电子束表面改性处理
316L不锈钢强流脉冲电子束表面改性研究——Ⅰ.表面选择净化及机理
２ ） Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｉ ｒ ｅ ｄ ’ Ｅ ｔ ｕ ｄ ｅ ｄ ｅ ｓ Ｔ ｅ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｔ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｕ ｘ Ｍａ ｔ ６ ｒ ｉ ａ ｕ ｘ（ Ｌ Ｅ Ｔ ＡＭ， ＵＭＲ － ＣＮＲＳ ７ ０ ７ ８ ） ， Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ６ ｄ ｅ Ｍｅ ｔ ｚ ， Ｉ ｌ ｅ ｄ ｕ Ｓ ａ ｕ ｌ ｃ ｙ ， ５ ７ ０ ４ ５ Ｍｅ ｔ ｚ ， Ｆ ｒ ａ ｎ ｃ ｅ
维普资讯
第 ４ ３卷
２ ０ ０ ７年
第 １期
仓 ／ 南 学 竣
Ａ ＣＴＡ Ｍ ＥＴＡＬＬＵ ＲＧＩ ＣＡ ＳＩ ＮＩ ＣＡ
Ｖｏ １ ． ４ ３
ＮＯ ． １
４ —７ ０ 页 １月 第 ６
Ｊ ａ ｎ． ２ ０ ０７ ＰＰ． ６ ４ — ７ ０
Ｉ ｌ ｅ ｄｕ Ｓ ａｕ ｌ ｃ ｙ ，５７ ０ ４ ５ Ｍｅ ｔ ｚ ，Ｆｒ ａ ｎｃ ｅ
３ ）Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ １ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｐｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ， Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ０ １ ６
Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ， Ｄａ ｌ ｉ ａ ｎ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏｇ ｙ ，Ｄａｌ ｉ ａｎ １ １ ６ ０ ２ ４
２ ） Ｌａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｉ ｒ ｅ ｄ ’ Ｅｒ ｕ ｄ ｅ ｄ ｅ ｓ Ｔ ｅ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｔ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｕ ｘ Ｍａ ｔ ６ ｒ ｉ ａ ｕ ｘ（ ＬＥ ＴＡＭ ， ＵＭＲ— ｃＮＲＳ ７ ０ ７ ８ ） ，Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ＠ｄ ｅ Ｍｅ ｔ ｚ ，
CVC8铝合金电子束改性的组织与性能的研究
铝合金（ 包括铝基复合材料） 具有很多 的优异性 能 ， 应用在 汽车构件 、 航空 、 铁路 客车等很多 方面『 但 铝合 金也存在诸 】 Ｉ 。
《 装备 制造技 术｝ ００年第 １ ２１ 期
Ｃ Ｃ Ｖ ８铝 合 金 电子束 改性 的组 织与 性 能 的研 究
魏 德强 ， 卫坡 ， 信 王 荣
淮 林 电子科技大学 机电工程学 院 ， 广西 桂林 ５ １ 面进行 改性试验研 究 ， ＶＣ 以便提高铝合金表 面的硬度和 耐磨性 。 本文对铝合金 电子
周 春 华 等 对 添 加 不 同 合 金 化 元 素 的铸 造 铝 合 金 试样 表 面 ，
空室 中 ， 真空度 为 ｌ。Ｐ ， 用 电子 束扫描 进行表 面处理 ， Ｏ’ ａ利 电
子束参数如表 ２ 所示 。
表 ２ 试样表面处理的电子束工艺参数表
进 行电子束 改性 试验研究［， 果表 明 ， ６结 １ 电子束改性使 普通铸 造 铝合金 表面组织更加细化 ，并 在合金化时出现许多非平衡
组织 ， 显著提 高耐磨性 。王英等采用 电子束表 面合 金化技术 ，
对 Ｚ １９铝 硅合金进行表 面强化 处理 ， Ｌ０ 结果表 明 ， 铝硅合金
经 电子 柬 表 面 合 金 化 处 理 后 ， 织 高度 细 化 ， 形 成 具 有 网状 组 并
电子束扫描完成后 ， 利用铝合金基 体的传热进行 冷却 ， 用
的 频 率 为 ： ３ｋ ｚ ０— Ｈ ，聚 焦 电 流 为 ０～１ Ａ。 实 验 材 料 为 ： ｍ ｋ
三束表面改性总结
• 这些束流用于材料表面加热时，由于加热速度极快，所以 整个基体的温度在加热过程中可以不受影响。
• 这些技术特征在应用上表现为，这三种束流可以对材料的 表面实现包括无化学成分变化的相变硬化、微晶化、非晶 化，以及有化学成分变化的熔覆、合金化等表改性处理， 而且材料在这种快速加热冷却之下可产生其他表面工程技 术达不到或难以达到的材料表面的组织与性能。
