金属材料表面改性技术的研究进展第一期

２ 离子注入法
离子表 面改性技术主要包括离 子镀 、 离子注入和离子化
学热处理等 。
１ 激光相变硬化 ． １
利 用激 光将 金属 材料 加热 到相 变点以上 ， 随着 材料 自身 冷 却，奥 氏体转变成 马氏体，使材 料表 面硬 化，同时硬 化层 内残 留有相 当大 的压应力 ，从而增加了表面 的疲劳强度。与 其他热 处理技术相 比， 光淬火工艺简单，处理层和基体结 激 合 强度 高，适于 高精度零件处理 ｌ。 ６ Ｊ
参 考文 献
１ 肖红军，等 激光表面改性 表 面技术 ，０ ５３ （） ０ ２ ０ ，４５： １
２ 赵新，金杰，姚建铨 激光表 面改性 技术的研 究与发展
光 电子激光， ０ ０ １（） ２ ２ ０ ， ３： ４ １ ３ ３ 应 小东，李午 申，冯灵 芝 激 光表面改性技 术及 国内外 发展现状 焊接， ０ ３ （） ２ ０ ， １： ５ ４ ５
面合金层 的方法 。激光合金化 的熔凝过程极为迅速 ，其合金 元素 的成分选择极为广泛 ， 并且可 以获得常规方法难 以得到 的、性能更为优异 的表面合金 。近年来 日本的汽车制造业亦 开始采用这种技术 ， 对汽车排气 阀实施激 光涂 覆钨铬钴 合金
层。
１ 激 光非 晶化 ． ４
激光 非 晶化 是利用 激光熔 池所具 有 的超 高速 冷却 条件 使某些成分 的合金表 面形成具有特殊性 能的非 晶层 。 。 ＾ ＿
１ 激光合金化 ． ３
激 光合 金化是 一种用激 光将合 金粉末和 基材 一起 熔化 后迅速 凝固 ， 极短 的时间内，形成不 同化学成分和结构表 在
程挺宇：男，１７ ９ ８年 生，硕士 ，工程 师 Ｅｍａ ：ｃｅ ｇｉｇｕ ａ ｓ ｅ ｍ — ｉ ｈ ｎ ｔ ｙ ＠ｂ ｏｔ ｌｏ ｌ ｎ ｅ ｃ
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造行业 ，极大 的提升 了材料 的相关性能 ，拓宽 了材料适用范
围， 促进 了材料相关产业 的进步 。 另外 ， 可以研制 新材 料， 还
制造 出性 能上与传统 冶金 方法 根本 不同的表 面合 金， 应用于 极端环境条件 下，由此可见 ，材料表面改性技术 的发展具有 广 阔的应用 和发 展前 景。
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１ 激光冲击强化 ． ２
利用高能密度激 光束照射金属材料表面，由于金属 升华 气 化而急速 膨胀 ， 微组 织呈现位错 的缠结网络 ，这种亚结 显 构 明显提高 了材料的表面硬度 、屈服强度和 疲劳寿命 ，改善 了材料表面 的耐磨性和耐腐蚀 性能。国外 正在进行用激光冲 击波来改善飞机 结构 中紧 固件 疲劳性能 的应用研 究。
景。
Hale Waihona Puke Baidu
关键词
激 光表 面改性 离子注入 物 理气 相沉积
Ｒｅ ｅ ｃ ｎｄ Ｄｅ ｅｏ ｓ ａｒ ｈ ａ ｖ ｌ ｐｍ ｅ ｔｏ ｎ ｆＳｕｒａ ｅＭ ｏ ｉ ｃ ｔｏ ｃ ｆｃ ｄ ｆ ａ ｉ ｎ Ｔｅ ｈｎｏ ｏ ｙ ｏ ｉ ｌｇ ｆ
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８ Ｖｉｗａ ａ ｈ ｍ ， ｍａ ， ａ ｔ ｓ ｓ ｍｉ ｅ ｌ Ｅｘ ｉ ｓ ｎ ｄ ａ Ｋｕ ｒ Ｃ Ｓ Ｓ ｎ ｏ ｈ Ｇｏ ｗａ ， ｔ ｃ— ａ ｍｅ ａ ｅ ｂ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ ｓ ｒａ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｎ Ｐ ｏ ｅ ｄ ｎ ｓ ｏ ｔ ｌ ｓ ｒａ ｌｔ ｏ ｕ ｆ ｃ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｒ ｃ ｅ ｉ ｇ ｆ ｏ ｈ Ｉ ｅ ｔ ａ Ｃｏ ｆ ｒ ｎ ｅ ｎ Ａｄ ａ ｃ ｓ ｎ ｕ ｆ ｃ ｔ ｅ ｎ ｔｒ ａ ｉｎ ｌ ｎ ｏ ｎ ｅ ｅ ｃ ｏ ｖ ｎ ｅ ｉ Ｓ ｒａ ｅ Ｔ ｅ ｔ ｅ ｔ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄＡｐ ｌ ａｉ ｎ ， ０ ４ ｒ ａｍ ｎ ： ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｉ ｔ ｓ ２ ０ ｃ ｏ ９ Ｋｗｏ ｅ ｇＣ ｋ Ｃｈ ｎ Ｍ ａ ｅ ｌ Ｌ ｓ ｒ ｕ ｆ ｃ ｎＦ ｔ ａ ｅ ｒａ ｅｍｅ ｔ ｇｏ ａ ｓ ｌｎ ｆ ｉ ｈ ｇ — ｐ ｅ ｔ ｅ ｓ ｆ ｒ ｅ ｈ ｎ ｉ ｇ ｓ ｒａ ｅ ｐ ｏ ｅｔｅ ２ ｔ ｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｓ ｌ ｎ ａ ｃｎ ｕ ｆ ｃ ｒ ｐ ｒｉ ｓ ４ ｅ ｏ ｈ ｎ ｅ ｔ ａ Ｃｏ ｇ ｅ ｓ ｎ Ｉ ｔ ｒ ａｉ ｎ ｌ ｎ ｏ ｎ ｒ ｓ ｏ Ａｐ ｌ ａｉ ｎ ｏ ｓ ｒ ａ ｄ ｐ ｉ ｔ ｓ ｆ Ｌａ ｅ ｓ ｎ ｃ ｏ Ｅｌ ｃｒ — ｔｃ ， ０ ５ ｅ ｔｏ Ｏｐ ｓ ２ ０ ｉ
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１ ４
材料导报 网刊
２０ ０ ８年 ９月第 ３卷第 ４期
的正离子将 向工件加速 ，当与工件表面发生碰撞 时，与工件 表面 的化学元素相结合 。研究表 明，采用强流脉冲 电子束轰 击处理可 以有效地清 除 ３６ １Ｌ不锈钢 表层 的 Ｍｎ Ｓ夹杂物 ， 从 而达到净化材料表面 的 目的。通过对 １ ｒ８ ９ ｉ奥 氏体不 Ｃ ｌＮｉＴ 锈钢进行碳氮离子不 同剂量注入和共注入 ， 可引起注 入元素 在钢 中的化学效应 ，改善 了注入层结构 ，并形成新的合金层 或 弥散 强化相 。使钢表 面硬度 增加、摩 擦特 性得到改善、抗 磨损特性提 高。并改善钢 的抗氧化和抗腐蚀特性 一 。
６
３ 物理气相沉积法
将金属 、合金或化合物放在真 空室 中蒸发 ，使这些气相
原子或分 子在一定 条件下沉 积在工件 表面上 的工艺称 为物
理气 相沉积 （ 简称 Ｐ Ｄ） 目前 Ｐ Ｄ 技术发展主要有 以下 Ｖ 。 Ｖ
几种 类 型 ：
肖爱红，邱长军，李 学兵 激 光表面改性技 术及其应用 综述 机械制造， ０ ６ ４ ９４ ） ９ ２ ０ ， ９（４： ５ 丁阳喜，李军 模 具钢激光 表面 改性技术 的研究 进展 模具工业， ０ ７ ３ （） ５ ２ ０ ， ３９： ６
离子镀技术 主要有蒸发源 离子镀 、 多弧离子镀和磁控溅 射离子镀等 。 中磁控溅射离子镀是 由磁控溅 射技术与溅射 其 离子镀技术有机结合 而成 。其施镀工艺不 同于普通离 子镀 ， 可得到耐磨性、耐蚀性、耐热性不 同的镀层 。利用 磁控溅射 离子镀 技术 强化 阀座表 面的试验 研究 为阀座表 面强化 开辟 了一条新途径 。 离子注 入技术是将预先选择元素 的原子离化后 ， 电场 经 加速，使其获得高能量 ，然后将其打入材料 中的过程 。该技 术作为改变材料表面物理 、化学、电磁学和力 学性 能的有效 手段，在世界范 围内得到广泛应用。目前 投入运行 的离子注 入机主要为氮注入机［一 。 离子化学热处理 的基本原理是 ：将工件置于真空室 内， 其问充 以适 当分压 的渗剂气体ｆ 氮气或碳氢化合物１ ，在 外加 直流 电压 的作用下 ，电子从工件 向真空室壁运动，当含 渗剂 的混合气体分子被 电子碰撞离化时 ，产生辉光放 电。新 形成
