第六章表面改性技術(shù)

1、第六章第六章 表面改性技術(shù)表面改性技術(shù)v表面改性表面改性是指采用某種工藝手段使材料表面獲是指采用某種工藝手段使材料表面獲得與其基體材料的組織結(jié)構(gòu)、性能不同的一種得與其基體材料的組織結(jié)構(gòu)、性能不同的一種技術(shù)。技術(shù)。v可掩蓋基體材料表面的缺陷，延長(zhǎng)材料和構(gòu)件可掩蓋基體材料表面的缺陷，延長(zhǎng)材料和構(gòu)件的使用壽命，節(jié)約稀、貴材料，節(jié)約能源，改的使用壽命，節(jié)約稀、貴材料，節(jié)約能源，改善環(huán)境，并對(duì)各種高新技術(shù)的發(fā)展具有重要作善環(huán)境，并對(duì)各種高新技術(shù)的發(fā)展具有重要作用。用。v傳統(tǒng)表面改性技術(shù)有傳統(tǒng)表面改性技術(shù)有噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化、表面熱處理表面熱處理、化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理；v優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)包括優(yōu)質(zhì)清潔表面

2、工程技術(shù)包括等離子體等離子體、激光激光、電子束電子束、高密高密度太陽(yáng)能表面處理度太陽(yáng)能表面處理和和離子注入離子注入表面改性。表面改性。第二節(jié)第二節(jié) 表面表面熱處理熱處理v表面熱處理是指僅對(duì)零部件表層加熱、冷卻，從表面熱處理是指僅對(duì)零部件表層加熱、冷卻，從而改變表層組織和性能而不改變成分的一種工藝。而改變表層組織和性能而不改變成分的一種工藝。v表面淬火的表面淬火的目的目的： 使工件表面獲得高硬度和耐磨使工件表面獲得高硬度和耐磨性，而心部仍保持足夠的塑性和韌性。性，而心部仍保持足夠的塑性和韌性。表硬里韌表硬里韌。v適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。一、

3、感應(yīng)加熱表面淬火一、感應(yīng)加熱表面淬火（一）感應(yīng)加熱表面處理的基本原理（一）感應(yīng)加熱表面處理的基本原理1、感應(yīng)加熱的物理過程、感應(yīng)加熱的物理過程v當(dāng)感應(yīng)線圈通以交流電后，感應(yīng)線圈內(nèi)即形成交流當(dāng)感應(yīng)線圈通以交流電后，感應(yīng)線圈內(nèi)即形成交流磁場(chǎng)。置于感應(yīng)線圈內(nèi)的被加熱零件引起感應(yīng)電動(dòng)磁場(chǎng)。置于感應(yīng)線圈內(nèi)的被加熱零件引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，零件內(nèi)將產(chǎn)生閉合電流即渦流。勢(shì)，零件內(nèi)將產(chǎn)生閉合電流即渦流。感應(yīng)加熱表面淬火示意圖感應(yīng)加熱表面淬火示意圖2、感應(yīng)電流透入深度、感應(yīng)電流透入深度v即從電流密度最大的表面到電流值為表面的即從電流密度最大的表面到電流值為表面的1/e（e=2.718）處的距離，可用）處的距離，可用表

4、示。表示。f386.56f20冷f500熱v超過失磁點(diǎn)的電流透入深度稱為熱態(tài)電流透入深度超過失磁點(diǎn)的電流透入深度稱為熱態(tài)電流透入深度（熱熱）表示；低于失磁點(diǎn)的電流透入深度稱為冷態(tài)）表示；低于失磁點(diǎn)的電流透入深度稱為冷態(tài)電流透入深度（電流透入深度（冷冷）。）。3、硬化層深度、硬化層深度v硬化層深度總小于感應(yīng)電流透入深度。這是由于硬化層深度總小于感應(yīng)電流透入深度。這是由于工件內(nèi)部傳熱能力較大所致。工件內(nèi)部傳熱能力較大所致。v如果延長(zhǎng)加熱時(shí)間，實(shí)際硬化層深度可以有所增如果延長(zhǎng)加熱時(shí)間，實(shí)際硬化層深度可以有所增加。加。4、感應(yīng)加熱表面淬火后的組織和性能感應(yīng)加熱表面淬火后的組織和性能v表面組織是細(xì)小隱晶

5、馬氏體，碳化物呈彌散分布。表面組織是細(xì)小隱晶馬氏體，碳化物呈彌散分布。v表面硬度比普通淬火的高表面硬度比普通淬火的高2HRC3HRC，耐磨性也，耐磨性也提高。提高。（二）中、高頻感應(yīng)加熱表面熱處理（二）中、高頻感應(yīng)加熱表面熱處理v是一種用途極廣的熱處理加熱方法，可用于退火、是一種用途極廣的熱處理加熱方法，可用于退火、正火、淬火、各種溫度范圍的回火以及各種化學(xué)熱正火、淬火、各種溫度范圍的回火以及各種化學(xué)熱處理。處理。v加熱方式有同時(shí)加熱和連續(xù)加熱。加熱方式有同時(shí)加熱和連續(xù)加熱。用用同時(shí)加熱方式淬火同時(shí)加熱方式淬火時(shí)，零件需要淬火的區(qū)域整個(gè)時(shí)，零件需要淬火的區(qū)域整個(gè)被感應(yīng)器包圍，冷卻淬火時(shí)可直接從

6、感應(yīng)器的噴水被感應(yīng)器包圍，冷卻淬火時(shí)可直接從感應(yīng)器的噴水孔中噴水冷卻，也可將工件移出感應(yīng)器迅速浸入淬孔中噴水冷卻，也可將工件移出感應(yīng)器迅速浸入淬火槽中冷卻。火槽中冷卻。用用連續(xù)加熱方式淬火連續(xù)加熱方式淬火時(shí)，零件與感應(yīng)器相對(duì)移動(dòng)，時(shí)，零件與感應(yīng)器相對(duì)移動(dòng)，使加熱和冷卻連續(xù)進(jìn)行。適用于淬硬區(qū)較長(zhǎng)，設(shè)備使加熱和冷卻連續(xù)進(jìn)行。適用于淬硬區(qū)較長(zhǎng)，設(shè)備功率又達(dá)不到同時(shí)加熱要求的情況。功率又達(dá)不到同時(shí)加熱要求的情況。v選擇選擇功率密度功率密度要根據(jù)零件尺寸及其淬火條件而定。要根據(jù)零件尺寸及其淬火條件而定。電流頻率越低、零件直徑越小及所要求的硬化層深電流頻率越低、零件直徑越小及所要求的硬化層深度越小，則所選

