高能束表面改性技术
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第12章 高能束表面改性技术
§12.1 §12.2 §12.3 §12.4
概论 激光表面改性技术 电子束表面改性 离子束表面改性
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§12.1 概论
§12.1.1 高能束表面改性的定义和特点
当高能束发生器输出功率密度达到103W／ cm2以上的能束，定向作用在金属表面，使 其产生物理、化学或相结构转变，从而达 到表面改性的目的，这种处理方式称为高 能束表面改性。
激 光 (Laser) 的 英 文 全 称 为 ： light
amplification by stimulated emission of radiation的简称。其含义是受激发射的光放大。 用这种光束对材料进行辐射时，可使材料表面的 温度瞬时上升至相变点、熔点甚至沸点以上，从 而使材料表面产生一系列物理的或化学的现象。 这种处理方法称为激光束表面改性。
因此高能束表面改性时允许金属表面温度在熔化 温度和相变Ac1点之间变化，尽管过热度较大，而 不致发生过热或过烧现象。
激光束、电子束、离子束经过聚焦后作用在金属 表面上的特征几乎完全相同。例如高能束作用在 金属表面，其过热度和过冷度均大于常规热处理， 因此表面硬度也高于常规处理5～10HRC。
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这类涂覆材料可以是金属或合金，也可以是 非金属、还可以是化合物及其混合物。这是 其它表面技术难以实现的。
在涂覆过程中，涂覆层与基体表面通过熔合 结合在一起。
激光涂覆的方式与激光合金化相似，其区别 在于涂层材料与基体材料混合程度的不同。
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激光涂覆的优点:
1. 激光涂覆具有涂层成分几乎不受基体成分 的干扰和影响、稀释度小；
激光相变硬化是以高能密度的激光束快速 照射工件，使其需要硬化的部位瞬间吸收 光能并立即转化成热能，而使激光作用区 的温度急剧上升，形成奥氏体。
此时工件基体仍处于冷态，并与加热区之 间有极高的温度梯度。
因此．一旦停止激光照射，加热区因急冷 而实现工件的自冷淬火。
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2、激光相变硬化的特点：
(1) 极快的加热速度（104～106℃/s）和冷却速 度（106～108℃/s），这比感应加热的工艺周 期短，通常只需约0.1s即可完成淬火。因此生 产率高。
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激光熔凝的主要特点有：
1、表面熔化时一般不添加任何合金元素，熔凝
层与材料基体是天然的冶金结合。
2、在激光熔凝过程中，可以排除杂质和气体，
同时急冷重结晶获得的组织有较高的硬度、耐 磨性和抗蚀性。
3、其熔层薄，热作用区小，对表面粗糙度和工
件尺寸影响不大。有时可以不再进行后续磨光 而直接使用。
4、表面熔层深度远大于激光非晶化。
金属玻璃可以理解为液体金属通过超急冷而 凝固。
金属玻璃微观结构的基本特征是原子在空间 的排列是长程无序而短程有序。
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常见的制造金属玻璃方法可分为三类：
(1)液体金属超急冷凝固法。如液体金属通过 高速转动的抛光紫铜辊形成非晶薄带或丝， 以及激光表面快速熔凝和电子束表面快速熔 凝等。
(2)金属通过稀释态凝聚形成非晶。如通过激 光、辉光放电、电解等手段沉积形成非晶。
二、按相变类型分类
激光束、电子束、离子束作为一种高能密度 的热源，作用在金属表面所产生的相变、熔 化、气化效应是一致的。
通常将高能束表面改性分为：高能束相变硬 化处理、高能束熔敷(也称涂覆或溶覆)处理、 高能束合金化、高能束非晶化、高能束冲击 硬化以及高能束气相沉积等。
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§12.2 激光表面改性技术