Ｋｏ ａ ａ ， ｓ ｉ ａ ａＭ ， ｔａ Ｅｆ ｃ ｆｌ ｓ ｒｆｏ ｎ ｅ ｋ ｉ Ｔ ｋｉ Ｉ ｈ ｈ ｒ Ｍ Ｆ ｅ ｌ ｆ ｔｏ ａ ｅ ｕ ｃ ｅ ｌ ｏ ｅ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ａ ｄ ｈ ｒ ｎ ｓ ｆ ｏ ｏ ａ ｂ ｄ ｉ ｈ ｎ ｔ ｅ ｏ ｉ ｏ ｎ ａ ｄ ｅ ｓｏ ｒ ｎ ｃ ｒ ｉ ｅｔ ｎ ｆ ｎｓ ｈ ｉ ｂ ｈ ｉ
金 属材料表面改性技术的研究进展 ／ 程挺 宇等
１ ３
金属 材料表面改性技术 的研 究进 展
程挺 宇，郑 锋
（ 海 宝钢工 程 技术有 限公 司，上 海 ２ １０ ） 上 ０ ９ ０
摘 要 金属材料表 面改性技 术是 一 门新兴 的技 术，主要 包括激光表 面改性、离子 注入 法、 物理 气相沉积法和热喷涂等 ， 简述 了该 ４种技 术的研究和发展现 状 ， 对各种技 术的原 理和应 用状 况分别加以描述 ， 最后总结 了材料表面改性技术的发展 前
１ 激 光表 面改性
由于激 光特 有的优 良属性 ， 自 ２ ０世 纪中期，激光 器的 成 功研 制以来， 们相 继研 究并开发 出一 些具 有工 业应 用前 人 景 的激 光表 面改性技 术，如激 光相 变硬 化、激光 冲击 硬化 、 激 光合 金化 、激 光非 晶化 等［ Ｊ １ 。 ５
（） １ 阴极 电弧法
国内己由小 圆型 阴极 电弧技术发展到
大 面积 阴极 电弧技 术及 柱 型 靶 阴极 电弧 技 术 ，主 要用 于 ＴＡ１ ｉ Ｎ等薄膜 的制备 。 （ ）热 阴极法 ２ 薄膜 的制备。 （ ）磁控溅射法 ３ 近年来，磁控溅射技术一直是 国内涂 层业 的重点发展方 向，先后出现了非平衡磁控溅 射技术、磁 控溅射加辅助离子源技术等 ，可制备各类薄膜 。 （） ４ 磁控溅射 附加 阴极 电弧法 目前 国内己较 多采用该 技术 ，可用于多种薄膜 的制备［，］ ２２ 。 １２ 源于 Ｂ ｌｅｓ的技术 ，主要用于 ＴＮ 等 ａｚｒ ｉ
Ａｐ ｌ ｈ ｓ Ｍａｅ Ｓ ｉ ｒ， ０ １７ （） ３ ｐ ｙ Ｐ Ａ ｔ ｃＰ ｏ２ ０ ，４４： ３ ｒ ５
７ Ｓ ｉ ｈ ｒ Ｋａ ｒＫ， ｋ ｓＡ， ｔ ｌ ｒｄ ａ ， ｌ Ｖｉ ａ ｅ Ｈｉ ｈ ｐ ｗｅ ｉ ｄ ａ ｅ Ｘａ ａ ｇ ｏ ｒｄ ｏ ｅ ｌ ｓ ｒ ｓ ｒａ ｅ ｈ ｒ ｅ ｉ ｇ ｏ ｔｅ ｓ ａ ｄ ｃ ｓ ｒ ｎ ｎｔｒ ａｉ ｎ ｌ ｕ ｆ ｃ ａ ｄ ｎ ｎ ｆ ｓ ｌ ｎ ａ ｔ ｉｏ Ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｅ ｏ Ｃｏ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｖ ｎ ｅ ｎ Ｓ ｒ ａ ｅ Ｔ ｅ ｔ ｅ ｔ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎ ｅ ｅ ｃ ｎ Ａｄ ａ ｃ ｓ ｉ ｕ ｆ ｃ ｒ ａｍ ｎ ： ｓ ａ ｃ
工 业技术 的发展使 得制造 工业产 品所需 的材 料 品种 日 益繁多 ，为了适 应高强度 、高硬度 、耐磨、耐高温、耐腐蚀 等不 同要求 ， 通常采用各种表 面处理 技术对普 通金 属材 料表 面进行加工 ，使其适用各种复杂的工作环境。金属 材料表 面 改性技术很多 ，除传统 的热处理、电镀堆焊外 ，还 包括激光 表面改性、离子注入法、物理气相沉积法和热喷涂等 。
ｓ ｒ ａ ｅ ｍｏ ｉ ｃ ｔｏ ｃ ｏ ｏ ｙ ｏ ｔｌ ｔｒａ ｓ ｕ ｆ ｃ ｄ ｆ ａｉ ｎ ｔ ｈ ｌ ｇ ｆ ｉ ｅｎ ｍｅａ ｍａ ｅ ｉｌ
Ｋｅ ｒ ｙｗｏ ｄｓ
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