7、擇的功率密度值應(yīng)越大。度越小，則所選擇的功率密度值應(yīng)越大。高頻淬火常用于零件直徑較小、硬化層深度較淺的高頻淬火常用于零件直徑較小、硬化層深度較淺的場(chǎng)合，中頻淬火常用在大直徑工件和硬化層深度較場(chǎng)合，中頻淬火常用在大直徑工件和硬化層深度較深場(chǎng)合。深場(chǎng)合。（三）超高頻感應(yīng)加熱表面熱處理（三）超高頻感應(yīng)加熱表面熱處理1、超高頻感應(yīng)加熱淬火、超高頻感應(yīng)加熱淬火v利用利用27.12MHz超高頻率的極強(qiáng)的趨膚效應(yīng)使超高頻率的極強(qiáng)的趨膚效應(yīng)使0.05mm0.5mm的零件表層在極短的時(shí)間內(nèi)的零件表層在極短的時(shí)間內(nèi)(1ms500ms)加熱至上千攝氏度，加熱停止后表層加熱至上千攝氏度，加熱停止后表層主要靠自身散熱迅

8、速冷卻，達(dá)到淬火目的。主要靠自身散熱迅速冷卻，達(dá)到淬火目的。2、大功率高頻脈沖淬火、大功率高頻脈沖淬火v因?yàn)榻档土穗娏黝l率，增加了電流透入深度，故可因?yàn)榻档土穗娏黝l率，增加了電流透入深度，故可處理的工件較大。一般采用浸冷或噴冷，以提高冷處理的工件較大。一般采用浸冷或噴冷，以提高冷卻速度。卻速度。（四）雙頻感應(yīng)加熱淬火和超音頻感應(yīng)加熱淬火（四）雙頻感應(yīng)加熱淬火和超音頻感應(yīng)加熱淬火1、雙頻感應(yīng)加熱淬火、雙頻感應(yīng)加熱淬火v對(duì)于凹凸不平的工件如齒輪等，當(dāng)間距較小時(shí)，無對(duì)于凹凸不平的工件如齒輪等，當(dāng)間距較小時(shí)，無論用什么形狀的感應(yīng)器，都不能保持工件與感應(yīng)器論用什么形狀的感應(yīng)器，都不能保持工件與感應(yīng)器的施

9、感導(dǎo)體之間的間隙一致，因而難獲得均勻的硬的施感導(dǎo)體之間的間隙一致，因而難獲得均勻的硬化層?；瘜?。v雙頻感應(yīng)加熱淬火就是采用雙頻感應(yīng)加熱淬火就是采用兩種頻率交替加熱兩種頻率交替加熱，較，較高頻率加熱時(shí)，凸出部溫度較高；較低頻率加熱時(shí)，高頻率加熱時(shí)，凸出部溫度較高；較低頻率加熱時(shí)，則低凹處溫度較高。則低凹處溫度較高。2、超音頻感應(yīng)加熱淬火、超音頻感應(yīng)加熱淬火v頻率大于頻率大于20KHz的波稱為超音頻波。的波稱為超音頻波。v對(duì)于低淬透性鋼，高、中頻淬火都難以獲得凹對(duì)于低淬透性鋼，高、中頻淬火都難以獲得凹凸零部件均勻分布的硬化層。凸零部件均勻分布的硬化層。v采用的采用的20KHz50KHz頻率可實(shí)現(xiàn)中

10、頻率可實(shí)現(xiàn)中小模數(shù)齒輪小模數(shù)齒輪表面的均勻硬化層。表面的均勻硬化層。（五）表面淬火用材料（五）表面淬火用材料1、0.40.5%C 的中碳鋼、中碳合金鋼的中碳鋼、中碳合金鋼v 含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降v 含碳量過高含碳量過高, 心部韌性下降心部韌性下降2、球墨鑄鐵、球墨鑄鐵 提高其表面耐磨性提高其表面耐磨性二、火焰加熱表面淬火二、火焰加熱表面淬火v應(yīng)用氧應(yīng)用氧乙炔或其他可燃?xì)怏w對(duì)零件表面加熱，隨乙炔或其他可燃?xì)怏w對(duì)零件表面加熱，隨后淬火冷卻的工藝。后淬火冷卻的工藝。（一）氧（一）氧乙炔火焰特性乙炔火焰特性v氧氧乙炔火焰中有中性焰、碳化焰和氧化焰，其火乙

11、炔火焰中有中性焰、碳化焰和氧化焰，其火焰又分為焰心區(qū)、內(nèi)焰區(qū)和外焰區(qū)三層。焰又分為焰心區(qū)、內(nèi)焰區(qū)和外焰區(qū)三層。v常用氧、乙炔混合比常用氧、乙炔混合比1.5的氧化焰，氧化焰較中性的氧化焰，氧化焰較中性焰經(jīng)濟(jì)，減少乙炔消耗量焰經(jīng)濟(jì)，減少乙炔消耗量20%時(shí)，火焰溫度仍然很時(shí)，火焰溫度仍然很高，且可降低因表面過熱而產(chǎn)生廢品的危險(xiǎn)。高，且可降低因表面過熱而產(chǎn)生廢品的危險(xiǎn)?；鹧婕訜岜砻娲慊鹗疽鈭D火焰加熱表面淬火示意圖（二）火焰加熱表面淬火方法（二）火焰加熱表面淬火方法v可分為同時(shí)加熱方法和連續(xù)加熱方法?？煞譃橥瑫r(shí)加熱方法和連續(xù)加熱方法。（三）火焰淬火的質(zhì)量檢驗(yàn)（三）火焰淬火的質(zhì)量檢驗(yàn)（1）外觀。表面不應(yīng)有

12、過燒、熔化、裂紋等缺陷；）外觀。表面不應(yīng)有過燒、熔化、裂紋等缺陷；（2）硬度。）硬度。三、接觸電阻加熱表面淬火三、接觸電阻加熱表面淬火v利用觸頭和工件間的接觸電阻使工件表面加熱，并利用觸頭和工件間的接觸電阻使工件表面加熱，并依靠自身熱傳導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)冷卻淬火。依靠自身熱傳導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)冷卻淬火。四、浴爐加熱表面淬火四、浴爐加熱表面淬火v將工件浸入高溫鹽?。ɑ蚪饘僭。┲?，短時(shí)加熱，將工件浸入高溫鹽?。ɑ蚪饘僭。┲?，短時(shí)加熱，使表使表層達(dá)到規(guī)定淬火溫度，然后激冷的表面淬火方層達(dá)到規(guī)定淬火溫度，然后激冷的表面淬火方法。法。五、電解液加熱表面淬火五、電解液加熱表面淬火v工件淬火部分置于電解液中為陰極；金屬電解槽為

