第四章 高能束表面改性讲解
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高能电子束表面改性技术的应用研究高能电子束表面改性技术是一项基于电子光束的新型加工工艺,它利用电子束的高速冲击力和高能量特性,实现对材料表面进行微观结构的改变和物理性能的提升。
它主要应用于材料的表面改性和表面加工,在航空航天、电子信息、军工制造等领域都有着广泛的应用。
一、高能电子束表面改性技术的原理高能电子束表面改性技术是利用电子束的高速沉击力和能量,实现对材料表面进行物理性能的提升。
当高能电子束遇到材料表面时,由于电子束的极高能量和速度,会产生巨大的冲击力,高速撞击材料表面形成一个瞬间的高温高压区域,造成材料表面的物理和化学变化,从而达到表面改性的效果。
在电子束冲击下,材料表面原子和分子的位置和结构发生了变化,表面形貌被改变,晶粒尺寸得到优化,晶界被增强,材料的硬度、耐磨性、抗腐蚀性等性能得以提高。
这些改变可以持续地传递到材料的深层,从而对材料整体的性能产生了显著的改善。
二、高能电子束表面改性技术的应用高能电子束表面改性技术在航空航天、军工制造、电子信息等领域具有广泛的应用。
下面将针对这些领域的应用进行介绍。
1.航空航天航空航天是高能电子束表面改性技术的重要应用领域之一。
在飞机制造方面,对于高强度、低密度、低热膨胀系数及在高温环境下具有良好性能的金属材料,如钛及其合金、铝合金等,采用高能电子束表面改性技术可以提升其表面硬度、磨损性能、抗疲劳性能和高温抗氧化性能等特性,从而提升飞机的性能和寿命。
2.电子信息电子信息领域也是高能电子束表面改性技术的重要应用领域。
在半导体器件加工方面,采用高能电子束表面改性技术可以提高器件性能,从而提升电子产品的质量和可靠性。
3.军工制造高能电子束表面改性技术在军工制造方面也有广泛应用。
在军事武器的制造方面,通过采用高能电子束表面改性技术,可以提高材料的耐腐蚀性、抗疲劳性和抗压性能,从而提高武器的使用寿命和可靠性。
三、高能电子束表面改性技术的发展趋势高能电子束表面改性技术在各个领域的应用已经取得了许多成果,但同时也存在许多问题和挑战。
高能粒子束表面改性技术研究与发展昆明理工大学材料111班解开书【摘要】关键叙述了高能粒子束表面改性技术中离子束表面改性技术基础原理、工艺特点、发展趋势及其存在问题和处理路径。
关键词: 高能粒子束; 表面改性; 研究与进展前言高能粒子束表面改性是经过高能量密度束流改变材料表面成份或组织结构表面处理技术。
因为高能粒子束功率密度能够达成108W/cm2以上, 甚至可超出109W/cm2, 所以在极短作用周期下, 材料表面就能达成其她表面技术所无法达成效果。
高能粒子束表面改性技术含有以下部分特点:(1)能量密度能够在很大范围内进行调整, 并可正确控制;(2)高能粒子束表面改性技术能够方便地与传统表面改性技术结合起来, 从而填补甚至消除各自不足;(3)利用高能粒子束能够对材料表面进行超高速加热和超高速冷却, 其冷却速度可达104℃/S, 从而实现新型超细、超薄、超纯材料合成和金属复合材料制备。
1高能离子束表面改性技术研究及其应用1.1 离子束表面改性研究现实状况20世纪70年代中期, 离子注入技术进入到半导体材料表面改性, 采取离子注入精细掺杂替换热扩散工艺, 使半导体从单个晶体管加工发展为平面集成电路加工。
20世纪80年代初, 离子束混合出现, 对离子束冶金学发展做出了巨大贡献。
80年代中期, 金属蒸发真空弧离子源(M EV VA)和其她金属离子源问世, 为离子束材料改性提供了强金属离子束。
与此同时, 为克服注入层浅问题, 开始研究离子束辅助沉积技术(IBAD), 又称离子束增强沉积技术(IBED)。
20世纪末发展起来称为“等离子体注入”技术(PSII-PIasm a Source IonImplantation)克服了常规注入缺点, 可对成批工件同时进行全方位离子注入而引发大家关注, 因为工件是直接“浸泡”在被注入元素等离子体内, 也有些人称之为“等离子体浸没离子注入”(PI II-Plasma Source Ion Implantation)。
高能粒子束表面改性技术研究与发展昆明理工大学材料111班解开书【摘要】主要叙述了高能粒子束表面改性技术中的离子束表面改性技术的基本原理、工艺特点、发展趋势及其存在的问题和解决途径。
关键词:高能粒子束;表面改性;研究与进展前言高能粒子束表面改性是通过高能量密度的束流改变材料表面的成分或组织结构的表面处理技术。
由于高能粒子束的功率密度可以达到108W/cm2以上,甚至可超过109W/cm2,因此在极短的作用周期下,材料表面就能达到其他表面技术所无法达到的效果。
高能粒子束表面改性技术具备以下一些特点:(1)能量密度可以在很大范围内进行调节,并可精确控制;(2)高能粒子束表面改性技术可以方便地与传统的表面改性技术结合起来,从而弥补甚至消除各自的局限性;(3)利用高能粒子束可以对材料表面进行超高速加热和超高速冷却,其冷却速度可达104℃/S,从而实现新型超细、超薄、超纯材料的合成和金属复合材料的制备。
1高能离子束表面改性技术的研究及其应用1.1 离子束表面改性研究现状20世纪70年代中期,离子注入技术进入到半导体材料的表面改性,采用离子注入精细掺杂取代热扩散工艺,使半导体从单个晶体管加工发展为平面集成电路加工。
20世纪80年代初,离子束混合的出现,对离子束冶金学的发展做出了巨大的贡献。
80年代中期,金属蒸发真空弧离子源(M EV VA)和其他金属离子源的问世,为离子束材料改性提供了强金属离子束。
与此同时,为克服注入层浅的问题,开始研究离子束辅助沉积技术(IBAD),又称离子束增强沉积技术(IBED)。