及蒸发。这种处理为电子束表面改性。
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离子束和电子束基本类似，
也是在真空条件下将离子源产生的离子束经 过加速、聚焦、使之作用在材料表面。
所不同的是，除离子与负电子的电荷相反带 正电荷外，主要是离子的质量比电子要大千 万倍。例如，氢离子的质量是电子的7.2万 倍。由于质量较大，故在同样的电场中加速 较慢，速度较低；但一旦加速到较高速度时， 离子束比电子束具有更大的能量。
面处理。对激光束、电子束而言、高能束表面改
性金属表面将会产生200～800MPa的残余压应力，
从而大大提高了金属表面的疲劳强度。
6、由于高能束作用面积小，金属本身的
热容量足以使被处理的表面骤冷，其冷却速 度高达104℃/s以上。保证完成马氏体的转变；
在急冷条件下,可抑制碳化物的析出，从而 减少脆性相的影响。并能获得隐晶马氏体组 织。
因此，对激光熔凝处理后的表面形貌质量有 所要求。
在激光熔凝处理时，熔化区形成的高温度梯 度，导致了在表层形成高的应力梯度和熔体 中的环流运动。
例如，在铁的熔体中环流的运动速度可达 150mm/s。熔体内部压力的变化需要相应 的补偿。它由熔池表面的弯曲来给予，从而 影响表面形貌。
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四、激光合金化与涂覆
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表12－4 几种材料形成非晶的临 界冷却速度Lc
材料 纯 钢 铝
Lc >1010 108 (K/s)
Fe83 B17 106
Fe40Ni 40P14B6 105～６
Cu50 Zr50 104
Ni60 Nb40
102
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三、激光熔凝
激光熔凝也称激光熔化淬火。
激光熔凝是将激光束加热工件表面至熔 化到一定深度，然后自冷使熔层凝固， 获得较为细化均质的组织和所需性质的 表面改性技术。
2、
高能束表面改性是靠束流作用在金属表面 上，对金属进行加热，属非接触式加热， 没有机械应力作用。
由于高能束加热速度和冷却速度都很快， 而且束斑小，被处理材料周围热影响区极 小、热应力极小，因此工件变形也小。
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3、
高能束加热的面积可根据需要任意选择， 一般大面积处理，可采用高能束叠加扫 描方法。所获得的最小加热面积取决于 高能束聚焦后的最小光斑。
(5) 对工件的许多特殊部位，例如槽壁，槽底， 小孔、盲孔、深孔以及腔筒内壁等，只要能 将激光照射到位，均可实现激光淬火。
(6) 工艺过程易实现电脑控制的生产自动化。
二、激光非晶化和熔凝
激光非晶化和熔凝，以及接下来论述的激光合金化 与涂覆，均有共同的特点。
激光能量密度均较高，在激光作用于材料时表面都 要形成一层熔体。
在激光加热过程中，其表面熔化层与它 下面的基体之间存在着极大的温度梯度。 在激光作用下，其加热速率和冷却速率 可达到105～109℃/s。
通过快速加热和快速冷却导致了许多特 殊的化学特征和显微结构的变化，从而 达到改善材料表面性能的目的。
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2、激光涂覆的概念
激光涂覆就是用激光在基体表面覆盖一层薄 的具有特定性能的涂覆材料。
因此、可以应用在尺寸很小的工件或工 件中凹陷部分，盲孔的底部等用普通加 热方法难以实现的特殊部位。
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4、高能束加热的可控性能好，通过磁场或电场
信号对激光束、电子束、离子束的强度、位置、 聚焦等参数可用计算机精确控制，便于实现自动 化处理。
5、
高能束热源，尤其是激光束可以远距离传输
或通过真空室对特种放射性或易氧化材料进行表
用表面合金化的方法代替整体合金以节约金 属资源一直是世界范围内材料工作者的重要 研究内容之一、
常规的表面合金化方法就是化学热处理。它 利用高温下的扩散使合金元素渗入基体，以 获得表面合金层。
