学成分不同的新的合金层.从而提 高表层的耐磨性,耐蚀性和高温抗氧化性等.激光表面合金 化已广泛应用在工业中,主要原因是激光合金化层与基体之 间的结合属于良好的冶金结合]. 蔡利芳l1等人以si粉作为预置涂层材料,采用高功率 CO2激光器进行表面合金化处理,在A357铸造铝合金表面 制备了未熔Si颗粒均匀分布的高硅AL—Si合金涂层,所制 备涂层表面平整,无气孔,无裂纹,与基体呈冶金结合,维氏 硬度和耐磨性均显着提高.阚义德l】等人采用3000WCO 激光器对12Cr2Ni4A钢渗碳淬火表面进行了激光合金化处 理,获得了表面光洁,与基材形成良好冶金结合的合金化层, 合金化层的厚度可达1.2mm,显微硬度可达HV115O.樊 丁【l