13、工件淬火部分置于電解液中為陰極；金屬電解槽為陽(yáng)極。陽(yáng)極。第三節(jié)第三節(jié) 金屬金屬表面表面化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理一、概述一、概述（一）金屬表面化學(xué)熱處理過程（一）金屬表面化學(xué)熱處理過程v利用元素?cái)U(kuò)散性能，使合金元素滲入金屬表層的一利用元素?cái)U(kuò)散性能，使合金元素滲入金屬表層的一種熱處理工藝。種熱處理工藝。v基本工藝過程：將工件置于含有滲入元素的活性介基本工藝過程：將工件置于含有滲入元素的活性介質(zhì)中加熱到一定溫度，使質(zhì)中加熱到一定溫度，使活性介質(zhì)活性介質(zhì)通過通過分解分解并釋放并釋放出欲滲入元素的出欲滲入元素的活性原子活性原子、活性原子被表面、活性原子被表面吸附吸附并并溶入溶入表面、隨后向金屬表層表面、隨后

14、向金屬表層擴(kuò)散滲入擴(kuò)散滲入形成一定厚度形成一定厚度的擴(kuò)散層，從而改變表層的成分、組織和性能。的擴(kuò)散層，從而改變表層的成分、組織和性能。（二）金屬表面化學(xué)熱處理的目的（二）金屬表面化學(xué)熱處理的目的（1）提高金屬表面的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。）提高金屬表面的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。（2）提高材料疲勞強(qiáng)度。）提高材料疲勞強(qiáng)度。（3）使金屬表面上有良好的抗粘著、抗咬合的能力）使金屬表面上有良好的抗粘著、抗咬合的能力和降低摩擦系數(shù)。和降低摩擦系數(shù)。（4）提高金屬表面的耐蝕性。）提高金屬表面的耐蝕性。（三）化學(xué)熱處理種類（三）化學(xué)熱處理種類（1）固體法。）固體法。（2）液體法。）液體法。（3）氣體法。）氣體法。（

15、4）等離子法。）等離子法。二、滲硼二、滲硼v主要是為了提高金屬表面的硬度、耐磨性和耐蝕性。主要是為了提高金屬表面的硬度、耐磨性和耐蝕性。（一）滲硼原理（一）滲硼原理v把工件置于含有硼原子的介質(zhì)中加熱到一定溫度，把工件置于含有硼原子的介質(zhì)中加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間后，在工件表面形成一層堅(jiān)硬的滲硼保溫一段時(shí)間后，在工件表面形成一層堅(jiān)硬的滲硼層。層。 42222742BOCOSiOONaSiCOBNa（二）滲硼層的性能（二）滲硼層的性能（1）滲硼層的硬度很高。）滲硼層的硬度很高。如如Fe2B的硬度為的硬度為1300HV1800HV；FeB的硬度為的硬度為1600HV2200HV。但。但FeB脆性

16、大，一般希望得到脆性大，一般希望得到單單相的相的Fe2B層層。合金元素有阻礙硼在鋼中的擴(kuò)散作用，如果含量較合金元素有阻礙硼在鋼中的擴(kuò)散作用，如果含量較高則滲硼層厚度較薄。高則滲硼層厚度較薄。（2）在鹽酸、硫酸、磷酸和堿中具有）在鹽酸、硫酸、磷酸和堿中具有良好的耐蝕性良好的耐蝕性，但不耐硝酸。但不耐硝酸。（3）熱硬性高熱硬性高，在，在800時(shí)仍保持高的硬度。時(shí)仍保持高的硬度。（4）在）在600以下以下抗氧化性能較好抗氧化性能較好。（三）滲硼方法（三）滲硼方法1、固體滲硼、固體滲硼本質(zhì)上屬于氣態(tài)催化反應(yīng)的氣相滲硼。本質(zhì)上屬于氣態(tài)催化反應(yīng)的氣相滲硼。供硼劑供硼劑在高溫和活化劑的作用下形成氣態(tài)硼化物在

17、高溫和活化劑的作用下形成氣態(tài)硼化物（BF2、BF3）它在工件表面）它在工件表面不斷化合與分解不斷化合與分解，釋放，釋放出出活性硼原子活性硼原子并不斷被工件表面并不斷被工件表面吸附并向工件內(nèi)擴(kuò)吸附并向工件內(nèi)擴(kuò)散散，形成穩(wěn)定的鐵的硼化物層。，形成穩(wěn)定的鐵的硼化物層。常用的固體滲硼劑有：常用的固體滲硼劑有：（1）粉末滲硼。）粉末滲硼。（2）膏劑滲硼。）膏劑滲硼。2、氣體滲硼、氣體滲硼與固體滲硼的區(qū)別是與固體滲硼的區(qū)別是供硼劑為氣體供硼劑為氣體。氣體滲硼需用氣體滲硼需用易爆易爆的乙硼烷或的乙硼烷或有毒有毒的氯化硼，故的氯化硼，故沒有用于工業(yè)生產(chǎn)。沒有用于工業(yè)生產(chǎn)。3、液體滲硼、液體滲硼即鹽浴滲硼，主要

18、是由供硼劑硼砂即鹽浴滲硼，主要是由供硼劑硼砂+還原劑（碳酸還原劑（碳酸鈉、碳酸鉀、氟硅酸鈉等）組成的鹽浴。鈉、碳酸鉀、氟硅酸鈉等）組成的鹽浴。4、等離子滲硼、等離子滲硼三、滲碳、滲氮、碳氮共滲三、滲碳、滲氮、碳氮共滲v可提高表面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度?？商岣弑砻嬗捕?、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。（一）滲碳、碳氮共滲（一）滲碳、碳氮共滲1、結(jié)構(gòu)鋼的滲碳、結(jié)構(gòu)鋼的滲碳結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)滲碳后，能使零件工作表面獲得高的硬結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)滲碳后，能使零件工作表面獲得高的硬度、耐磨性、耐侵蝕磨損性、接觸疲勞強(qiáng)度和彎度、耐磨性、耐侵蝕磨損性、接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，而心部具有一定強(qiáng)度、塑性、韌性曲疲勞強(qiáng)度，而心部具有一定強(qiáng)度、塑

19、性、韌性的性能。的性能。（1）氣體滲碳）氣體滲碳是在含碳的氣體介質(zhì)中通過調(diào)節(jié)氣體滲碳?xì)夥諄硎窃诤嫉臍怏w介質(zhì)中通過調(diào)節(jié)氣體滲碳?xì)夥諄韺?shí)現(xiàn)滲碳目的的。實(shí)現(xiàn)滲碳目的的。（2）鹽浴滲碳）鹽浴滲碳將被處理的零件浸入鹽浴滲碳劑中，通過加熱使將被處理的零件浸入鹽浴滲碳劑中，通過加熱使?jié)B碳劑分解出活性的碳原子來進(jìn)行滲碳。滲碳劑分解出活性的碳原子來進(jìn)行滲碳。（3）固體滲碳）固體滲碳使用固體滲碳劑。使用固體滲碳劑。主要用于單件生產(chǎn)、局部滲碳或返修使用。主要用于單件生產(chǎn)、局部滲碳或返修使用。（二）滲氮、碳氮共滲（二）滲氮、碳氮共滲v是在含有氮，或氮、碳原子的介質(zhì)中，將工件加是在含有氮，或氮、碳原子的介質(zhì)中，將工件