三束表面改性总结
• 采用激光束、离子束、电子束对材料表面进行改性或合金 化的技术，技术主要包括两个方面：
• 其一，利用激光束、电于束可获得极高的加热和冷却速度， 从而可制成微晶、非晶及其它一些奇特的、热平衡相图上 不存在的高度过饱和固溶体和亚稳合金，从而赋予材料表 面以特殊的性能，大大改善了工件的使用性能和应用领域， 目前的激光束、电子束发生器已有足够的能量在短时间内 加热和熔化大面积的表面区域。
电子束表面处理
3、电子束表面合金化及熔覆
（1）改性过程
电子束表面合金化是将合金粉末涂覆在金属表面上，然后
控制电子束与表面的作用时间，使表面涂覆层熔化，基体材料 的表面薄层也微熔，形成表面局部区域的冶炼得到新的合金， 从而提高工件表面性能。
（2）合金原料
一般选择W、Ti、Mo等元素及其碳化物作为合金化原料提高
材料耐磨性；选择Ni、Cr等元素则可提高材料的抗腐蚀性能； 而适当添加Co、Ni、Si等元素能改善合金化效果。
经电子束10次轰击后的低倍扫描 电镜形貌,处理后的表面呈快速熔 凝的典型形貌特征,并且出现了大 量的火山坑,这种特殊形貌是金属
在脉冲束流处理下的特有形貌。
图b为同一样品的高倍形貌, 熔化的表面上可见一些很小的空 洞和缺陷,它们可能来自于未能 完全熔化弥合的钛颗粒。
图c所示的是经电子束20次 轰击后的低倍扫描电镜形貌， 可以看出火山坑的密度明显 降低,样品表面变得更加平整。 这是由于多次的表面重熔及 火山喷发更加彻底地清除了 表面的夹杂物。 图d为同一样品的高倍 形貌，可看出表面存在一 些微裂纹,这表明合金层在 冷却过程中受到了拉应力 作用,而最终在室温下存在 很高的残余应力。
电子束表面处理
周婷婷
主要内容
• 电子束表面处理原理及设备
• 电子束与激光束技术的对比 • 及设备
1、原理
高速运动的电子具有波的性质，当高速电子束照射到金属 表面时，入射电子能深入金属表面一定深度，与基体金属的原 子核及电子发生相互作用。由于入射电子与原子核的质量差别
（3）实例
张可敏[3]等人采用强流脉冲电子束对316L不锈钢 表面进行钛合金化处理，实验用俄产Nadezhda-2型 强流脉冲电子束源,脉冲电子束合金化处理参数如下: 加速电压27keV，能量密度3J/cm2，脉宽1.5µs，脉冲 间隔10s，脉冲次数分别为10次,20次。
电子束表面处理
2. 5 电子束表面薄层退火
当电子束作为表面薄层退火热源使用时，所需要的功率 密度要较上述方法低很多，以此降低材料的冷却速度。对于 金属材料，此法主要应用于薄带的表面处理。另外，电子束 退火还成功地应用于半导体材料上。
3. 电子束表面处理的发展前景
近些年电子束表面处理从宏观性能的改变到微观作用 机理的研究得到了进一步的深入发展，有学者通过数值模 拟的方法分析电子束处理过程的温度场、浓度场和应力场 的分布及变化。电子束处理后改变了表层金属和合金的微 观结 构，可以获得过饱和固溶体等非平衡结构，从而达到 提高材料表面性能的目的。
2. 4 电子束表面非晶化处理
将电子束的平均功率密度提高到 106 ~ 107W/cm2，作用时 间缩短至 10-5 s左右，使金属在基体与熔化的表层之间产生很 大的温度梯度，在停止电子束照射后，金属表面快速冷却速 率(107~ 9 / s)远远超过常规制取非晶的冷却速率(103~ 6 / s)，所 获非晶的组织形态致密，抗疲劳及抗腐蚀性能优良。
2. 2 电子束表面重熔处理
电子束重熔可使合金的化学元素重新分布，降低某些 元素的显微偏析程度，从而改善工件表面的性能。由于电 子束重熔是在真空条件下进行的有利于防止表面的氧化， 因此电子束重熔处理特别适用于化学活性高的镁合金、铝 合金等的表面处理。
2. 3 电子束表面合金化
一般选择 W、Ti、B、Mo 等元素及其碳化物作为合 金元素提高材料耐磨性；选择 Ni、Cr 等元素可提高材料 的抗腐蚀性能；而适当添加 Co、Ni、Si 等元素能改善合金 化效果。
通过控制电子束处理参数以及不同的处理工艺, 可以 达到不同的表面改性效果。可将目前的电子束表面改性技 术分为以下几种类型: 电子束表面相变强化、重熔处理、合金化、熔敷、电子束 表面非晶化处理、薄层退火。
电子束处理技术在纳米医学中的应用
电子束处理技术在纳米医学中的应用随着人们对于医疗技术的不断追求和研究，纳米医学作为医学领域的热门话题已经引发人们的广泛关注。
纳米医学是指将纳米级别的材料和技术运用于医学领域，用于预防、诊断和治疗疾病，以及促进健康的科学和技术体系。
电子束处理技术作为先进的表面处理技术，开始在纳米医学领域中得到了广泛的运用，并表现出了良好的应用前景。
一、电子束处理技术的基本原理电子束处理技术是一种高能电子束与材料相互作用的表面处理技术，可以在材料表面产生轰击作用和辐射作用，从而使材料表面发生化学、物理、结构性的变化。
