【正文】 中用高頻感應加熱工件。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Aluminizing， Calorizing） (1) 滲鋁的方法 5）其它滲鋁方法 電泳滲鋁法是先用電泳法將 鋁粉均勻地沉積在工件表面上，再加熱擴散制 成鍍層。將滲鋁劑調(diào)糊狀，然后涂刷在工 件表面上，在 120℃ 時烘干，再加熱到 1000℃ 左右進行擴散滲鋁。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Aluminizing， Calorizing） (1) 滲鋁的方法 1）固體粉末滲鋁 固體粉末滲鋁的工件可以是鋼鐵件，也可以 是鎳基和鈷基高溫合金，還可用于鈦合金、銅 合金及鉬、鈮等難熔金屬。如：儀表中的葉輪、浮子、彈簧管等 零件；還可用于飛機、船艦、電站的燃氣輪機 葉片等高溫部件。碳化鉻層 具有高硬度、低摩擦系數(shù)（與金屬對摩），因 此耐磨性很高。 低碳鋼滲鉻，在 700℃ 時其抗氧化能力可比不 滲鉻鋼高 1000倍。鹽浴滲鉻（即 TD法）是先將硼砂熔化（ 740℃ ），然后將烘 干（ 120～ 150℃ ）的鉻粉或碳素鉻粉加人硼砂 浴中，升溫到滲鉻溫度把（ 850～ 1050℃ ） 時，再將工件放入滲鉻。 第六章 表面改性新技術(shù) (1) 滲鉻的方法 2) 氣體滲鉻 如在密封的爐子中通入 CrCl N2（或 H2+N2）對 42CrMo進行 1000℃ 4h氣體滲 鉻，可獲得 40μm的滲層。 第六章 表面改性新技術(shù) (1) 滲鉻的方法 2) 氣體滲鉻 氣體滲鉻的反應機理與固體粉末法相似，在 密封的電爐中進行。 第六章 表面改性新技術(shù) (1) 滲鉻的方法 1) 固體粉末滲鉻 （ d）膏劑滲鉻法 將滲鉻劑調(diào)成糊狀涂敷在零 件上，通過感應加熱使 [Cr]滲入工件表面。 （ b）不含鹵化物的滲鉻法 主要用于粉末冶金 件滲鉻，可防止殘留鹵化物的腐蝕。滲鉻一般為 950～ 1100℃ ，時間 為 4～ 10小時。 第六章 表面改性新技術(shù) 滲鉻 滲鉻（ Chromizing）的目的主要有兩個： 一是為了提高鋼和耐熱合金的耐蝕性和抗氧化 性，提高持久強度和疲勞強度；二是為了用普 通鋼材代替昂貴的不銹鋼、耐熱鋼和高鉻合金 鋼。 第六章 表面改性新技術(shù) 滲金屬 滲金屬工藝（ Diffusion Metallizing）就是采用 加熱的方法，使一種或多種金屬擴散滲入零件表 面形成表面合金層的方法。 第六章 表面改性新技術(shù) 滲硼的應用 近年來，在滲硼領域里，人們在滲硼的基礎理 論、工藝過程和工業(yè)應用等方面進行了大量的研 究，取得了重要的進展，該工藝已逐漸成為廣泛 應用的表面擴滲處理工藝。鋼鐵滲硼后形成的鐵硼化 合物（ FeB、 Fe2B）是一種十分穩(wěn)定的金屬化 合物，它具有良好的紅硬性，經(jīng)滲硼處理的工 件一般可在 600℃ 下可靠地工作。碳鋼滲硼后表面硬度 可達 1400～ 2023HV，具有極高的耐磨性。滲層深、易調(diào)節(jié)；但也 有滲層欠均勻、坩堝壽命較短等缺點。 第六章 表面改性新技術(shù) 滲硼工藝方法 (2) 液體滲硼 液體滲硼包括電解鹽浴滲硼和非電解鹽浴滲 硼。 第六章 表面改性新技術(shù) 滲硼工藝方法 (1) 固體滲硼 2) 膏劑滲硼 在膏劑法滲硼劑中，加入粘結(jié)劑的作用是使 滲劑能涂附于金屬表面。處理溫度 在 900～ 1000℃ ，時間為 1～ 5h。 第六章 表面改性新技術(shù) 滲硼工藝方法 (1) 固體滲硼 固體法滲硼又分為粉末滲硼和膏劑滲硼。 供硼劑： 提供硼源，它在活化劑的催化作用 下提供硼原子，硼鐵和碳化硼在目前是使用得 較多的供硼劑。 第六章 表面改性新技術(shù) 因置換固溶體形式的擴散比間隙固溶體形式 困難得多，因此，硼在 γ－ Fe中擴散速度遠大 于硼在 α－ Fe中的擴散速度，因此，滲硼溫度 大多選在鋼處于奧氏體狀態(tài)的溫度范圍內(nèi)。 在滲硼過程中，含硼介質(zhì)發(fā)生化學反應，生成 流體含硼組元，流體含硼組元通過鄰接金屬表面 的“邊界層”進行外擴散，擴散到金屬表面并被吸 附，然后發(fā)生各種界面反應，生成活性硼原子、 活性硼原子由金屬界面向縱深遷移，從而形成有 一定深度的滲硼層。 第六章 表面改性新技術(shù) 滲硼技術(shù) 滲硼是將工件置于含硼的介質(zhì)中，經(jīng)過加熱 和保溫，使硼原子滲入其表面，形成硼化物的 工藝過程。 氣體滲的優(yōu)點是滲層厚度均勻，易控制，對 異形件和小孔結(jié)構(gòu)的滲鍍效果好，且無粉塵， 勞動條件好。 第六章 表面改性新技術(shù) 2）流化床法 這種方法與粉末法相似，不同之處是將工件 放于帶有固體滲劑的流化床內(nèi)，然后加熱，同 時通入運載氣體（ H2， Ar），使之與流體粒 子反應產(chǎn)生欲滲金屬的活性原子滲入工件。 1．固體法 1）粉末法 粉末法是固體法中最普通的方法，歷史最為悠久，至今世界各國仍以此法應用最多。 第六章 表面改性新技術(shù) 第六章 表面改性新技術(shù) 材料表面熱擴滲處理是將工件放入一定的 活性介質(zhì) 中，使 金屬元素或非金屬元素 擴散到 工件表層中，改變表層 化學成分 ，可得到一 擴 散合金層 ，有時表面上還會 形成化合物層 ，從 而獲得所需的組織和性能。 例如在汽車用的轉(zhuǎn)缸式發(fā)動機中振動最厲害 的頂部密封件的制造，就采用了電子束熔融處 理技術(shù)。 對某些合金，電子束重熔可使各組成相間 的化學元素重新分布，降低某些元素的顯微 偏析程度，改善工件表面的性能。利用 聚焦的電子束所特有的高功率密度以及作用 時間短等特點，可在表面的下層受熱最小的 情況下，使材料的表面熔化形成小液池，這 樣便能獲得極快的冷卻速度。 淬硬層組織的致密性很好，有較高的耐腐 蝕性能。由 于電子束能量密度高，作用于金屬表面的能 量集中，故而溫度梯度很大，當表面達到相 變點以上溫度時，基體金屬仍保持冷態(tài)。 （ 5）在進行表面合金化時，能在極短的 時間內(nèi)達到一般滲金屬幾小時或幾十小時 的滲層效果。 （ 2）電子束加熱能量的轉(zhuǎn)換率為 80%～ 90%，能量利用率非常高。 它的速度取決于加速電壓的高低，可達到 光速的 2／ 3左右。 激光表面處理工藝 激光物理氣相沉積 是利用激光照射并使陶 瓷材料瞬間蒸發(fā)，然后沉積到基體材料表面 上，以形成各種陶瓷層，例如， TiN、 WC、 SiN BN、 SiAlON陶瓷層等。目前已用這種 方法進行了形成鎳、鋁、鉻等金屬膜的試 驗，所形成的膜非常潔凈。例如，對 42CrMo鋼用 152W激光互搭掃描后，表面殘余壓應力可達 ～ ，到 拉應力，達到 ～ 。 激光表面改性對性能的影響 2．疲勞性能 對 15MnVN， 25CrMnSi等低含碳量的鋼進 行激光相變強化 ， 疲勞壽命有較大幅度的提 高。 激光表面處理工藝 各種材料經(jīng)過激光表面改性處理以后，可 以得到硬度很高、晶粒和組織很細的強化 層，它與基體的結(jié)合屬于緊密的冶金結(jié)合。 各種材料經(jīng)過激光表面改性處理以后，可以得到硬 度很高、晶粒和組織很細的強化層，它與基體的結(jié)合 屬于緊密的冶金結(jié)合。 激光表面處理工藝 激光沖擊硬化是正在開發(fā)的一種材料表面改性技術(shù)，它不僅可以大大提高材料的強度和硬度，而且能有效提高鋼、鋁、鈦等合金的抗疲勞性能。一般鋁合金預熱溫度為 300℃ ～ 500℃ ； 鈦合金預熱溫度為 400℃ ～ 700℃ 。這對于表面耐 磨、耐蝕和抗疲勞性都很差的鋁合金來說尤為 重要。 工藝：激光輸出功率為 ，掃描速度為 3mm/min，送粉率為 9g/min，光斑尺寸為 15mm 。使用激光進行陶瓷涂覆，即可避免產(chǎn)生上述缺陷，提高涂層質(zhì)量，延長使用壽命。 激光表面處理工藝 2．陶瓷層激光涂覆 火焰噴涂和等離子噴涂等熱噴涂的方法廣泛用來進行陶瓷涂覆。 激光表面處理工藝 1．激光包覆 激光包覆是選擇硬度高、耐磨、耐蝕和抗疲勞性能好的材料包覆工件表面，然后用大功率激光束掃描，將包覆材料熔化到基體表面，形成包覆層。 激光表面處理工藝 與表面合金化的不同在于母材微熔而添加物全熔，這樣一來避免了熔化基體對添加層的稀釋，可獲得具有原來特性和功能的強化層。例如以 Si合金化可達到的硬度是 200HV，以 Cu合金化可達300HV，以 Fe合金化可達 300～ 500HV， 激光表面處理工藝 （ 3）金屬硅化物 激光表面合金化另外一個應用領域是制作硅上面的金屬觸點。