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1、激光合金化
激光合金化就是在高能束激光的作用下， 将一种或多种合金元素快速熔入基体表 面，从而使基体表层具有特定的合金成 分的技术。
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离子束和电子束的不同
高速电子在撞击材料时，质量小速度大，
动能几乎全部转化为热能，使材料局部熔化、 气化。它主要通过热效应完成。
而离子本身质量较大，惯性大，撞击材料
时产生了溅射效应和注入效应，引起变形、 分离、破坏等机械作用和向基体材料扩散， 形成化合物产生复合、激活的化学作用。这 种处理称为离子束表面改性。
104～105
激光合金化
104～106
104～105
激光熔覆
104～106
104～106
激光非晶化
106～1010
106～1010
激光冲击硬 化
109～1012
104～106
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作用区深度 （mm） 0.2～3
0.2～2
0.2～1
0.01～0.1
0.02～0.2
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一、激光相变硬化（激光淬火）
1、 激光相变硬化原理
(2) 仅对工件局部表面进行激光淬火，且硬化层 可精确控制，因而它是精密的节能表面改性技 术。激光淬火后工件变形小，几乎无氧化脱碳 现象，表面光洁程度高，故可成为工件加工的 最后工序。
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(3) 激光淬火的硬度可比常规淬火提高15％～ 2O％。铸铁激光淬火后，其耐磨性可提高3～ 4倍。
(4) 可实现自冷淬火，不需水或油等淬火介质， 避免了环境污染。
(3)通过离子注入、粉末冶金、高温爆炸冲击 以及固态反应等，直接由固态晶体形成非晶。
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因此，从广义看，凡是以激光为手段而获得 金属玻璃的方法，如激光气相沉积法和激光 溅射沉积法等均可称激光非晶化。
狭义的激光非晶化是指将激光作用于材料， 使材料表面薄层熔化，同时在熔体与基体之 间保持极高的温度梯度。以确保液体金属以 大于一定的临界速度急冷到某特征温度以下， 抑制晶体形核和生长，从而获得非晶态金属。
它们共同的问题均要弄清表层熔体的特性（如熔体 的化学成分及其均匀性，熔池中熔体的对流与传 热），液一固界面特性及其移动速度，凝固后材料 的组织结构和性质等。
但是，它们有各自不同的技术目的和工艺条件。
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表面改性技术-表面热处理
提高工件的耐磨性。
氧化层的形成
在表面热处理过程中，材料表面 会形成一层致密的氧化层，有助
于提高耐磨性。
抗疲劳性能的改善
通过表面热处理，工件的抗疲劳 性能得到显著改善，从而延长工
件的使用寿命。
表面热处理对工件疲劳强度的影响
表面质量的改善
01
表面热处理可以改善工件表面的粗糙度，降低应力集中效应，
表面改性技术的发展趋势
01
02
03
高能束表面改性
利用激光、等离子体等高 能束技术进行表面改性， 具有高效、环保等优点。
复合表面改性
结合多种表面改性技术进 行复合处理，以提高材料 表面的综合性能。
智能化表面改性
利用计算机技术实现表面 改性的智能化控制和优化， 提高表面改性的效率和效 果。
02
表面热处理技术
目的
表面改性的目的在于提高材料的耐腐蚀性、耐磨性、装饰性和使用寿命，以满 足各种工程应用的需求。
表面改性技术的分类
物理表面改性
利用物理方法改变材料表面的结 构和性质，如离子注入、激光熔
覆等。
化学表面改性
通过化学反应改变材料表面的组成 和性质，如氧化、还原、化学镀等。
机械表面改性
利用机械力对材料表面进行加工处 理，如喷丸强化、滚压加工等。
• 处理过程简单，成本较低。
表面热处理技术的优缺点
01
缺点
02
可能引起材料内部结构变化，影响材料整体性能。
03
对处理设备和环境要求较高，需要严格控制加热温 度和时间。