电子束处理技术不仅可以用于纳米材料制备，而且也可以用于改善材料表面性质，并在多个领域中得到应用。
二、电子束处理技术在纳米医学中的应用电子束处理技术在纳米医学中应用广泛，主要包括以下几个方面：1. 纳米医学材料表面改性电子束处理技术可以改善纳米材料表面性质，包括提高表面化学反应活性、增加表面能、调控表面形貌等。
利用电子束处理技术，可以改善材料表面的亲水性、抗菌性、耐腐蚀性等，从而将纳米医学材料的性能优化或改善。
2. 生物材料紫外消毒电子束处理技术可以应用于纳米医学的生物材料消毒。
其原理是高能电子束可以通过杀死细菌、病毒等微生物，从而使生物材料得到有效的消毒。
对于需要频繁植入人体的生物材料来说，如人工耳蜗、心脏起搏器等，电子束处理技术可保障材料的微生物卫生安全。
3. 生物成像材料制备电子束处理技术也可以应用于生物成像材料制备。
通过将纳米材料与生物标记分子相结合，可以制备得到具有生物成像功能的生物纳米粒子。
电子束处理可以提高穿透力，使得成像效果更加清晰、准确，用于癌症、神经系统疾病等的诊断和治疗。
4. 纳米药物运载电子束处理技术可以应用于纳米药物运载中。
将药物通过电子束处理技术制备成小型、高效的纳米药物，可以对药物进行包裹、封闭和修饰，使药物更容易穿透细胞膜，进入需要治疗的组织细胞，强化生物利用度和药物效力。
10第六章第五节 高能束表面处理
它在可见和红外区有许多激光谱线，最 重要的是0.6328μm, 1.15μm和3.39μm三 条谱线。 在激光加工设备中，常作红外激光器与 导光系统的调整装置。
2018/11/6
17
b)
氩离子激光器
氩离子激光器是目前可见光区连续功率 最高的相干光光源。 其最高连续功率已达成150W，效率最高 达0.6%,使用寿命超过1000h,频率稳定度 为2×10-5，常用于微加工中。
2018/11/6 2
三束加热特点：
1．三束直接加热的材料表层一般深度在几微米； 2 ．加热表面功率密度相当大，电子束、离子束的 脉冲宽度为10-9s，激光的脉冲宽度可短至10-12s; 3．材料表面由表及里产生极高的温度梯度，106～ 108K/cm ， 从 而 导 致 极 高 的 冷 却 速 度 ， 109 ～ 1011K/s. 4 ．表面产生大量缺陷，特别是离子束，除加热材 料表面外，固体表面受到离子的轰击时，表面原子 大量被溅射出来，从而产生缺陷。
2018/11/6 10
(一) 激光的产生
某些具有亚稳态能级结构的物质受外界能量激发时， 可能使处于亚稳态能级的原子数目大于处于低能级 的原子数目，此物质被称为激活介质，处于粒子数 反转状态。
如果这时用能量恰好与此物质亚稳态和低能态的能 量差相等的一束光照射此物质，则会产生受激辐射， 输出大量频率、位相、传播和振动方向都与外来光 完全一致的光，这种光称为激光。
2018/11/6
35
2． 高硬度
激光淬火层的硬度比常规淬火层提高 15～20%。
淬火硬度与加热温度有关，与保温时间 无关。 硬化层深度：通常为0.3～0.5mm。
3. 变形小
2018/11/6 36
材料表面改性技术进展
材料表面改性技术进展概述材料的表面性能对其整体性能和应用范围有着重要的影响。
为了改善材料的表面性能，提高其耐磨、耐腐蚀、耐高温、防尘、防水等特性，科学家们不断研究和开发各种材料表面改性技术。
这些技术的发展为材料制造业带来了巨大的进步和创新。
本文将介绍几种常见的材料表面改性技术及其在不同领域的应用。
1. 电子束表面改性技术电子束表面改性技术是通过使用高能电子束照射材料表面，以改变其结构和性能的一种方法。
电子束能够穿透材料表面，并与其相互作用，从而引起材料的结构改变。
这项技术主要应用于金属材料、陶瓷材料和聚合物材料的改性。
通过电子束表面改性，材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能得到显著提高，使其在航空航天、能源等领域得到广泛应用。
2. 等离子体表面改性技术等离子体表面改性技术是利用高能等离子体束对材料表面进行处理以改变其性质的一种方法。
等离子体束可以产生高能粒子和离子，通过与材料表面相互作用，改变其物理和化学性质。
等离子体表面改性技术可以显著改善材料的耐磨性、耐腐蚀性和导电性能，广泛应用于航空航天、电子、光电子等领域。
此外，该技术还可用于制备功能性涂层，如超疏水涂层、防腐涂层等。
3. 溅射表面改性技术溅射表面改性技术是利用高能粒子束轰击材料表面，并将其上的原子或分子喷射到材料表面，以改变其物理和化学性质的一种方法。
通过溅射技术，可以在材料表面形成不同组分的薄膜，从而改善材料的硬度、耐磨性、导电性等性能。
溅射表面改性技术主要应用于薄膜材料的制备和功能性涂层的制备领域。
它在集成电路、光电子、显示器等高科技领域具有广泛的应用前景。
