【正文】 產(chǎn)生非常均勻的合金層，其平均成分可通過(guò)改變膜厚和激光功率在一定的范圍內(nèi)變化。 激光表面處理工藝 3. 激光表面合金化： 利用激光束使合金涂層與基體金屬表面混合熔化，在很短的時(shí)間內(nèi)，形成不同化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的表面合金。 激光掃描處理 Fe－ P－ Si合金得到的非晶態(tài)硬化層的硬度是基體硬度的 5～ 6倍。 采用激光加熱表面熔化 結(jié)晶處理灰鑄鐵，在白口區(qū)硬度達(dá)到 1070～1210HV。 激光表面處理工藝 編號(hào) 零件名稱 材 料 優(yōu)點(diǎn)或效果 1 錠桿 GCr15 硬化區(qū)深 ，峰值硬度 ,相對(duì)耐 磨性提高 10倍 2 成形刀 高速鋼 刀具耐用度提高 ～ ，切削速度提高 7～ 8倍 3 氣缸套 鑄鐵 比硼缸套壽命高 25％，與活塞環(huán)配制壽命提 高 30％ 4 精密儀 器 V型導(dǎo) 軌 45鋼 較原來(lái)滲碳工藝減少工序，變形極小，成品 率高 激光表面處理工藝 2. 激光表面熔凝處理： 利用能量密度很高的激光束在金屬表面連續(xù)掃描，使之迅速形成一層非常薄的熔化層，并且利用基體的吸熱作用使熔池中的金屬液以極高的速度冷卻、凝固，從而使金屬表面產(chǎn)生特殊的微觀組織結(jié)構(gòu)的一種表面改性技術(shù)。 激光表面處理工藝 應(yīng)用實(shí)例 內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)激光相變硬化 活塞環(huán)是內(nèi)燃機(jī)易損基礎(chǔ)件之一 。 冷卻速率也比使用任何淬火劑都快，因而易 得到隱針或細(xì)針馬氏體組織。 波長(zhǎng)越短，吸收率高 越粗糙，越易吸收 溫度升高、吸收越多：熔點(diǎn) 4050%，沸點(diǎn) 90% 雜質(zhì)影響吸收 黑化處理：碳素 /磷化 /油漆 激光束表面處理技術(shù) 激光相變 激光電鍍：陰極加熱 激光物理氣相沉積 激光化學(xué)氣相沉積 激光束表面處理技術(shù) 激光熔融 激光表面沖擊 1. 激光相變硬化： 在固態(tài)下經(jīng)受激光輻照，其表層被迅速加熱到奧氏體溫度以上，并在激光停止輻射后快速淬火得到馬氏體組織的一種工藝。 激光表面處理工藝 美國(guó)正在研究用激光淬火處理飛機(jī)的重載 齒輪，以取代滲碳淬火的化學(xué)熱處理工藝。為此，采用激光相變硬化技術(shù)對(duì)軸頸進(jìn)行強(qiáng)化處理。如采用二氧化碳激光器對(duì) 鉻鉬合金鑄鐵活塞環(huán)進(jìn)行熔化一結(jié)晶處理， 可獲得由細(xì)小碳化物與隱晶馬氏體所組成的 極細(xì)萊氏體。過(guò)去因打孔器技術(shù)沒(méi)過(guò)關(guān)，以致不能滿足需要。 激光表面處理工藝 激光非晶體的應(yīng)用正在開(kāi)發(fā)中。例如，用 70%Cr－ 30%Ni的金屬粉末對(duì)一般碳鋼進(jìn)行激光表面合金化，表面可獲得29%Cr13%Ni的合金，該合金在 1mol/L H2SO4中的極化曲線與 188不銹鋼的極化曲線相似，有幾乎一樣的鈍化能力，即具有相同的耐蝕性。 激光表面處理工藝 1．激光包覆 激光包覆工藝是繼激光淬火之后，第二個(gè)在工業(yè)中獲得應(yīng)用的一種激光表面改性技術(shù)。因?yàn)樗鼈儷@得的涂層含有過(guò)多的氣孔、熔渣夾雜和微觀裂紋，而且涂層結(jié)合強(qiáng)度低，易脫落。 應(yīng)用范圍： a)軸件修復(fù)； b)新產(chǎn)品，以提高使用壽命。鋁合金的激光熔覆 已在國(guó)外獲得應(yīng)用。 