03
表面热处理技术的方法
火焰喷涂
火焰喷涂是一种传统的表面处理技术， 通过将熔融的金属雾化成微粒，并利 用火焰将微粒喷射到基材表面形成涂 层。
材料表面改性的研究现状及其应用
材料表面改性的研究现状及其应用在工业生产和科技研究中，表面改性技术被广泛应用于各种材料的表面处理和改性上，它可以对材料表面的化学、物理和电学性质进行调整，提高材料的机械强度、磨损性、耐腐蚀性、导电性等特性。
本文将介绍当前材料表面改性研究的现状和应用。
一、材料表面改性原理与分类材料表面改性技术的主要目的是通过氧化、还原、质子化、离化等反应，将功能性基团引入材料表面，或改变表面化学状态以达到改善材料性能的目的。
常用的表面改性技术有:1. 化学方法：包括化学还原、化学氧化、化学镀等；2. 物理方法：包括离子注入、等离子体处理、热处理、高能束处理等；3. 生物方法：包括基因工程、酶、激素等的作用。
二、材料表面改性的应用领域材料表面改性技术已经在许多领域中得到了广泛的应用，下面就几个方面来进行说明：1. 质量控制：材料表面改性技术可以提高材料表面的质量，利用化学、物理等方法对材料进行改性处理，提高污染防护和机械抗性等性能，使产品质量更为稳定。
2. 自清洁：在低温等离子处理的作用下，可形成亲水性表面，使污染和尘土更容易被清洁，这种技术被广泛应用于颜料、涂装、医用材料、航空航天、塑料和玻璃等领域。
3. 材料保护与涂装：材料表面改性技术可以有效保护材料，包括防坑、防腐和防水等功能，并能应用于汽车、造船、航空航天等领域。
4. 生物医用：这种方法可通过蛋白质或聚合物材料的修饰获得优良的表面生物相容性，以应用于生物医学领域，如假肢、医用材料等。
三、材料表面改性存在的问题施工技术：材料表面改性需要高精准度的施工技术和相关技术的支持。
精准的施工技术对表面改性效果的影响非常大。
研究人员还需要研究新的改性技术、改善当前技术的可靠性、效率等方面的问题。
应用难以掌握：虽然材料表面改性应用范围广泛，但是只有在对应用程序的了解和协调上取得一定的经验和认识，才能随时解决问题并提供可能的解决方案。
四、结论材料表面改性技术的发展已经成为当前科技和产业内最为重要的领域之一。
金属表面修饰的技术研究及应用
金属表面修饰的技术研究及应用在现代工业制造中，金属表面修饰技术扮演着重要的角色，它可以改善金属材料的表面质量，提高金属材料的使用寿命以及改善材料的性能。
总的来说，金属表面修饰技术可以提高金属材料的物理和化学性质，从而扩大金属材料的应用领域。
本文将详细探讨金属表面修饰技术研究的现状及其应用。
一、金属表面清洁技术金属表面清洁技术可分为化学清洗法、机械清洗法和物理清洗法三种。
其中机械清洗法和物理清洗法都是借助于物理与化学作用实现清洗的，比如切削、抛光、内外喷砂和爆破等。
而化学清洗法是把化学反应引入金属表面处理过程中，利用化学反应与物理反应所产生的溶解、分解、热效应等力和作用，来去除杂质和改善表面质量。
该方法以酸性或碱性溶液处理金属表面，被处理的金属通过表面反应来实现清洗的目的。
二、金属表面涂覆技术金属表面涂覆技术主要采用热喷涂、电化学沉积、真空喷涂、气体等离子体涂覆、电弧喷涂、喷涂焊接等方法。
不同的涂覆表面形成不同的涂层类型，例如：硬化层、防腐层、抗磨层等。
金属的涂覆技术在金属表面工程领域中是十分重要的，其作用是通过改变金属表面的组成、结构和成分，来提高金属材料的性能，如硬度、耐腐蚀性、耐磨性、耐高温性等。
在实际生产应用中，金属表面涂覆技术被广泛应用于汽车制造、造船、飞机制造、机床加工、电子器件制造、冶金工业、石油化工等领域。
三、金属表面改性技术金属表面改性技术是采用高能束流和等离子体技术等方法，可以对金属表面进行线和面改性，从而得到具有特殊性质的新型材料。
其方法主要包括等离子体表面改性技术、高能束技术、低能离子注入技术、金属熔喷涂技术等，可以在金属材料内部和表面形成新型的物理、化学和微结构特性。
金属表面改性技术的研究领域很广泛，如新材料研制、原位反应增强金属材料性能、环保和能源领域等等。
虽然金属表面改性技术的研究和应用还处于起步阶段，但它的应用前景非常广阔。
结尾：总的来说，金属表面修饰技术的发展有助于提高金属材料的使用寿命和性能，从而推动工业制造的发展。
关于表面工程技术论文