4. 化学表面改性技术化学表面改性技术是通过在材料表面形成化学反应，改变其表面化学性质的一种方法。
这种方法广泛应用于金属材料和聚合物材料等。
通过化学表面改性，可以改善材料的抗腐蚀性、耐磨性、润滑性等性能，并赋予其特殊的功能。
例如，通过化学表面改性，可以在金属表面形成自修复涂层，增加材料的耐蚀性能；在聚合物材料上引入亲水基团，使其具有优良的润湿性能。
电子束表面改性技术的研究及应用探讨
电子束表面改性技术的研究及应用探讨电子束表面改性技术是现代材料科学中的一个重要研究方向。
该技术是通过向材料表面注入电子束，使原有的结构发生改变，从而达到增强材料性能的目的。
这种技术主要应用于材料表面的微观结构改变和材料性能的改善。
今天我们来探讨一下电子束表面改性技术的研究和应用。
一、电子束表面改性技术的研究电子束表面改性技术是金属表面改性的一种有效方法。
电子束表面改性技术的原理是通过电子束的加速器将电子束加速到一定的能量后，注入到材料表面，使其发生结构变化。
电子束注入后，材料表面上的晶体会发生位错、变形等变化，从而改变其物理性质。
电子束表面改性技术的研究主要针对对材料表面的改变进行研究。
目前主要的研究方向有以下几个：1. 电子束注入量的控制电子束注入量的大小对材料的性质改善有重要的影响。
过度注入会造成材料的熔化或蒸发，导致严重的损坏。
因此，需要通过精确的控制电子束的注入量，以达到材料表面的最佳改性效果。
2. 电子束的能量电子束的能量对材料表面的改性效果有显著影响。
通过调节电子束的能量，可以改变材料表面的晶体结构，从而提升材料的性能。
3. 电子束注入时间和速度电子束注入时间和速度也对电子束表面改性技术的效果有重要的影响。
一般来说，注入时间和速度都需要控制在合适的范围内，以避免材料表面的熔化、蒸发或其他形变等问题。
二、电子束表面改性技术的应用电子束表面改性技术的应用不仅局限于材料改性，还可以应用于其他领域。
以下是其主要应用领域：1. 电子束表面改性技术在航空航天领域的应用电子束表面改性技术在航空航天领域的应用越来越广泛。
它可以用于制造各种支架、引擎和其他重要部件。
电子束表面改性技术可以提升这些材料的性能，降低摩擦系数和阻力等，大大提高了安全性和寿命。
2. 电子束表面改性技术在医学领域的应用电子束表面改性技术在医学领域的应用也很广泛。
它可以用于制造人造骨骼植入物、心脏支架和其他医疗器械。
电子束表面改性技术还可以增强这些材料的生物相容性，从而减少排异反应的几率。
学科前沿
低真空
压力为13.3~1.33Pa，加速电压为40~150KV，最大传输距 离小于700mm，电子束有一定散射，束斑尺寸相对减小， 是电子束表面改性设备用得较多的系统。
电子束表面改性技术
汇报人：xxx
主要内容
1 2 电子束表面改性的方法及原理 电子束表面改性工艺及特点 所制备涂层的性能特点
3
4 电子束表面改性技术的应用
一、电子束表面改性的方法及原理
定义:利用高能电子束轰击材料表面，使其温度升 高并发生成分、组织结构变化，从而达到所需性 能的工艺方法。
常用生产工艺：电子束表面淬火、电子束表面熔 凝、电子束表面合金化、电子束表面熔覆等。
四、电子束表面改性技术的应用
汽轮机叶片
• 电子束表面淬火处理
汽轮机叶片 在高速旋转且带冲蚀的条件下工作，对耐蚀性和抗应力腐蚀能力 要求较高，表面淬火处理后，变形小，表面残留应力增加，疲劳寿命提高
发动机凸轮顶杆
•电子束表面淬火处理
发动机凸轮顶杆 在实际生产中广泛应用此工艺，且工艺参数成熟，硬 化部位控制准确，应用效果很好。
使材料表面融化，并快速凝固，表层组织得以细化， 提高表层性能。此方法无需黑化处理，成本比激光 处理低
采用电子束加热工件和预涂覆工件表面的合金化材 料，使二者融化并混合，形成一种新的合金化表面 层 采用加热工件表层和熔覆材料，使熔覆材料熔焊于 工件表面。有缺陷少，操作复杂等特点
电子束表面改性工艺的共同特点
电子束表面改性的工作原理
电子束辐照技术在材料表面改性中的应用
电子束辐照技术在材料表面改性中的应用材料表面的改性是目前研究的热点，这是因为材料表面的性质决定了材料的许多重要特性，比如耐磨性、抗腐蚀性、生物相容性等。
为了在各种环境下提高材料的实用价值，科学家们研究了各种材料表面改性技术。
其中，电子束辐照技术已经成为了一个应用广泛的方法。
本文将介绍电子束辐照技术的基本原理和其在材料表面改性中的应用。
一、电子束辐照技术的基本原理电子束辐照技术是一种利用高能电子束辐射材料表面的方法。
它是通过射线照射材料表面来获得所需的改性效果，例如改善机械强度、耐磨性、附着力和抗腐蚀性等。
其实现原理是将电子束加速到足够高的速度，然后将其聚焦，并在待处理的材料表面上进行照射。
由于电子具有较大的动能，它们在与材料相互作用时会引起材料分子的离子化、扰动和损伤等，从而在表面形成受控的微观结构和化学成分变化，实现改性目的。