激光表面處理工藝 用激光沖擊波對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的緊固件進(jìn)行 處理，其緊固件的高頻疲勞壽命，處理后比 處理前要延長(zhǎng) 100倍，這對(duì)提高飛機(jī)的性能起 著決定性的作用。 灰口鑄鐵、球墨鑄鐵等材料，經(jīng)過(guò)激光表 面強(qiáng)化以后，提高耐磨性的效果也是顯著 的。 激光表面處理工藝 激光化學(xué)氣相沉積 是將激光照射至 TiCl4＋ H2＋ CO2， 或 TiCl4＋ CH4的混合氣體中 ， 由于 激光的熱分解作用 ， 在基體上沉積出 TiO2或 TiC膜層 。 可在幾分之一秒甚至千分之一秒把金屬材 料由室溫加熱至奧氏體轉(zhuǎn)變溫度或熔化溫度。 （ 7）電子束功率等參數(shù)可以控制，因此， 表面改性的位置、深度等工藝和性能指標(biāo) 也能嚴(yán)格控制。 第六章 表面改性新技術(shù) 二、電子束表面合金化 用電子束快速加熱進(jìn)行表面合金化處理， 盡管時(shí)間很短，但仍完成了液體金屬的混合 和合金元素的擴(kuò)散并重新分布的過(guò)程，從而 獲得了滿意的表面合金化結(jié)構(gòu)與硬度。 第六章 表面改性新技術(shù) 五、電子束表面熔覆 利用電子束熔覆處理技術(shù)時(shí)，向熔化區(qū)添 加合金元素，在材料表面產(chǎn)生一些覆蓋層， 像一些薄的銀箔、金箔等薄片、金屬絲或者 像電沉積層一樣，在熔化區(qū)可得到所希望的 化學(xué)成分的覆蓋層。 第六章 表面改性新技術(shù) 按 接觸介質(zhì) 劃分有 固體法 、 液體法 、 氣體法和 等離子法 。 第六章 表面改性新技術(shù) 2．液體法 目前世界上采用的較新的液體法熱擴(kuò)滲技術(shù) 是鹽浴法 ， 其基本原理是在金屬鹽熔融液體中 加入 V、 Nb、 Cr、 Ti、 Ta等鐵合金粉末 ， 然 后把含有較高 C， N的鋼件浸入 （ 可預(yù)先進(jìn)行 滲碳 、 氮化或碳氮共滲 ） ， 在 800～ 1250℃ 溫 度下 ， 經(jīng)過(guò) ～ 10h的時(shí)間后；可在表面上形 成一極硬的金屬的碳氮化合物薄層 ， 從而賦予 工件表面高的耐磨性。 第六章 表面改性新技術(shù) 滲硼技術(shù) 鋼的滲硼層的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、耐熱 性能均比滲碳層和氨化層高。比 較常用的是固體法和液體法。它具有 設(shè)備簡(jiǎn)單、清洗容易的優(yōu)點(diǎn)，適合批量處理。粘結(jié)劑的選擇對(duì)滲硼后 滲劑的脫落性有重要影響。 滲硼層的組織與性能 滲硼后的滲層組織由表向里依次為 FeB、 Fe2B、過(guò)渡層、心部組織，即由化合物、過(guò) 渡層和基體組織三部分組成。滲硼層對(duì) 鹽酸、硫酸、磷酸及堿具有良好的抗蝕性，在 600℃ 下硼化物層抗氧化性良好。滲金屬的特點(diǎn)是：滲層是靠加熱 擴(kuò)散形成的，所滲元素與基體金屬常發(fā)生反應(yīng)而 形成化合物相，使?jié)B層與基體結(jié)合牢固，其結(jié)合 強(qiáng)度是電鍍、化學(xué)鍍等機(jī)械結(jié)合所難以達(dá)到的。 第六章 表面改性新技術(shù) (1) 滲鉻的方法 1) 固體粉末滲鉻 （ a）固體粉末通氫滲鉻法 氫氣促進(jìn)了化學(xué)還 原反應(yīng)的進(jìn)行，使之產(chǎn)生更多的活性 [Cr]，加 快了滲速。滲鉻源是鉻 粉或鉻鐵粉，溶劑是冰晶石，粘結(jié)劑可用水玻 璃、干性油漆、清漆、硅酸鹽等。 第六章 表面改性新技術(shù) (1) 滲鉻的方法 3) 液體滲鉻 液體滲鉻是在含有活性鉻原子的鹽浴中進(jìn)行 的，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、加熱均勻、生產(chǎn)周期短、 可直接淬火等特點(diǎn)。 