20、加熱到一定溫度，鋼材表面被氮或氮、碳原子滲入熱到一定溫度，鋼材表面被氮或氮、碳原子滲入的一種工藝方法。的一種工藝方法。v滲氮工藝復(fù)雜，時(shí)間長(zhǎng)，成本高，只用于耐磨、滲氮工藝復(fù)雜，時(shí)間長(zhǎng)，成本高，只用于耐磨、耐蝕和精度要求高的耐磨件。耐蝕和精度要求高的耐磨件。v鋼經(jīng)滲氮后獲得鋼經(jīng)滲氮后獲得高的表面硬度高的表面硬度，在加熱到，在加熱到500時(shí)，時(shí)，硬度變化不大，具有硬度變化不大，具有低的劃傷傾向和高的耐磨性低的劃傷傾向和高的耐磨性，可獲得可獲得500MPa500MPa1000MPa1000MPa的殘余壓應(yīng)力，使零件具的殘余壓應(yīng)力，使零件具有有高的疲勞極限和高耐蝕性高的疲勞極限和高耐蝕性。1、滲氮的分

21、類、滲氮的分類（1）低溫滲氮：）低溫滲氮：滲氮溫度低于滲氮溫度低于600的各種滲氮方法。的各種滲氮方法。主要滲氮方法有氣體滲氮、液體滲氮、離子滲氮等。主要滲氮方法有氣體滲氮、液體滲氮、離子滲氮等。廣泛應(yīng)用的是氣體滲氮法。即把需滲氮的零件放入廣泛應(yīng)用的是氣體滲氮法。即把需滲氮的零件放入密封滲氮爐內(nèi)，通往氨氣，加熱至密封滲氮爐內(nèi)，通往氨氣，加熱至500500600，氨發(fā)生以下反應(yīng)：氨發(fā)生以下反應(yīng)： 23223NHNH生成的活性氮原子生成的活性氮原子NN滲入鋼表面，形成一定深度滲入鋼表面，形成一定深度的氮化層。的氮化層。（2）高溫滲氮：滲氮溫度高于共析轉(zhuǎn)變溫度）高溫滲氮：滲氮溫度高于共析轉(zhuǎn)變溫度（6

22、001200）下進(jìn)行的滲氮。）下進(jìn)行的滲氮。主要用于鐵素體鋼、奧氏體鋼、難熔金屬的滲氮。主要用于鐵素體鋼、奧氏體鋼、難熔金屬的滲氮。2、各種材料滲氮、各種材料滲氮（1）結(jié)構(gòu)鋼滲氮）結(jié)構(gòu)鋼滲氮為獲得具有高耐磨、高強(qiáng)度的零件，可采用滲氮為獲得具有高耐磨、高強(qiáng)度的零件，可采用滲氮專用鋼種。專用鋼種。滲氮溫度一般選在滲氮溫度一般選在500550左右，滲氮后可明左右，滲氮后可明顯提高疲勞強(qiáng)度。顯提高疲勞強(qiáng)度。（2 2）高鉻鋼滲氮）高鉻鋼滲氮工件經(jīng)酸洗或噴砂去除氧化膜后才能進(jìn)行滲氮。工件經(jīng)酸洗或噴砂去除氧化膜后才能進(jìn)行滲氮。為獲得耐磨的滲層，常在為獲得耐磨的滲層，常在560600進(jìn)行滲氮。進(jìn)行滲氮。滲氮層

23、深度一般不大于滲氮層深度一般不大于0.12mm0.15mm。（3）工具鋼滲氮）工具鋼滲氮高速鋼切削刃具短時(shí)滲氮可提高壽命高速鋼切削刃具短時(shí)滲氮可提高壽命0.51倍。倍。滲 氮 溫 度 為滲 氮 溫 度 為 5 1 0 5 2 0 ， 滲 氮 層 深 度 為， 滲 氮 層 深 度 為0.01mm0.025mm。對(duì)于小型工具滲氮時(shí)間為對(duì)于小型工具滲氮時(shí)間為15min20min；對(duì)較大；對(duì)較大型工具為型工具為25min30min；對(duì)大型工具為；對(duì)大型工具為60min。按上述規(guī)范可得到高硬度（按上述規(guī)范可得到高硬度（1340HV1460HV），），熱硬性為熱硬性為700時(shí)仍可保持時(shí)仍可保持700HV的

24、硬度。的硬度。（4 4）鑄鐵除白口鑄鐵、灰鑄鐵、不含）鑄鐵除白口鑄鐵、灰鑄鐵、不含AlAl、CrCr等合金等合金鑄鐵外均可滲氮，尤其是球墨鑄鐵的滲氮應(yīng)用廣鑄鐵外均可滲氮，尤其是球墨鑄鐵的滲氮應(yīng)用廣泛。泛。（5）難熔合金也可以進(jìn)行滲氮，用于提高硬度、耐）難熔合金也可以進(jìn)行滲氮，用于提高硬度、耐磨性和熱強(qiáng)性。磨性和熱強(qiáng)性。（6 6）鈦及鈦合金離子滲氮，經(jīng)）鈦及鈦合金離子滲氮，經(jīng)8508h后可得到后可得到TiN，層深為層深為0.028mm，硬度可達(dá)，硬度可達(dá)800HV1200HV。（7 7）鉬及鉬合金離子滲氮，經(jīng)）鉬及鉬合金離子滲氮，經(jīng)1150以上溫度滲氮以上溫度滲氮1h，滲氮層深度達(dá)，滲氮層深度達(dá)

25、0.0.15mm，硬度達(dá)，硬度達(dá)300HV800HV。（8 8）鈮及鈮合金滲氮，在）鈮及鈮合金滲氮，在1200滲氮可得到硬度大滲氮可得到硬度大于于2000HV的滲氮層。的滲氮層。四、滲金屬四、滲金屬v使工件表面形成一層金屬碳化物的一種工藝方法，使工件表面形成一層金屬碳化物的一種工藝方法，即即滲入元素與工件表層中的碳結(jié)合滲入元素與工件表層中的碳結(jié)合形成金屬碳化形成金屬碳化物的化合物層。物的化合物層。v適用于高碳鋼，滲入元素大多數(shù)為鎢、鉬、鉭、適用于高碳鋼，滲入元素大多數(shù)為鎢、鉬、鉭、釩、鈮、鉻等釩、鈮、鉻等碳化物形成元素碳化物形成元素。v為獲得碳化物層，基材的為獲得碳化物層，基材的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必