二、电子束辐照技术的应用电子束辐照技术可用于实现材料表面重要的性能改善，对生物医学、机械工程、航空航天和化工等领域都有广泛的应用，具体如下：(一)提高材料的机械强度材料的机械强度常常是其应用中的一个关键因素。
通过电子束辐照，可在材料表面形成新的化学成分和微观结构，从而增加材料的硬度、耐磨性和刚度等。
例如，在不锈钢上进行电子束辐照处理，可以提高其抗磨损和抗腐蚀性能，使其在机械制造和生产中更加使用广泛。
(二)提高材料的生物相容性在生物医疗领域，电子束辐照被用来提高各种材料的生物相容性。
例如，通过调节电子束照射参数可以控制聚合物表面的化学成分和微观结构，从而调节其生物相容性，保证医疗材料的应用安全和效果。
(三)提高材料的抗腐蚀性材料的抗腐蚀性能往往是在包含酸、盐等腐蚀剂的环境下达到最佳状态。
通过电子束辐照处理，可将材料表面化学成分变化，形成更为稳定的化学结构和更为致密的表面层，从而增强其抗腐蚀能力，提高其在腐蚀环境下的使用寿命。
三、电子束辐照技术的比较优势与其他材料表面改性技术相比，电子束辐照技术有一些独特的优势：(一)高精度的控制能力电子束辐照能够实现对材料表面组织的精细控制。
镍基625_合金电子束熔覆TiC_涂层表面改性研究
第15卷第8期精密成形工程2023年8月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING139镍基625合金电子束熔覆TiC涂层表面改性研究于保宁1,2，赵广辉3，杨杜航1,2，侯少奎3，张博1,2（1.洛阳中重铸锻有限责任公司，河南洛阳 471039；2.中信重工机械股份有限公司，河南洛阳471039；3.太原科技大学重型机械教育部研究中心，太原 030024）摘要：目的采用电子束表面改性技术对Inconel 625镍基合金进行电子束表面合金化（EBSA）处理，制备性能良好的TiC涂层，提高Inconel 625镍基合金的表面性能。
方法采用不同的电子束扫描速度（80、100、120 mm/min）在Inconel 625镍基合金表面制备TiC涂层，使用扫描电镜（SEM）拍摄合金区横截面进行EDS 能谱分析，使用电子背散射衍射仪（EBSD）对合金层进行EBSD表征分析，使用显微硬度仪测量EBSA后的表面硬度，使用摩擦磨损试验机（RTEC）测试表面耐磨性、生成摩擦曲线并拍摄磨损表面的三维形貌。
结果从宏观形貌上来看，在80 mm/min扫描速度下涂层成形质量最好。
微观组织测试结果表明，随着扫描速度的增大，平均晶粒尺寸增大。
显微硬度测试结果表明，随着扫描速度的增大，表面硬度呈现降低的趋势，但涂层表面硬度均高于基材硬度。
当扫描速度为80 mm/min时，TiC强化颗粒较多分布在表面，其表面硬度最高，为457HB，与基材相比，表面硬度提高了1.936倍。
耐磨性测试结果表明，当扫描速度为80 mm/min 时，磨损体积和磨损率最低，分别为0.913 1 mm3和3.043 7，相较于基材，磨损率降低了30.48%。
结论当扫描速度为80 mm/min时，采用电子束熔覆技术在Inconel 625镍基合金表面制备的TiC涂层可显著改善Inconel 625镍基合金表面的硬度、耐磨性。
硅化物涂层电子束重熔表面改性技术
化 寿命 是卫星 长寿命 发展 的需求 ，为此 作者 研究 了 电子 束重熔 对铌 合金 表面 硅化物 涂层 的表 面形貌
和性 能 的影响 。
设 计 ，然后利 用该 波形 的 电子束 对硅 化物 涂层进 行重 熔处 理 ；通 过工作 台的移动 实现 电子束 对试验 样 品表 面的垂 直辐 照 ， 真空 条件下 ，利 用优 化 的工 艺参 数进行 涂层单 道 电子 束重 熔 改性 处理 。工 在 艺参 数见 表 １ 。利 用 Ｊ Ｍ一５ ０扫描 电镜 分析 重熔 涂层表 面组 织形貌 。 Ｓ ５０
３Ｏ Ｏ ２０ ０
３ 电子 束 扫 描 波形 设 计
电子 束扫 描能量 输入 均匀 性是 开展 电子束 表 面改性 技术 前提 ，电子束 扫描波 形直 接影 响 电子束 熔覆 涂层 表面熔 池 的温度 场 ，进而 影响熔 池表 面 温度 及 熔体 的粘 度 、熔 体 密度 、合 金 元素 的扩散 、 熔覆 改性 层组 织结构 均匀 性 、表 面平 整 度 、气 孔或 裂纹 。Ｋｎ ａｅ ａ 出 电子束 扫 描频 率 大于 ５ Ｈｚ ｙ ｚｖ 指 ０ 时在 波形 范 围内产生 的热 输入 等 同于一个 有效 热 源 。电子束 扫描 控制 系统研 究表 明 ，频率 至少 在
收 稿 日期 ：２ ０ １０ 。收 修 改 稿 日期 ：２ １ ３ １ ０ ９１－３ ０ ００ ６
±垦窒 型 堂垫
表 １ 硅 化 物 涂 层 电子 束 重 熔 工 艺 参 数
工艺参数 ｆ
规 范 】
￣Ｎ／Ｖ ｋ ３ ０ Nhomakorabea电流／ Ａ ｍ
电子束表面处理技术的发展及其应用