20世纪末发展起来的称为“等离子体注入”技术(PSII-PIasm a Source Ion Implantation)克服了常规注入的缺点,可对成批工件同时进行全方位的离子注入而引起人们的关注,由于工件是直接“浸泡”在被注入元素的等离子体内,也有人称之为“等离子体浸没离子注入”(PI II-Plasma Source Ion Implantation)。
高能粒子束表面改性技术进展-材料表面与界面高能电子束表面改性技术摘要电子束表面改性技术能够赋予材料优异的表面性能,具有广阔的应用前景,本文主要叙述了高能粒子束表面改性技术中的电子束表面改性技术的基本原理、工艺特点等关键词高能电子束表面改性High Energy Beam Surface ModificationChen XingWang(Kunming University of Science and Technology201211601311)Abstract The surface modification technology of the electron beam can endow the material with excellent surface properties, and it has broad application prospect. This paper mainly describes the basic principle and technological characteristics of the surface modification technology of the high energy particle beam surface modification technology.Key words High energy beam Surface Modification引言高能束表面改性技术是指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的处理方法。
1 电子束表面改性技术的研究1.1电子束表面改性研究现状电子束表面改性技术是近十几年发展起来的表面处理技术, 主要包括电子束表面硬化( 淬火)、电子束表面合金化、电子束表面熔覆、电子束表面熔凝等。
电子束污染小,材料不易氧化, 因此特别适用于易氧化的金属、贵金属以及半导体材料的处理。
高功率密度电子束表面改性工艺探究高功率密度电子束表面改性工艺探究近年来,高功率密度电子束表面改性技术在航空、航天、能源、材料等领域得到了广泛应用。
随着这项技术的广泛使用,有关它的研究和应用也越来越深入。
本文旨在探究高功率密度电子束表面改性工艺。
一、高功率密度电子束表面改性技术的定义高功率密度电子束表面改性技术是一种通过电子束瞬间加热物体表层、控制材料表面组织和性能、达到提升材料表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能的改性技术。
高功率密度电子束表面改性技术最大特点就是加工速度快、热影响区小,对原件影响小,而且可以加工出非常高的精度和复杂的形状。
二、高功率密度电子束表面改性技术的原理高功率密度电子束表面改性技术基于瞬间高温熔化材料表面的原理,其加工信号为短脉冲电离子束。
通过控制电子束的功率密度和加工速度,快速加热熔融表面层和部分母材,达到再结晶、改善表面晶体结构、提高硬度及耐腐蚀能力等效果。
加工完毕后,材料表面会形成均匀细小的晶粒、几乎光洁表面、优良的耐磨性及高温抗氧化性。
三、高功率密度电子束表面改性的适用范围高功率密度电子束表面改性技术适用于各种材料,如金属、陶瓷、塑料、复合材料等,其表面改性效果可以根据实际需求来确定。
在材料方面,高功率密度电子束表面改性技术主要应用于机械零部件、汽车零部件、模具、涡轮叶片、石油设备、核工业等领域中需要耐磨、耐久、耐腐蚀、高温高压等性能要求的产品。
四、高功率密度电子束表面改性技术优点高功率密度电子束表面改性技术相对于其它工艺具有以下优点:1. 高能量密度:电子束加工实现了快速加热、冷却等加工作业,可以掌握均匀、局部热输入。
2. 快速加工:电子束加工速度是传统材料加工速度的几百倍。
3. 低变形:电子束加工可以做到毫米级别的雕刻和孔洞,可以控制耳坠。
4. 加工精度高:电子束加工有效控制热输入,毛刺现象少,表面成形度高,适合高精度加工。
5. 控制性好:操作简单,可以根据要求调整加工参数,对材料的物理、化学位移小,不影响材料使用寿命。
高能束表面改性技术在航空领域的应用
陈军;李伟;郝胜智
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2024(67)4
【摘要】高能束表面改性适用于各种金属和合金,能够显著提升材料表面硬度、耐磨、耐蚀等性能指标,是航空部件实现性能提升的有效手段之一。
本文总结了6种高能束表面改性技术的基本原理、设备构成和改性应用,其中激光相变硬化通过马氏体相变强化金属材料表面;激光熔覆通过选择不同粉末实现表面修复和表面性能提升,重点在于控制裂纹缺陷;激光冲击强化可有效解决航空发动机部件高周疲劳断裂问题;强流脉冲电子束和强流脉冲离子束一方面需要提高设备的性能和运行稳定性,另一方面要针对航空部件应用开展深入研究;而离子束辅助沉积则可以通过制备固体润滑涂层实现对微动磨损的有效防护。
最后,提出对高能束表面改性机理深入研究、发展专业化智能化装备和实现多种束源复合与集成的发展方向。
【总页数】12页(P32-43)
【作者】陈军;李伟;郝胜智
【作者单位】大连理工大学材料科学与工程学院;大连理工大学(鞍山)研究院【正文语种】中文
【中图分类】TG1
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5.高能束流加工技术在航空领域的应用进展
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