26、須超過碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須超過0.45%。v性能：性能：滲金屬層的硬度極高；耐磨性很好，抗咬滲金屬層的硬度極高；耐磨性很好，抗咬合和抗擦傷能力也很高，并且具有摩擦系數(shù)小等合和抗擦傷能力也很高，并且具有摩擦系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。（一）滲金屬方法（一）滲金屬方法1、氣相滲金屬法、氣相滲金屬法（1）在適當(dāng)溫度下，從可揮發(fā)的金屬化合物中析出）在適當(dāng)溫度下，從可揮發(fā)的金屬化合物中析出活性原子，并沉積在金屬表面上與碳形成化合物?；钚栽?，并沉積在金屬表面上與碳形成化合物。一般使用一般使用金屬鹵化物金屬鹵化物作為活性原子的來源。作為活性原子的來源。工藝過程：工藝過程：將工件置于含有滲入金屬鹵化物的容器將工件置于含

27、有滲入金屬鹵化物的容器中，通入中，通入H2或或Cl2進(jìn)行進(jìn)行置換還原置換還原反應(yīng)，使之析出活反應(yīng)，使之析出活性原子，然后進(jìn)行滲金屬操作。性原子，然后進(jìn)行滲金屬操作。（2）使用）使用羰基化合物羰基化合物在低溫下分解的方法進(jìn)行表面在低溫下分解的方法進(jìn)行表面沉積。沉積。2、固相滲金屬法、固相滲金屬法v應(yīng)用較廣泛的是應(yīng)用較廣泛的是膏劑滲金屬法膏劑滲金屬法。是將滲金屬膏劑涂。是將滲金屬膏劑涂在金屬表面上，加熱到一定溫度后，使?jié)B入元素滲在金屬表面上，加熱到一定溫度后，使?jié)B入元素滲入工件表層。入工件表層。v膏劑組成：膏劑組成：（1）活性劑：多是純金屬粉末。）活性劑：多是純金屬粉末。（2）熔劑：與滲金屬粉末相

28、互作用后形成相應(yīng)的化）熔劑：與滲金屬粉末相互作用后形成相應(yīng)的化合物和各種鹵化物。合物和各種鹵化物。（3）粘結(jié)劑：一般用四乙氧基甲硅烷，起粘結(jié)作用）粘結(jié)劑：一般用四乙氧基甲硅烷，起粘結(jié)作用并形成膏劑。并形成膏劑。（二）滲鉻（二）滲鉻1、滲鉻層的組織和性能、滲鉻層的組織和性能v中碳鋼中碳鋼滲鉻層有滲鉻層有兩層兩層，外層為鉻的碳化物層，內(nèi)層，外層為鉻的碳化物層，內(nèi)層為固溶體；為固溶體；高碳鋼高碳鋼滲鉻只在表面形成鉻的滲鉻只在表面形成鉻的碳化物層碳化物層。v工件滲鉻后可顯著改善在強(qiáng)烈磨損條件下以及在常工件滲鉻后可顯著改善在強(qiáng)烈磨損條件下以及在常溫、高溫腐蝕介質(zhì)中工作的物理、化學(xué)、力學(xué)性能。溫、高溫腐蝕

29、介質(zhì)中工作的物理、化學(xué)、力學(xué)性能。2、滲鉻方法、滲鉻方法（1）氣體滲鉻）氣體滲鉻采用接觸法直接電加熱或高頻感應(yīng)加熱可加快氣體采用接觸法直接電加熱或高頻感應(yīng)加熱可加快氣體滲鉻速度。滲鉻速度。（2）固體膏劑滲鉻）固體膏劑滲鉻利用活性膏劑進(jìn)行滲鉻的方法。利用活性膏劑進(jìn)行滲鉻的方法。滲 鉻 劑 ： 金 屬 鉻 或 合 金 鉻 粉 末 ， 尺 寸 為滲 鉻 劑 ： 金 屬 鉻 或 合 金 鉻 粉 末 ， 尺 寸 為0.050mm0.071mm。熔劑：形成鉻的鹵化物后，再與金屬表面反應(yīng)，熔劑：形成鉻的鹵化物后，再與金屬表面反應(yīng)，常用冰晶石（常用冰晶石（Na3AlF6）。）。粘結(jié)劑：以水解硅酸乙酯效果較好。

30、粘結(jié)劑：以水解硅酸乙酯效果較好。（三）滲鈦（三）滲鈦v為了提高鋼的耐磨蝕性和氣蝕性，同時(shí)也可提高中、為了提高鋼的耐磨蝕性和氣蝕性，同時(shí)也可提高中、高碳鋼的表面硬度和耐磨性。高碳鋼的表面硬度和耐磨性。1、氣體滲鈦、氣體滲鈦（1）氣相滲鈦）氣相滲鈦工業(yè)純鐵在工業(yè)純鐵在TiCl4蒸氣和純氬氣蒸氣和純氬氣中發(fā)生置換反應(yīng)，產(chǎn)中發(fā)生置換反應(yīng)，產(chǎn)生活性鈦原子，高溫下向工件表面吸附與擴(kuò)散：生活性鈦原子，高溫下向工件表面吸附與擴(kuò)散：2224TiFeClFeTiCl采用電加熱（快速加熱）可縮短滲鈦時(shí)間。采用電加熱（快速加熱）可縮短滲鈦時(shí)間。（2）蒸氣滲鈦）蒸氣滲鈦在在TiCl4和和Mg蒸氣混合物中進(jìn)行滲鈦。蒸氣混

31、合物中進(jìn)行滲鈦。Mg起還原劑起還原劑的作用，載氣是用凈化過的氬氣的作用，載氣是用凈化過的氬氣。把。把TiCl4帶進(jìn)放置帶進(jìn)放置有熔化金屬有熔化金屬M(fèi)g的反應(yīng)室中，則的反應(yīng)室中，則TiCl4與與Mg的蒸氣相的蒸氣相互作用獲得原子鈦：互作用獲得原子鈦：2224TiMgClMgTiClv在在1150下用下用TiCl4+Ar的混合氣滲鈦，的混合氣滲鈦，1h后才見滲后才見滲鈦層。而在同一溫度下用鈦層。而在同一溫度下用TiCl4+Ar+Mg進(jìn)行滲鈦，進(jìn)行滲鈦，1h后可見到較厚的滲鈦層。后可見到較厚的滲鈦層。2、活性膏劑滲鈦法、活性膏劑滲鈦法活性膏劑中主要成分是活性鈦源。活性膏劑中主要成分是活性鈦源。加入冰

32、晶石作用是除工件表面的氧化物，促使氟加入冰晶石作用是除工件表面的氧化物，促使氟化鈦（原子鈦的供應(yīng)源）的形成化鈦（原子鈦的供應(yīng)源）的形成。3、液體滲鈦、液體滲鈦使用電解或電解質(zhì)方法進(jìn)行滲鈦。使用電解或電解質(zhì)方法進(jìn)行滲鈦。采用可溶性鈦?zhàn)麝?yáng)極，電解液為采用可溶性鈦?zhàn)麝?yáng)極，電解液為KCl+NaCl+TiCl2。電解在氬氣中進(jìn)行。電解在氬氣中進(jìn)行。滲鈦層可達(dá)幾十微米。滲鈦層可達(dá)幾十微米。（四）滲鋁（四）滲鋁v主要目的在于提高材料的熱穩(wěn)定性、耐磨性和耐主要目的在于提高材料的熱穩(wěn)定性、耐磨性和耐蝕性。蝕性。1、滲鋁層的性能、滲鋁層的性能當(dāng)鋼中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于當(dāng)鋼中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于8%時(shí)，其表面能形成致時(shí)，其