电子束表面处理技术的发展及其应用随着科技的发展，人们对材料处理的需求也变得越来越高，而表面处理因其在材料性能提升、加工效率提高等方面的成功应用而备受瞩目。
而电子束表面处理技术在近几十年来的快速发展中，成为了一种被广泛研究和应用的表面处理技术。
本文将探讨电子束表面处理技术的发展历程及其应用领域。
1. 电子束表面处理技术的发展历程电子束表面处理技术是利用电子束轰击材料表面为其处理改性加工表面的技术。
20世纪50年代末，美国F. Schiller在分析电子束与物体作用时，发现电子束与物体相互作用会产生电离和电子激发，从而造成材料的表面纳米结构的改变, 进而达到改性加工表面的目的。
经过多年研究和发展，电子束表面处理技术逐渐成为了一种主要的表面处理技术，其处理效果比传统的表面处理技术更为优异。
二0世纪70年代初，随着电子器件发展和微电子技术的发展，电子束表面处理技术也得到了广泛应用。
在处理微电子元器件时，电子束表面处理技术能够提供高精度的表面清洗和表面透镜技术，在其表面上形成非常细微的图案，同时也能够提供较强的电子束控制工具。
此后，欧美等发达国家的许多高端科技领域的研究机构和公司对电子束表面处理技术进行了大量的研究和应用。
2. 电子束表面处理技术的应用领域2.1 显示器制造目前，液晶显示器的品质主要由各种因素共同决定，如各层玻璃表面完整性、电致发光现象、晶体的清晰度等，而电子束表面处理技术可以通过对透明导电材料等材料表面进行处理，从而优化显示效果，并解决一些常见的显示器问题。
该技术广泛应用于OLED、第二大屏幕等高端平面显示器的制造，为消费者带来更加清晰、更加精准的显示效果。
2.2 模具制造电子束表面处理技术在模具制造方面也得到了广泛的应用。
在模具制造时，模具表面的精度非常重要，而传统表面处理技术在实际应用过程中难以得到满足要求的精度。
而电子束表面处理技术通过电子束轰击材料表面，可以制造出高精度的模具表面，从而大幅提高模具的加工精度和稳定性。
高能束表面改性技术
化。
03
材料适应性有限
不同材料对高能束表面改性的响应不同，部分材料可能难以实现理想的
改性效果。解决方案包括研究不同材料的改性机理，开发针对性的高能
束表面改性技术。
发展前景展望
拓展应用领域
随着高能束表面改性技 术的不断发展和完善， 其在航空航天、汽车制 造、模具修复等领域的 应用将不断拓展。
绿色环保方向
原理。
操作前需对设备进行全面检 查，确保各系统正常运行。
02
01
03
严格遵守设备操作规程，避 免误操作导致设备损坏或人
身伤害。
注意观察改性过程中材料的 变化，及时调整工艺参数以
获得最佳效果。
04
05
操作结束后需对设备进行清 理和维护，确保设备的长期
稳定运行。
04 高能束表面改性技术应用 领域
航空航天领域应用
典型案例分析
案例一
激光表面合金化提高材料耐磨性。通过激光束将合金元素与基体材料表面快速熔合，形成 具有优异耐磨性能的合金层。
案例二
电子束表面非晶化改善材料耐腐蚀性。利用电子束的高能量密度，将材料表面瞬间加热至 熔点以上，然后快速冷却，形成非晶态结构，提高材料的耐腐蚀性。
案例三
离子束辅助沉积制备功能薄膜。在离子束的辅助下，将所需的功能材料沉积在基体材料表 面，形成具有特定功能的薄膜，如光学薄膜、电磁屏蔽薄膜等。
面临挑战及解决方案
01
设备成本高
高能束表面改性设备通常价格昂贵，限制了其在一些领域的应用。解决
方案包括研发更经济、高效的高能束源，以及优化设备结构降低制造成
本。
02
工艺稳定性差
高能束表面改性过程中，工艺参数的微小变化可能导致改性效果的显著
化学技术中常见材料的表面改性方法
化学技术中常见材料的表面改性方法在化学技术领域中，材料表面的改性对于改善材料性能和实现特定功能起着非常重要的作用。
通过对材料表面进行调控和改变，可以使其具备诸如耐磨、防腐、抗菌、导电等特性，从而扩展材料的应用领域。
下面将介绍几种常见的材料表面改性方法。
一、化学改性方法化学改性是通过在材料表面引入化学物质进行改变，以改善材料表面性能。
常用的化学改性方法包括表面涂层，表面氧化处理和功能化修饰。
1. 表面涂层表面涂层是将一层材料覆盖在材料表面上，以改变其外观和性能。
涂层材料可以是聚合物、金属、陶瓷等，通过涂覆工艺将其粘附在材料表面上。
涂层可以起到增加材料硬度、耐磨性和耐腐蚀性的作用，同时还可以改变材料的光学、导电等性质。
2. 表面氧化处理表面氧化处理是通过在材料表面形成一层氧化物薄膜来改变材料性能。
常见的表面氧化处理方法包括阳极氧化、氧化硫磷化等。
例如，阳极氧化是将材料浸入电解液中，通过电化学反应在材料表面形成一层氧化物薄膜，从而提高其耐腐蚀性能和硬度。
3. 功能化修饰功能化修饰是通过在材料表面引入特定的功能基团，使其具备特殊的性能。
常见的功能化修饰方法包括表面聚合、化学修饰等。