第六章 表面改性新技術(shù) (2) 滲鉻層的性能及應(yīng)用 2）耐腐蝕性能 工件經(jīng)滲鉻處理后具有良好的 耐蝕性，在潮濕空氣、水、強(qiáng)堿液、過(guò)熱蒸汽 和其他許多介質(zhì)中都有良好的耐蝕性；能耐硫 酸和硝酸的浸蝕；但耐鹽酸腐蝕性差。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方 便，特別適合于機(jī)械的零部件；缺點(diǎn)是工件尺 寸受到限制，效率不高。滲鋁氣氛為鋁的鹵化物，反應(yīng)機(jī)理基本 同體粉末法，氣氛可以從爐外通入，也可以在 爐內(nèi)制取。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Aluminizing， Calorizing） (2) 滲鋁層的性能 滲鋁層具有特殊的抗氧化性和耐腐蝕性。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Aluminizing， Calorizing） (3) 滲鋁的應(yīng)用 滲鋁主要用于提高機(jī)件的耐熱耐腐蝕壽命， 可用于爐內(nèi)構(gòu)件、煙道、汽車消音器、汽車進(jìn) 排氣零部件、高溫石油化工用換熱器、加熱 管、熱風(fēng)管、加熱爐排風(fēng)扇、空氣預(yù)熱器和熱 處理用設(shè)備，以及一切與 H2S、 SO CO H2CO HNO液 N、水煤氣接觸的設(shè)備。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Sulphnitriding） 用高速鋼刀具進(jìn)行了硫氮共滲處理與不處理 的對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在不潤(rùn)滑條件下前者使用壽 命較后者提高 2倍以上；在潤(rùn)滑條件下，加工 低硬度零件時(shí)可提高 ～ 2倍，加工中硬度零 件（ 310～ 400 HB）時(shí)可提高 ～ 6倍。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Sulphnitrocarburizing） (1) 硫氮碳共滲方法 2) 膏劑法 膏劑配方： 37%ZnSO4＋ %K2SO4＋ %Na2SO4＋ %KSCN＋ % Na2SO3＋ 20%的高嶺土和水。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Sulphnitrocarburizing） (1) 硫氮碳共滲方法 4) 氣體法 工藝一般是 500～ 650℃ （ 1～ 4） h。 第六章 表面改性新技術(shù) 含硼共滲 滲硼層硬度高，耐磨性好，而且具有一定的 耐熱性和對(duì)某些介質(zhì)的抗蝕能力，但亦存在脆 性高等缺點(diǎn)，為了降低滲硼層的脆性，為進(jìn)一 步提高滲硼層的耐磨性、耐熱性和耐蝕性，改 善其脆性，產(chǎn)生了硼和其他元素共滲的各種工 藝。 第六章 表面改性新技術(shù) 含硼共滲 (2) 硼氮共滲 膏劑法硼氮共滲由供硼劑、供氮?jiǎng)?、催滲 劑、填充劑組成。共滲溫度為 900～ 1050℃ ，保溫時(shí)間 5～ 15小時(shí)。由于隨保溫時(shí)間的增加， 料漿層中鋁、硅活性原子通常降低，所以料漿 法所獲滲層脆性較低。對(duì) NbC層內(nèi)及層下進(jìn)行的能譜 分析結(jié)果表明， NbC層內(nèi)不含碳以外的基體元素， 而 NbC層下沒(méi)有發(fā)生 Nb原子向基體的擴(kuò)散。 第六章 表面改性新技術(shù) TD（ Toyota Diffusion）法擴(kuò)散滲入處理 TD法的特點(diǎn)及應(yīng)用 用 CVD、 PVD、 TD法都能得到同樣硬的碳化物薄 層，但是， PVD需要真空室、等離子系統(tǒng)以及蒸發(fā) 源。 