33、表面能形成致密的鋁氧化膜。但鋁含量過高時(shí)，鋼的脆性增加。密的鋁氧化膜。但鋁含量過高時(shí)，鋼的脆性增加?？垢邷匮趸阅芎芎??？垢邷匮趸阅芎芎?。能抵抗能抵抗H2S、SO2、CO2、H2CO3、液氨、水煤氣、液氨、水煤氣等的腐蝕，尤其是抵抗等的腐蝕，尤其是抵抗H2S腐蝕能力最強(qiáng)。腐蝕能力最強(qiáng)。2、滲鋁方法、滲鋁方法（1）固體粉末滲鋁）固體粉末滲鋁常用方法是活性膏劑滲鋁。由鋁粉、冰晶石和不常用方法是活性膏劑滲鋁。由鋁粉、冰晶石和不同比例的其他組分的粉末混合劑，用水解乙醇硅同比例的其他組分的粉末混合劑，用水解乙醇硅酸乙酯作為粘結(jié)劑涂在工件表面。酸乙酯作為粘結(jié)劑涂在工件表面。（2）在鋁浴中滲鋁）在鋁浴中滲

34、鋁其優(yōu)點(diǎn)是滲入時(shí)間較短，溫度不高；但工件上易其優(yōu)點(diǎn)是滲入時(shí)間較短，溫度不高；但工件上易粘附熔融物和氧化物，形成脆性的金屬化合物。粘附熔融物和氧化物，形成脆性的金屬化合物。為降低脆性，在滲鋁后常進(jìn)行擴(kuò)散退火。為降低脆性，在滲鋁后常進(jìn)行擴(kuò)散退火。（3）表面噴鍍鋁再擴(kuò)散退火的滲鋁法）表面噴鍍鋁再擴(kuò)散退火的滲鋁法五、滲其他元素五、滲其他元素（一）滲硅（一）滲硅v將含硅的化合物通過將含硅的化合物通過置換、還原和加熱分解得到置換、還原和加熱分解得到的活性硅的活性硅，被材料表面所吸附并向內(nèi)擴(kuò)散，從而，被材料表面所吸附并向內(nèi)擴(kuò)散，從而形成含硅的表層。形成含硅的表層。v能提高工件的耐蝕性、穩(wěn)定性、硬度和耐磨性。

35、能提高工件的耐蝕性、穩(wěn)定性、硬度和耐磨性。但滲硅層具有多孔性，使其應(yīng)用受到了限制。但滲硅層具有多孔性，使其應(yīng)用受到了限制。1、氣體滲硅、氣體滲硅用碳化硅為滲硅劑，通入用碳化硅為滲硅劑，通入1000高溫的氯氣形成高溫的氯氣形成四氯化硅，然后再與工件表層產(chǎn)生置換反應(yīng)，使四氯化硅，然后再與工件表層產(chǎn)生置換反應(yīng)，使工件表面獲得滲硅層。工件表面獲得滲硅層。2、電解滲硅、電解滲硅將工件放入碳酸鹽、硅酸鹽氟化物和熔劑的電解將工件放入碳酸鹽、硅酸鹽氟化物和熔劑的電解液中，在液中，在9501000的溫度下加熱電解，就可的溫度下加熱電解，就可在工件上獲得一層滲硅層。在工件上獲得一層滲硅層。3、粉末狀混合物中滲硅、

36、粉末狀混合物中滲硅將含硅的粉末狀滲硅劑、填充劑、活化劑按一定將含硅的粉末狀滲硅劑、填充劑、活化劑按一定比例混合裝箱并將工件埋入混合物中，加熱到高比例混合裝箱并將工件埋入混合物中，加熱到高溫下進(jìn)行滲硅的方法。溫下進(jìn)行滲硅的方法。（二）滲硫（二）滲硫v其目的是在鋼鐵零件表面生成其目的是在鋼鐵零件表面生成FeS薄膜薄膜，以降低摩，以降低摩擦系數(shù)，提高抗咬合性能。擦系數(shù)，提高抗咬合性能。（三）多元共滲（三）多元共滲1、多元滲硼、多元滲硼硼和另一種或多種金屬元素硼和另一種或多種金屬元素順序進(jìn)行擴(kuò)散順序進(jìn)行擴(kuò)散的化學(xué)的化學(xué)熱處理。熱處理。先用先用常規(guī)方法滲硼常規(guī)方法滲硼，獲得一定厚度的致密層，然，獲得一定

37、厚度的致密層，然后在粉末混合物或硼砂鹽浴中進(jìn)行后在粉末混合物或硼砂鹽浴中進(jìn)行其他元素的擴(kuò)其他元素的擴(kuò)散散。采用粉末混合物時(shí)，在反應(yīng)室中通入氬氣或氫氣采用粉末混合物時(shí)，在反應(yīng)室中通入氬氣或氫氣可防止燒結(jié)?？煞乐篃Y(jié)。2、氧氮共滲、氧氮共滲又稱氧氮化，是一種又稱氧氮化，是一種加氧的滲氮工藝加氧的滲氮工藝。介質(zhì)有氨水、水蒸氣加氨氣、甲酰氨水溶液或氨介質(zhì)有氨水、水蒸氣加氨氣、甲酰氨水溶液或氨加氧。加氧。氧氮共滲后鋼材氧氮共滲后鋼材表面形成多孔的氧化膜表面形成多孔的氧化膜Fe3O4層，層，有減摩作用，抗粘著性能好。有減摩作用，抗粘著性能好。同時(shí)還形成同時(shí)還形成氮的擴(kuò)散層氮的擴(kuò)散層，能提高表層硬度，也提，

38、能提高表層硬度，也提高了耐磨性。高了耐磨性。目前主要用于高速鋼切削刀具的表面處理。目前主要用于高速鋼切削刀具的表面處理。第四節(jié)第四節(jié) 等離子體等離子體表面表面處理處理一、等離子體的物理概念一、等離子體的物理概念v一種電離度超過一種電離度超過0.1%的氣體，是由離子、電子和中的氣體，是由離子、電子和中性粒子（原子和分子）所組成的集合體。性粒子（原子和分子）所組成的集合體。v整體呈中性，但含有相當(dāng)數(shù)量的電子和離子，是一整體呈中性，但含有相當(dāng)數(shù)量的電子和離子，是一種物質(zhì)能量較高的聚集狀態(tài)。種物質(zhì)能量較高的聚集狀態(tài)。v1879年英國(guó)物理學(xué)家，年英國(guó)物理學(xué)家，William Crookes稱之為物質(zhì)稱之