关于表面工程技术论文表面工程是由多个学科交叉、综合、复合，以系统为特色，逐步发展起来的新兴学科，从上世纪八十年代开始一直保持较快的发展速度，在科研和生产中得到广泛应用，收到了良好的效益。
下文是店铺为大家搜集整理的关于表面工程技术论文的内容，欢迎大家阅读参考! 关于表面工程技术论文篇1试谈表面工程技术在模具制造中的应用摘要：作为一门科学与技术，表面工程能够有效的改善电子电器元件、机械零件等基质材料表面的性能。
如今，表面工程中的各项表面技术已经被广泛的应用到各类机电产品当中，显然已经成为了现代制造技术的重要组成部分，是当前维修、再制造环节中是基本手段。
文章首先对模具表面的主要处理技术进行了详细的阐述，其次对表面工程技术在模具制造中的应用进行了系统的分析与探讨。
关键词：模具制造;表面工程技术;应用作为模具工业的基础，模具材料随着模具工业的迅猛发展，其不但需要具备较高的韧性、强度之外，还需要具有良好的综合性能。
通过表面工程技术的应用，不仅能让模具表面的各种性能得到相应的提高，并且模具内部也将保持着足够的强韧性。
显然，它的应用对于模具综合性能的改善、材料潜力的发挥、成本的降低、合金元素的节约以及模具新材料的进一步利用来说，都十分有效。
1 模具表面的主要处理技术1.1 硬化膜沉积技术物理气相沉积技术、化学气相沉积(CVD)是目前较为成熟的硬化膜沉积技术。
硬化膜沉积技术在最早出现的时候，通常都是应用在刀具、量具等工具上，有着极佳的效果。
并且，很多刀具都已经将涂覆硬化膜当做成最为标准的工艺。
在目前的实际应用过程中，我们不难发现，硬化膜沉积技术的成本是较高的，尤其体现在设备的成本上。
同时，硬化膜沉积技术依旧只应用于一些较精密且具有长寿命的模具上，如果通过建立热处理中心的方式来对其应用，必定会大大降低涂覆硬化膜的成本。
显然，在硬化膜沉积技术的应用下，整个模具制造的水平将得到实质性的提高。
1.2 渗氮技术在整个渗氮工艺中，具有离子渗氮、液体渗氮、气体渗氮等多种方式，而每一种不同的渗氮方式中都具有诸多不同的渗氮技术，这些不同的技术能够有效的适应不同工件、不同钢种的实际要求。
聚合物材料的表面改性方法
聚合物材料的表面改性方法聚合物材料是一类具有广泛应用前景的材料，具有质轻、高强度、耐腐蚀等特点。
然而，由于其表面的化学稳定性较差，导致其在某些特殊环境下容易受到损伤。
为了改善聚合物材料的性能，人们通过表面改性方法对其进行处理，并赋予其更多的功能。
本文将介绍一些常见的聚合物材料的表面改性方法。
物理气相沉积（PVD）是一种常见的表面改性方法。
通过将金属等材料以适当的气氛转变为气体态，然后使其在高真空环境中与聚合物材料表面发生反应，从而形成一层新的材料。
PVD能够显著提高聚合物材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
此外，PVD还可以通过控制沉积参数来调节材料层的粗糙度和结构，从而实现对材料性能的精确调控。
化学沉积是另一种常见的聚合物表面改性方法。
化学沉积利用化学反应使金属或其他材料以原子或分子的形式沉积在聚合物材料的表面上。
与物理气相沉积不同，化学沉积可以在常压或低压下进行。
化学沉积能够根据反应条件的不同，形成不同厚度、形貌和成分的材料层，从而使聚合物表面的性能得到改善。
例如，通过化学沉积薄层二氧化硅，可以增强聚合物材料的耐候性和耐磨性。
离子注入是一种通过将离子注入到聚合物表面来改变其性能的方法。
离子注入可以显著改变聚合物的化学结构和表面性质，从而实现对材料性能的调节。
通过控制注入的离子种类和能量，可以使聚合物材料表面发生化学反应，形成新的摩擦性能、光电性能等。
离子注入方法具有对材料表面改性效果持久、成本低廉等优点，因此得到了广泛应用。
高能束流 (EB) 辐照是一种利用电子束对聚合物材料进行表面改性的方法。
在高能束流辐照下，能量较高的电子束穿透聚合物材料，与其分子相互作用，从而引发一系列化学反应。
这些反应可以引起预期的表面改性效果，如增加表面粗糙度、提高耐久性和改善光学性能等。
由于高能束流辐照能够实现材料的局部改性，因此在一些特定应用中得到了广泛应用。
总之，聚合物材料的表面改性是提高其性能的重要途径。
通过物理气相沉积、化学沉积、离子注入和高能束流辐照等方法，可以赋予聚合物材料更多的功能性和改善其性能。
ZL104铝合金等离子表面重熔处理
・
造
Ｍａ ． ０１ ｒ２ ２ ＶＯ ． ＮＯ ３ Ｉ ６１ ．
