電子束表面改性處理

電子束表面改性處理電子束表面改性處理電子束的產(chǎn)生及材料表層的作用電子束表面處理的主要特點電子束表面處理工藝電子有電子槍發(fā)射，在加速電壓的作用下，速度高達光速的2/3。高速運動的電子具有波的性質(zhì)。當高速電子束照射到金屬表面時，電子能深入金屬表面一定深度，與基體金屬的原子核及電子發(fā)生相互作用。由于與核的質(zhì)量差別極大，電子與原子核的碰撞可看作為彈性碰撞，因此，能量傳遞主要是通過電子束與金屬表層電子碰撞而完成的，所傳遞的能量立即以熱能的形式傳與金屬表層原子，從而使被處理金屬的表層溫度迅速升高。

目前電子束加速電壓達150kV，輸出功率150kW，能量密度達10MW/m,這是激光器無法比擬的。電子束的產(chǎn)生及材料表層的作用電子槍由加熱燈絲、陰極、陽極、聚束極、電磁透鏡、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和合軸系統(tǒng)等組成.電子束的產(chǎn)生及工作原理電子束的產(chǎn)生如圖所示電子束表面處理的主要特點加熱和冷卻速度快;將金屬材料表面由室溫加熱到奧氏體化溫度或熔化溫度僅幾分之一到千分之一秒，其冷卻速度可達到106℃/s~108℃/s.工件經(jīng)電子束表面處理后的變形小，幾乎不影響表面，可大大減小精加工的研磨留量；與激光表面處理相比，工藝成本低；能量利用率高：在真空條件下進行，保證處理中工件表面不被氧化，工件表面質(zhì)量高，但真空帶來諸多不便；電子束與金屬表面耦合性好.因此電子束處理工件前，工件表面不需加吸收涂層.電子束表面處理的主要特點電子束能量的控制比激光束方便，通過燈絲電流和加速電壓很容易實施準確控制，并開發(fā)了微機控制系統(tǒng)。如圖電子束表面處理工藝電子束表面淬火；電子束表面重熔處理；電子束表面合金化處理；電子束表面非晶化處理電子束表面淬火

可用于各種碳鋼及合金鋼。淬硬層深度隨設(shè)備功率增大而增加，隨掃描速度增大而減小。淬火組織與材料有關(guān)，如45鋼表面可得到針狀M，最高硬度達62.5HRC，20Cr鋼表面可得到低碳M，最高硬度達40～41HRC。電子束以極高的速度轟擊工件表面，能使工件表面以3000～5000℃/s的速度急速升溫，在極短時間內(nèi)（1/3~1/5s）達到1000℃，使之達到奧氏體狀態(tài)，但工件表層以下、以及沒有受到電子束轟擊的區(qū)域溫度末變，處于冷態(tài)。當電子束離開后，表層的熱量向冷態(tài)的基體傳導而以很快的速度（大于臨界冷速）冷卻，而完成工件表層“自冷”淬火。電子束表面重熔處理；采用電子束轟擊金屬表面，使表面產(chǎn)生局部熔化并快速凝固化，從而獲得細小晶粒組織，提高表面強度與韌性。此外，電子束重熔可使表層中各組成相得化學元素重新分布，降低元素的微觀偏析，改善工件的表面性能。由于電子束重熔在真空下進行，表面重熔是有利于去除工件表層的氣體，因此可有效的提高鋁合金和鈦合金表面處理質(zhì)量。

先將具有特殊性能的合金粉末涂敷在金屬表面上，再用電子束轟擊加熱熔化，或在電子束作用的同時加入所需合金粉末使其熔融在工件表面，形成一層新的合金表面。如果提高電子束功率，材料表面會發(fā)生熔化，若在熔池中添加合金元素即可進行電子束合金化。功率密度約為相變強化的3倍以上。形成的合金層，主要用來提高表面的耐磨、耐蝕與耐熱性能。一般選擇W、Ti、B、Mo等元素及其碳化物作為合金化原料提高材料耐磨性;選擇Ni、Cr等元素則可提高材料的抗腐蝕性能;而適當添加Co、Ni、Si等元素能改善合金化效果.

電子束表面合金化處理

與激光表面非晶化處理相似，只是熱源不同。由于電子束的能量密度很高，在電子束極短的轟擊時間內(nèi)，金屬表層迅速熔化，造成熔化區(qū)與基體的溫度梯度很大。這樣，隨后的冷卻過程中，熔化區(qū)得到急冷，金屬液來不及結(jié)晶而形成非晶態(tài)。這一表層幾乎保留了融化時液態(tài)金屬的均勻性，可直接使用，也可進一步處理以獲得所需性能。電子束表面非晶化處理工模具涂層：汽車離合器凸輪電子束表面處理

在工模具表面沉積硬的耐磨涂層可以使工模具的壽命提高4-6倍,

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