39、為物質(zhì)第四狀態(tài)；第四狀態(tài)；v1929年美國(guó)化學(xué)物理學(xué)家，年美國(guó)化學(xué)物理學(xué)家，Langmuir稱之為等離子稱之為等離子體。體。v利用粒子利用粒子熱運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng)、電子碰撞電子碰撞、電磁波能量電磁波能量法以及法以及高高能粒子能粒子等方法可獲得等離子體。等方法可獲得等離子體。v低溫產(chǎn)生等離子體的主要方法是利用低溫產(chǎn)生等離子體的主要方法是利用氣體放電氣體放電。二、等離子體在現(xiàn)代工業(yè)中的用途二、等離子體在現(xiàn)代工業(yè)中的用途1、主要作用、主要作用v清潔：去除表面有機(jī)物污染和氧化物。清潔：去除表面有機(jī)物污染和氧化物。v蝕刻：化學(xué)反應(yīng)性蝕刻，物理蝕刻。蝕刻：化學(xué)反應(yīng)性蝕刻，物理蝕刻。v改性：粗化、交聯(lián)。改性：粗化、

40、交聯(lián)。三、離子滲氮三、離子滲氮v是一種在壓力低于是一種在壓力低于105Pa的滲氮?dú)夥罩?，利用工件的滲氮?dú)夥罩?，利用工件（陰極）和陽(yáng)極間（陰極）和陽(yáng)極間稀薄含氮?dú)怏w產(chǎn)生輝光放電稀薄含氮?dú)怏w產(chǎn)生輝光放電進(jìn)行進(jìn)行滲氮的工藝。滲氮的工藝。（一）離子滲氮的理論（一）離子滲氮的理論1、濺射和沉積理論、濺射和沉積理論2、氮?dú)浞肿与x子化理論、氮?dú)浞肿与x子化理論3、中性原子轟擊理論、中性原子轟擊理論4、碰撞離析理論、碰撞離析理論（二）離子滲氮的主要特點(diǎn)（二）離子滲氮的主要特點(diǎn)1、離子滲氮速度快，尤其淺層滲氮更為突出。、離子滲氮速度快，尤其淺層滲氮更為突出。2、熱效率高，節(jié)約能源、氣源。、熱效率高，節(jié)約能源、氣源

41、。3、滲氮的氮、碳、氫等氣氛可調(diào)整控制。、滲氮的氮、碳、氫等氣氛可調(diào)整控制。4、離子滲氮可使用氨氣，壓力很低，用量極少，污、離子滲氮可使用氨氣，壓力很低，用量極少，污染低，勞動(dòng)條件好。染低，勞動(dòng)條件好。5、可在低于、可在低于400以下進(jìn)行，工件畸變小。以下進(jìn)行，工件畸變小。6、可用于不銹鋼、有色金屬的滲氮。、可用于不銹鋼、有色金屬的滲氮。7、設(shè)備復(fù)雜，投資大，調(diào)整維修較困難。、設(shè)備復(fù)雜，投資大，調(diào)整維修較困難。四、離子滲氮、離子碳氮共滲四、離子滲氮、離子碳氮共滲1、離子滲碳、離子滲碳工件滲碳所需活性碳原子或離子可以從工件滲碳所需活性碳原子或離子可以從熱分解反應(yīng)熱分解反應(yīng)或通過或通過工件氣體電離

42、工件氣體電離獲得。獲得。26283HHCCHC2462HCHCHC242HCCH2、離子碳氮共滲、離子碳氮共滲基本原理同離子滲碳相似，只是通入的氣體含有基本原理同離子滲碳相似，只是通入的氣體含有氮原子。氮原子?？刹捎锰伎刹捎锰嫉獜?fù)合離子滲。氮復(fù)合離子滲。3、離子滲金屬、離子滲金屬用低溫等離子體轟擊的方法，可使工件表面滲入用低溫等離子體轟擊的方法，可使工件表面滲入金屬元素。金屬元素。第五節(jié)第五節(jié) 激光激光表面處理表面處理一、激光處理的原理一、激光處理的原理v以激光掃描零件表面，使材料表面吸收光能以激光掃描零件表面，使材料表面吸收光能迅速迅速升至高溫升至高溫，進(jìn)而發(fā)生相變、熔化或覆蓋甚至熔入，進(jìn)而

43、發(fā)生相變、熔化或覆蓋甚至熔入其他金屬非金屬元素，隨后其他金屬非金屬元素，隨后快速冷卻快速冷卻來達(dá)到零件來達(dá)到零件改性的目的。改性的目的。二、激光處理的特點(diǎn)二、激光處理的特點(diǎn) 激光加工過程中，激光束激光加工過程中，激光束能量密度高能量密度高，加工速度加工速度快快，并且是局部加工，對(duì)非激光照射部位沒有影，并且是局部加工，對(duì)非激光照射部位沒有影響或影響極小。因此，其熱影響區(qū)小，響或影響極小。因此，其熱影響區(qū)小，工件熱變工件熱變形小形小，后續(xù)加工量小。，后續(xù)加工量小。 它可以對(duì)多種金屬、非金屬加工，特別是它可以對(duì)多種金屬、非金屬加工，特別是可以加可以加工高硬度工高硬度、高脆性高脆性、及、及高熔點(diǎn)的材料

44、高熔點(diǎn)的材料。 激光加工過程中激光加工過程中無無“刀具刀具”磨損磨損，無無“切削力切削力”作用作用于工件。于工件。 由于激光束易于導(dǎo)向、聚集實(shí)現(xiàn)作各方向變換，由于激光束易于導(dǎo)向、聚集實(shí)現(xiàn)作各方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合，對(duì)極易與數(shù)控系統(tǒng)配合，對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行加工復(fù)雜工件進(jìn)行加工，因，因此是一種極為靈活的加工方法。此是一種極為靈活的加工方法。 它可以通過透明介質(zhì)對(duì)它可以通過透明介質(zhì)對(duì)密閉容器內(nèi)的工件密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行各進(jìn)行各種加工。種加工。 使用激光加工，生產(chǎn)使用激光加工，生產(chǎn)效率高效率高，質(zhì)量可靠，質(zhì)量可靠，經(jīng)濟(jì)效經(jīng)濟(jì)效益好益好。 三、激光表面處理技術(shù)三、激光表面處理技術(shù) 1、加熱金屬的過程、