２２・ ６
Ｆ ＯＵＮ Ｙ ＤＲ
Ｚ １４ Ｌ 铝合金等 离子表面重熔 处理 Ｏ
潘 璋，董选普 ，黄齐文
（ 中科技 大学材料成形与模具技术 国家重点 实验室 ，湖北武汉 ４ ０ ７ ） 华 ３０ ４
摘要 ：通过对Ｚ １ 铝合金表面进行高能束等离子表面改性处理 ，获得了铝合金表面重熔层组织。采用Ｓ Ｍ、 Ｄ 、 Ｌ０ ４ Ｅ Ｅ Ｓ
表面熔凝 （ 重熔） 技术 已用 于碳 素钢耐磨 性［ ９ １ 、不锈 钢
耐 蚀 性 ㈣及 灰 铸 铁 表 面 熔 凝 处 理 …等 ，崔 洪 芝 等 在 】
Ａ ９Ｄ 合金 表面进 行 等离子 表 面重熔 处理 以提 高其 Ｚ １镁
表面 防腐性 能［ 。
本 试 验采 用 高能 等离 子束 表 面 处理 设 备 对Ｚ １４ Ｌ ０ 亚共 晶铝合 金表 面进行 改性 处理 ，研究 了重 熔层 中组
以适 应 于工程 现场应 用 。高能 等离子束 表 面处理 技术
与激 光相 比具有 设备 简单 、成本 低廉 、热效 率高 等 特
点 ，易于控 制和实 现大规模 自动化生 产 ＿ ７ 。等离 子束
形 核 的 核 心 。重熔 后 共 晶 Ｓ由针 条状 变为 细 小 颗 粒 。 ｉ 蔡殉【 叫等采 用 激 光对 Ｚ １９ 金 进 行 表 面 重 熔 改 性 Ｌ０合 处 理 ，发 现 随 着 功 率 增 大 ，重 熔 层 中组 织 呈 现 由树 枝 晶 向胞 状 晶 过 渡 的 现 象 ，且 重熔 层 中 的 仅Ａ 固溶 ．１ 体 的硅 含量呈 过饱 和状 态 。梁 工英 等对 Ｚ １ｉ２ 金 Ａ Ｓｌ合
高能束表面改性技术
国内自20世纪80年代以来激光相变硬化工艺的应用开发在车辆、机械、矿山、模具等方面也有许多成功的实例并建立了生产线,例如对汽车或拖拉机汽缸套内壁进行激光相变硬化处理，使汽缸套的使用寿命成倍提高。
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激光合金化与激光熔覆
激光合金化与熔覆是同一种类型的工艺，它们的区别仅在于，激光合金化所形成的合金层的成分是介于施加合金与基体金属之间的中间成分，即施加合金受到较大或一定的稀释。而激光熔敷则是除较窄的结合层外，施加合金基本保持原成分很少受到稀释。 这些区别可以由被施加材料、施加合金成分、施加形式及量和激光工艺参数的改变来达到。
#2022
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电子束表面处理的特点
2.电子束表面改性工艺
1）电子束表面相变硬化
电子束表面相变硬化也称电子束表面淬火，是用高能量的电子束快速扫描工件，控制加热速度为103～105℃/s，使金属表面薄层被快速加热到相变点以上，此刻工件基体仍处于冷态。随着电子束的移开和热传导作用，表面热量迅速向工件心部或其他区域传递，高速冷却(冷却速度达108K／s～1010 K／s)产生马氏体等相变，在瞬间实现自冷淬火。
01
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。
02
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常用的黑化处理方法有磷化法、碳素法和熔覆红外能量吸收材料(如胶体石墨、含炭黑和硅酸钠或硅酸钾的涂料等)。其中磷化法最好，其吸收率可达80%～90％，膜厚仅为5μm，具有较好的防锈性，激光处理后不用清除即可用来装配。
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3）电子束表面合金化
电子束表面合金化与激光表面合金化有些相似，将某些具有特殊性能的合金粉末或化合物粉末如B4C、WC等粉末预涂敷在金属的表面上，然后用电子束加热，或在电子束作用的同时加入所需合金粉末使其熔融在工件表面上，在表面形成与原金属材料的成分和组织完全不同的新的合金层，从而使零件或零件的某些部位提高耐磨性、耐蚀性、耐高温氧化的特种性能。
先进制造技术——三束加工—激光束、电子束、离子束
2．特点及应用
离子束加工有如下特点：
(1) 离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。离子刻蚀可达纳 米级精度，离子镀膜可控制在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精 确地控制。