例如，可以在材料表面引入羟基、氨基、硅烷等基团，从而使其具备亲水性、抗菌性、抗污染性等特性。
二、物理改性方法物理改性是通过改变材料表面的物理结构和形态来改善材料性能。
常见的物理改性方法包括离子注入、电子束辐照和等离子体改性等。
1. 离子注入离子注入是将高能离子束注入到材料表面，使其表面形成亚微米级的改性层。
离子注入可以改变材料的晶体结构、硬度和光学性质，从而提高材料的耐磨性和耐腐蚀性。
2. 电子束辐照电子束辐照是利用电子束对材料表面进行辐照处理，从而改变材料的表面形貌和结构。
辐照后的材料表面可以形成纳米级的结构，提高材料的抗菌性、抗腐蚀性和疏水性等性能。
3. 等离子体改性等离子体改性是利用等离子体在材料表面产生化学反应，改变材料表面的结构和性能。
高能束表面改性技术.pptx
20
激光熔覆工艺示意图
第22页/共47页
21
激光熔覆的应用
激光熔覆在现代工业中已显示出明显的经济效益，应用范 围涉及许多工业领域，主要有以下几个方面。 航空航天工业首先吸取激光熔覆的优点，并将其用于生 产的部门。它不仅用于加工零部件，亦用于修理方面。 1981年美国首先将激光熔覆技术用于强化RB-21侦察轰 炸机的喷气发动机涡轮叶片，在铸造的Ni基合金涡轮叶 片上用2kW C02激光，配合同步送粉技术熔覆一层三元 合金获得成功。由于激光技术先进，热影响区小，产品 质量好、成品率高，而且可省略熔覆后磨削加工，并大 量节约昂贵的硬化材料、经济效益十分显著。
扫描速度太慢，会导致金属表面温度超过熔点，或者加 热深度过深，不能自冷淬火。扫描速度太快，则可能使 表面达不到相变温度。功率密度则受激光器功率和和光 斑尺寸的影响，功率密度太小，表面得不到足够的热量， 不能达到所需的相变温度。
第10页/共47页
9
此外激光加热是依靠光幅射加热，只有一部分激光被 材料表面吸收而转变成热能，另一部分激光则从材料 表面反射。激光波长越短，金属的反射越小；电导率 越高的金属对激光的反射越大；表面粗糙度小反射率 也高。因此在激光表面淬火处理前，为提高金属表面 对激光束的吸收率，一般在工件表面须预置吸收层， 对工件进行预处理，通常叫做“黑化处理”，可使吸 收率大幅提高。
美国AVCO公司采用激光合金化工艺处理了汽车排气阀， 使其耐磨性和抗冲击能力得到提高。在45钢上进行的 TiC-Al203-B4C-Al复合激光合金化，其耐磨性与CrWMn 钢相比，是后者的10倍，用此工艺处理的磨床托板比原 用的CrWMn钢制的托板寿命提高了3～4倍。
第18页/共47页
17
电子束辐照材料改性及其应用
电子束辐照材料改性及其应用电子束辐照技术是一种非常有效的材料改性方法，其可以通过高能电子束对材料进行辐照，从而改变材料的物理、化学和机械性能。
在材料科学领域中，电子束辐照技术有着广泛的应用，可以用于改善材料的强度、硬度、耐热性和耐蚀性等性能，从而推进材料的性能和应用范围。
本文将介绍电子束辐照材料改性及其应用。
一、电子束辐照材料改性电子束辐照材料改性是通过将高能电子束辐射到材料表面，使材料中的原子、分子发生电离和碎片反应，从而改变材料的物理和化学性质。
与传统的热处理方法相比，电子束辐照具有操作简便、能耗低、效果稳定等优点。
1. 改善材料强度和硬度电子束辐照后，材料表面会形成一层微观的晶粒和剩余应力分布，这种结构可以提高材料的强度和硬度。
例如，通过电子束辐照，可以改善钛合金的力学性能，使其耐久性得到提高。
2. 提高材料的耐热性电子束辐照可以提高材料的耐热性能，主要是通过使材料中的金属离子发生交换反应而得到。
这种方法被广泛应用在高温合金中，可以提高其抗氧化能力和热传导性能，从而延长其在高温环境下的使用寿命。
3. 改善材料的耐蚀性除了改善材料的力学和热学性能外，电子束辐照还可以改善材料的耐蚀性。
通过选择适合的辐照剂量和条件，可以使材料表面形成一层致密的氧化层，从而提高其抗腐蚀能力。
例如，钢材的耐蚀性可以通过电子束辐照得到大幅度的提升。
二、电子束辐照材料的应用电子束辐照材料的改性科研成果已经取得了一定的成功，其应用前景望好。
以下将介绍几个电子束辐照材料的应用领域。
1. 核电站材料核电站材料需要具备高温、高压、强度和辐射抵抗力等特性，而电子束辐照技术可以帮助提高材料的耐辐射能力，使材料在极端辐射环境中仍然保持稳定，从而有效提高核电站的工作效率和安全性。
2. 航空材料航空材料需要具备高强度、轻质、高温耐腐蚀等特性。
通过电子束辐照技术可以改善材料的强度和热传导性能，提高其抗氧化和耐蚀性，从而提高航空器的性能和安全性。
材料表面改性新技术
工程材料基础
在钢件表面沉积TiC层 将Ti以挥发性TiCl4形式与气态或蒸气态的 碳氢化合物一起送入高温的真空反应室,用氢 气作为载体气和稀释剂,即会在反应室内钢件 表面上发生化学反应:
TiCl 4 +CH 4 + H 2 → TiC + 4HCl ↑ + H 2 ↑
TiC被沉积在工件的表面.