45、加熱金屬的過程v光子穿過金屬的能力極低，僅能使其光子穿過金屬的能力極低，僅能使其表面極薄的表面極薄的一層一層溫度升高。溫度升高。v激光加熱過程中，金屬表面的溫度可在微秒級(jí)、激光加熱過程中，金屬表面的溫度可在微秒級(jí)、甚至納秒級(jí)內(nèi)就達(dá)到相變或熔化溫度。甚至納秒級(jí)內(nèi)就達(dá)到相變或熔化溫度。2、預(yù)處理、預(yù)處理v大多數(shù)金屬表面對(duì)發(fā)射的大多數(shù)金屬表面對(duì)發(fā)射的CO2激光反射高達(dá)激光反射高達(dá)90%以以上，嚴(yán)重影響激光處理的效率。上，嚴(yán)重影響激光處理的效率。v常用磷化、黑化和涂覆紅外能量吸收材料等方法。常用磷化、黑化和涂覆紅外能量吸收材料等方法。 3、應(yīng)用、應(yīng)用（1）表面強(qiáng)化）表面強(qiáng)化v高能量高能量(104-10

46、5w/cm2)激光束快速掃描工件，工件激光束快速掃描工件，工件表面極快升溫到表面極快升溫到高于相變點(diǎn)低于熔化溫度高于相變點(diǎn)低于熔化溫度；光束；光束離開后，冷態(tài)基體的熱傳導(dǎo)使被加熱區(qū)迅速冷卻離開后，冷態(tài)基體的熱傳導(dǎo)使被加熱區(qū)迅速冷卻而產(chǎn)生而產(chǎn)生自淬火自淬火；v快速加熱和快速冷卻獲得的組織細(xì)、硬度高快速加熱和快速冷卻獲得的組織細(xì)、硬度高v加熱速度高達(dá)：加熱速度高達(dá)：105106/sv冷卻速度高達(dá)：冷卻速度高達(dá)：105/s 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：v高速加熱和高速自冷高速加熱和高速自冷v硬度高硬度高(比常規(guī)高比常規(guī)高520)、組織細(xì)組織細(xì)v淬火應(yīng)力及變形小淬火應(yīng)力及變形小v提高疲勞強(qiáng)度提高疲勞強(qiáng)度v局部有選擇的

47、表面處理局部有選擇的表面處理v無需外加冷卻介質(zhì)無需外加冷卻介質(zhì)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：v硬化面積小硬化面積小、硬化深度淺硬化深度淺v設(shè)備費(fèi)用高設(shè)備費(fèi)用高（2）表面）表面合金化合金化v利用激光作為加熱能源，使利用激光作為加熱能源，使基材表層和添加的合基材表層和添加的合金元素熔化混合金元素熔化混合，從而形成以原基材為基的表面，從而形成以原基材為基的表面合金層。合金層。v按照合金加入方式分類：按照合金加入方式分類：預(yù)置式激光合金化預(yù)置式激光合金化送粉式激光合金化送粉式激光合金化氣體激光合金化氣體激光合金化 預(yù)置式激光合金化（預(yù)置法）預(yù)置式激光合金化（預(yù)置法）熱噴涂法：火焰噴涂和等離子噴涂熱噴涂法：火焰噴涂和等離

48、子噴涂電鍍法：方法簡(jiǎn)單，大量電鍍法：方法簡(jiǎn)單，大量H存在存在氣孔氣孔涂刷法：粘結(jié)劑涂刷法：粘結(jié)劑（清漆，水玻璃等清漆，水玻璃等）與合金與合金粉末調(diào)和。粉末調(diào)和。 氣體激光合金化氣體激光合金化輻照部位從氣氛中吸收碳、氮等輻照部位從氣氛中吸收碳、氮等典型應(yīng)用：鈦及鈦合金的氮化典型應(yīng)用：鈦及鈦合金的氮化 送粉式激光合金化送粉式激光合金化氣體做動(dòng)力，粉末送至光束下方，加熱與送氣體做動(dòng)力，粉末送至光束下方，加熱與送粉同步粉同步優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：大大降低合金化層的不均勻性大大降低合金化層的不均勻性減少了對(duì)基體材料的熱作用，需要的能量少減少了對(duì)基體材料的熱作用，需要的能量少簡(jiǎn)化了工藝簡(jiǎn)化了工藝兩種方法：兩種方法：

49、送粉送粉送絲送絲表面合金化存在的主要問題表面合金化存在的主要問題v應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)：通常為拉應(yīng)力：通常為拉應(yīng)力v由于由于拉應(yīng)力拉應(yīng)力的的存在，當(dāng)局部應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度存在，當(dāng)局部應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，極限時(shí)，易易產(chǎn)生裂紋產(chǎn)生裂紋。v產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因：熔凝層與基材體積的熔凝層與基材體積的脹脹縮不一致造成縮不一致造成與熔凝層及基材本身的塑性變形能力相關(guān)與熔凝層及基材本身的塑性變形能力相關(guān)可通過預(yù)熱或后熱減小或消除可通過預(yù)熱或后熱減小或消除v合金層氣孔合金層氣孔：多為球形，分布于中下層：多為球形，分布于中下層v產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因：反應(yīng)性氣體來不及逸出，主要?dú)怏w來自反應(yīng)性氣體來不及逸出，

50、主要?dú)怏w來自C與與O反應(yīng)反應(yīng)或金屬氧化物被還原或金屬氧化物被還原。v難以完全避免，可采取措施加以控制：難以完全避免，可采取措施加以控制：氣體保護(hù)氣體保護(hù)覆層盡量薄覆層盡量薄第六節(jié)第六節(jié) 離子注入離子注入表面改性表面改性一、離子注入的概念一、離子注入的概念v當(dāng)真空中有一束離子束射向一塊固體材料時(shí)，離子當(dāng)真空中有一束離子束射向一塊固體材料時(shí)，離子束把固體材料的原子或分子撞出固體材料表面，這束把固體材料的原子或分子撞出固體材料表面，這個(gè)現(xiàn)象叫個(gè)現(xiàn)象叫濺射濺射；v當(dāng)離子束射到固體材料時(shí)，從固體材料表面彈了回當(dāng)離子束射到固體材料時(shí)，從固體材料表面彈了回來，或者穿出固體材料而去，這些現(xiàn)象叫來，或者穿出固體材料而去，這些現(xiàn)象叫散射散射；v另外一種現(xiàn)象是另外一種現(xiàn)象是離子束射到固體材料以后，受到固離子束射到固體材料以后，受到固體材料的抵抗而速度慢慢減低下來，并最終停留在體材料的抵抗而速度慢慢減低下來，并最終停留在固體材料中固體材料中，這一現(xiàn)象就叫做，這一現(xiàn)象就叫做離子注入離子注入。二、離子注入的原理二、離子注入的原理v用能量為用能量為100keV量級(jí)的離子束入射到材料中去，量級(jí)的離子束入射到材料中去，離子束與材料中的原子或分子將發(fā)生一系列物理離子束與材料中的原子或分子將發(fā)生一系列物理的和化學(xué)的相互作用，的和化學(xué)的相互作用，入射