(2) 离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合 金和半导体材料进行加工。 (3) 离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用， 所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
4.束流控制方便，易实现加工过程自动化。
二、激光束加工
激光：源自在经过激励后由高能级院子跃迁到低能级而发射 的光子所产生的物理现象。
激光产生的原理：原子经过激励而发生跃迁现象。 激光加工:激光加工就是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点 上达到很高的能量密度产生的光热效应来加工各种材料。
加工原理
1）高速打孔 目前电子束打孔的最小直径可达Ø0.003mm左右。例如喷气发动机 套上的冷却孔，机翼的吸附屏的孔。在人造革、塑料上用电子束打大量微孔， 可使其具有如真皮革那样的透气性。电子束打孔还能加工小深孔，如在叶片 上打深度5mm、直径Ø0.4mm的孔，孔的深径比大于10：1。
2）加工型孔及特殊表面
激光加工的应用
激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理，大 体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利 用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激 光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指 激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。 包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。
0.03～ 0.07 mm
高能束
一、分别简述离子束、电子束、激光束的定义及产生原理，并作示意图。
离子束定义：离子束以近似一致的速度沿几乎同一方向运动的一群离子产生原理：在离子源中，通过气体放电产生等离子体。
从宏观上看，等离子体是电中性的，即离子总电荷数与电子总电荷数基本相当。
等离子体中的离子由引出电极引出，进入质量分析器。
不同质量数或不同电荷数的离子经质量分析，分离出同一种类带有同样电荷的离子进入加速段。
加速系统将离子加速到所要求的能量，注入处于靶室中样品上。
电子束定义：电子束在真空汇集成束。
可采用静电场聚焦,磁场聚焦等方法产生原理：电子经过汇集成束。
具有高能量密度。
它是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压（25-300kV）加速电场作用下被加速至很高的速度（0.3-0.7倍光速），经透镜会聚作用后，形成密集的高速电子流。
激光定义：激光束是利用原子受激辐射的原理，使工作物质受激发而产生的一种单色性高、方向性强、光亮度的光束。
产生原理：a受激吸收、：处于较低能级的粒子在受到外界的激发，吸收了能量，跃迁到较高能级。
b.自发辐射：粒子自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子。
c受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子。
二、论述激光与材料的相互作用、金属材料对激光的吸收、光致等离子体。
金属材料的激光加工主要是基于光热效应的热加工，激光辐照材料表面时，在不同的功率密度下，材料表面区域将发生各种不同的变化，包括表面温度升高、熔化、汽化、形成匙孔以及产生光致等离子体等。
而且材料表面区域物理状态的变化极大地影响材料对激光的吸收。
随功率密度与作用时间的增加，金属材料将会发生固态加热、表层熔化、形成稀薄等离子体、形成匙孔及致密等离子体等物态变化。
就材料对激光的吸收而言，材料的汽化是一个分界限。
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。