第六章 表面改性新技術(shù) TD（ Toyota Diffusion）法擴(kuò)散滲入處理 TD法的特點(diǎn)及應(yīng)用 （ 4）鹽浴的主要成分是在高溫下性能穩(wěn)定的硼砂， 故幾乎不產(chǎn)生一般熱處理鹽浴出現(xiàn)的氣體。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴(kuò)散滲入方法 等離子體擴(kuò)散滲入是利用低真空中氣體輝光放電產(chǎn) 生的離子轟擊工件表面，使表面成分、組織結(jié)構(gòu)及性 能發(fā)生改變的處理方法。 （ 4）輝光放電可均勻地覆蓋于工件表面，因此比較適合形狀復(fù)雜及多溝槽和孔隙工件的處理。離子的轟擊還可使材料生成晶格缺陷，促進(jìn) 氮的擴(kuò)散。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴(kuò)散滲入方法 （ Plasma Nitrizing） (3) 鋼離子氮化后的性能 （ a）硬度 鋼經(jīng)離子氮化后表面硬度的提高是明顯 的。 （ e）用普通方法難以氮化的不銹鋼、鈦等都可進(jìn)行 離子氮化。 （ b）疲勞強(qiáng)度 氮化可以提高疲勞強(qiáng)度，且隨氮化 層深度的增加而增加。（ Fe4N）化合物＋擴(kuò)散層； （ c） ε化合物（ Fe3N）＋擴(kuò)散層； （ d） ε化合物＋ γ39。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴(kuò)散滲入方法 離子氮化 （ Plasma Nitrizing） 輝光離子滲氮簡(jiǎn)稱離子氮化，是把被處理的工件放 在真空室，抽真空至 ～ ，然后充以稀薄的含 氮?dú)怏w，在陰陽(yáng)極間加上直流高壓后，氣體被電離而 發(fā)生輝光放電，放電過(guò)程中氮離子在高壓電場(chǎng)的作用 下，沖向陰極表面，產(chǎn)生大量的熱把工件加熱到所需 的溫度，同時(shí)氮的離子或原子為工件表面所吸附，并 迅速擴(kuò)散，形成了一定厚度的氮化層。其中的帶電粒子在電場(chǎng)的作用下作定向運(yùn)動(dòng)， 具有足夠能量的粒子與中性的氣體原子或分子相撞， 會(huì)使其處于激發(fā)態(tài)，成為活性原子或離子。 （ 5）所形成碳化物層的組成、性能幾乎不因基體鋼 種、處理?xiàng)l件而發(fā)生變化，故其使用性能穩(wěn)定、基 體材料選擇廣泛。而且 PVD和 CVD的設(shè)備價(jià)格高。 VC、 NbC即使在 800℃ 其硬度也高于 800HV，經(jīng)高溫加熱 再到室溫，其室溫硬度也不降低。 第六章 表面改性新技術(shù) TD（ Toyota Diffusion）法擴(kuò)散滲入處理 TD處理工藝 TD處理所用設(shè)備與普通外熱式鹽浴爐的結(jié)構(gòu)基本 相同，有直接加熱和間接加熱兩種形式。 第六章 表面改性新技術(shù) 用鉻鋁共滲在鐵絲上獲得鉻鋁覆層制成的電 熱絲在 850～ 950℃ 下工作，壽命達(dá) 400～ 500小 時(shí)，而滲鋁的鐵絲在 800～ 850℃ 下工作，壽命 僅為 120～ 150小時(shí)。氮的滲入減少了滲層的脆性，提高 了韌性。如 21%B4C＋ 4%Na2B4O7＋ 3%NH4Cl＋ 72%鋁鐵合金； 49%Al2O3＋ %B2O3＋ %Al＋ 2%NaF，將滲劑和工件同時(shí)裝入容器，用水 玻璃調(diào)耐火泥密封，干燥后裝入爐內(nèi)。 氣體法的優(yōu)點(diǎn)是，在質(zhì)量穩(wěn)定性、技術(shù)經(jīng)濟(jì) 指標(biāo)優(yōu)良的前提下，基本無(wú)公害。 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行，成本低，但質(zhì)量不易控制， 目前僅用于特大零件或單件生產(chǎn)等特殊情況