激光表面合金化的基本目的也是為了提高表面的耐磨、耐蝕性等性能。該工藝已應用于生產(chǎn) F－ 15型戰(zhàn)斗機用的 F100型發(fā)動機上。 采用激光掃描處理 Fe－ P－ Si合金得到的非晶態(tài)硬化層的硬度為 1300～ 1500HV，是基體硬度的 5～ 6倍。 激光表面處理工藝 非晶態(tài)金屬具有較高的強韌性及非常好的抗腐蝕性和抗磨損性能。印刷郵票用的輥式打孔器，輥外徑為 365mm，長 645mm，壁厚 ；輥筒材料為 50鋼。 激光表面處理工藝 通過快磨試驗、汽車臺架試驗與裝車考核試驗證明，活塞環(huán)的磨損量減少，使用壽命提高。 鑄造合金一般都存在著氧化物、硫化物等夾雜和疏松，用激光把表面重熔就可以把雜質(zhì)、氣孔、化合物釋放出來，同時把表面層細化。 效果： 激光硬化區(qū)主要是由針狀馬氏體、奧氏體及團絮狀組織所組成；硬化區(qū)平均硬度達 HRC60以上；硬化區(qū)層深為 1mm；使用壽命提高 3倍。 激光表面處理工藝 應用實例 內(nèi)燃機活塞環(huán)溝側(cè)面激光相變硬化 效果： 激光硬化區(qū)主要是由細長板條馬氏體和其間不連續(xù)分布的奧氏體所組成；除位錯亞結(jié)構(gòu)外，在局部區(qū)域還出現(xiàn)了平行排列的微細孿晶組織；硬化區(qū)最大硬度為；硬化層深為 ；激光硬化表面光潔度基本保持不變，變形量滿足形位公差要求。 采用激光硬化飛機發(fā)動機氣缸內(nèi)壁，比 氮化處理快 14倍，且所得到的硬化層比經(jīng)過 10～ 20h氮化處理的硬化層還厚，質(zhì)量優(yōu) 良，幾乎無變形。 激光表面處理工藝 高碳鋼 也可分為兩層：外層是隱針馬氏體； 內(nèi)層是隱針馬氏體加未溶碳化物。 因加熱時間短，碳原子的擴散及晶粒的長大 受到限制，所以得到的奧氏體晶粒小。表面改性技術(shù) 教師：強穎懷 學院：材料學院 激光束表面處理技術(shù) 最引人注目的技術(shù)之一 成功地走向工業(yè)化生產(chǎn)應用 傳統(tǒng)的表面處理技術(shù)相競爭 提高制品的性能和壽命 獲得極大的社會效益和經(jīng)濟效益 激光束表面處理技術(shù) 相位一致 方向性好 波長單一 優(yōu)越的聚光性 可以獲得很高的能量密度 高能束表面改性技術(shù)中的一種主要手段 激光束表面處理技術(shù) ?激光束表面處理：采用激光對材料表面進行改性的一種表面處理技術(shù)。 加熱和冷卻速度高： 105～ 109℃ /S 高硬度：比常規(guī)淬火提高 15%～ 20% 變形?。杭訜釋颖? 疲勞強度高 激光表面處理工藝 由于激光加熱速率極快，相變在很大的過 熱度下進行，形核率很大。 中碳鋼 可分為四層：外層是白亮的隱針馬氏體，硬度 HV達 800，比一般淬火硬度高出 100以上；第二層是隱針馬氏體加少量屈氏體，硬度稍低；第三層是隱針馬氏體加網(wǎng)狀屈氏體，再加少量鐵素體；第四層是隱針馬氏體和完整的鐵素體網(wǎng)。 直升飛機輔助動力裝置的行星齒輪 飛機主傳動裝置的傳動齒輪 用激光硬化的飛機重載齒輪，不需要最后 研磨，大大降低了生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。 工藝： 激光輸出功率 ，掃描速度22mm/s，光斑直徑 3mm。 激光表面處理工藝 螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子軸頸激光相變硬化 工藝： 激光輸出功率 ，掃描速度17mm/s，光斑直徑 4mm。 AA390鋁合金，處理前合金組織中鑲有 60μm大的 Si顆粒，處理后硅的顆粒變?yōu)?1～ 4μm。萊氏體的硬化層深度為 ～ ，硬度為 1000～ 2023HV。 激光表面處理工藝 與表面淬火相比，顯著地提高了耐磨性和 抗蝕性，縮短了熱處理時間，保證了產(chǎn)品質(zhì) 量。我國現(xiàn)已采用激光處理的辦法使孔刃部達 60HRC以上，攻克了這一難題。 激光表面處理工藝 激光非晶化就是用激光的手段在金屬表面上制得非晶層的技術(shù)，有有時稱之為激光上釉，是非晶態(tài)金屬獲得的一個重要手段。美國工