2
工程材料基础
火焰喷涂是利用气体燃烧火焰的高温将喷 涂材料(金属丝或粉末)熔化,并用压缩空气 流将它以很高的速度喷射到工作表面上,形成 涂层.
粉斗
C2H2 O2
3
工程材料基础
二,涂层结构
热喷涂过程中,最先冲击到工件 表面的颗粒变形为扁平状,与工件表 面凹凸不平处产生机械咬合. 后来的颗粒打在先行颗粒的表面 上也变为扁平状,并产生机械结合, 逐渐堆积成涂层.
8
工程材料基础
10.2 激光束,离子束及电子束技术 激光束,
一,激光束表面合金化
激光束的特点 高的方向性; 高亮度性; 高单色性.
9
工程材料基础
预先通过蒸发,溅射, 涂敷或喷涂的方法在金 属工件表面上附着一层 合金元素表面膜 受到激光束照射时,表 面膜及工件浅表层熔化 并迅速凝固成具有特殊 成分和性能的合金化表 层.
20
工程材料基础
CVD法的主要特点
可沉积各种晶态或非晶态无机薄膜材料; 沉积层纯度高,与基体结合力强; 沉积层致密,气孔少; 均镀性好; 设备及工艺操作较简单; 反应温度较高,1000℃以上,限制了其应用.
21
工程材料基础
二,物理气相沉积
物理气相沉积(Phsical Vapour Deposition) 是气态物质在工件表面直接沉积成固体薄膜的 过程,常称PVD法. PVD有三种基本方法 真空蒸镀 溅射镀膜 离子镀
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目前电子束加速电压 达150kV，输出功率 150kW，能量密度达 10MW/m,这是激光器 无法比拟的。
石家庄铁道大学 材料科学与工程学院
电子束的产生及工作原理
电子枪由加 热灯丝、阴 极、阳极、 聚束极、电 磁透镜、偏 转系统和合 轴系统等组 成
石家庄铁道大学 材料科学与工程学院
二、电子束表面处理的主要特点
电子束表面改性处理
材0702-2
许红彬 王虎 张亚飞
石家庄铁道大学 材料科学与工程学院
电子束表面改性处理
电子束的产生及材料表层的作用 电子束表面处理的主要特点 电子束表面处理工艺
石家庄铁道大学 材料科学与工程学院
一、电子束的产生及材料表层的作用
电子有电子枪发射，在加速电压的作用下，速度高达光 速的2/3。
如果提高电子束功率，材料表面会发 生熔化，若在熔池中添加合金元素即可 进行电子束合金化。 形成的合金层，主要用来提高表面的 耐磨、耐蚀与耐热性能。
石家庄铁道大学 材料科学与工程学院
电子束表面非晶化处理
与激光表面非晶化处理相似。由于电子 束的能量密度很高，在电子束极短的轰 击时间内，金属表层迅速熔化，造成熔 化区与基体的温度梯度很大。这样，随 后的冷却过程中，熔化区得到急冷，金 属液来不及结晶而形成非晶态。
加热和冷却速度快; 工件经电子束表面处理后的变形小，几乎 不影响表面，可大大减小精加工的研磨留 量； 与激光表面处理相比，工艺成本低； 能量利用率高： 在真空条件下进行，工件表面质量高，但 真空带来诸多不便；
石家庄铁道大学 材料科学与工程学院
三、电子束表面处理工艺
电子束表面淬火； 电子束表面重熔处理； 电子束表面合金化处理； 电子束表面非晶化处理
高速运动的电子具有波的性质。当高速 电子束照射到金属表面时，电子能深入 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。由于与核的质 量差别极大，电子与原子核的碰撞可看 作为弹性碰撞，因此，能量传递主要是 通过电子束与金属表层电子碰撞而完成 的，所传递的能量立即以热能的形式传 与金属表层原子，从而使被处理金属的 表层温度迅速升高。
石家庄铁道大学 材料科学与工程学院
电子束表面重熔处理；
采用电子束轰击金属表面，使表面产生局部熔化并 快速凝固化，从而获得细小晶粒组织，提高表面强 度与韧性。 此外，电子束重熔可使表层中各组成相得化学元素 重新分布，降低元素的微观偏析，改善工件的表面 性能。
石家庄铁道大学 材料科学与工程学院
电子束表面合金化处理
石家庄铁道大学 材料科学与工程学院
电子束表面淬火
可用于各种碳钢及合金钢。淬硬层深度随设备功率 增大而增加，随扫描速度增大而减小。 淬火组织与材料有关，如45钢表面可得到针状M，最 高硬度达62.5HRC，20Cr钢表面可得到低碳M，最高硬度达 40～41HRC。 电子束以极高的速度轰击工件表面，能使工件表面以 3000～5000℃/s的速度急速升温，在极短时间内（1/3~1/5s） 达到1000℃，使之达到奥氏体状态，但工件表层以下、以及没 有受到电子束轰击的区域温度末变，处于冷态。 当电子束离开后，表层的热量向冷态的基体传导而以很 快的速度（大于临界冷速）冷却，而完成工件表层“自冷”淬 火。
石家庄铁道大学 材料科学与工程学院