精选表面改性技术培训课件

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1、表面改性技术教师：强颖怀教师：强颖怀学院：材料学院学院：材料学院6.1 激光束表面处理技术最引人注目的技术之一最引人注目的技术之一成功地走向工业化生产应用成功地走向工业化生产应用传统的表面处理技术相竞争传统的表面处理技术相竞争提高制品的性能和寿命提高制品的性能和寿命获得极大的社会效益和经济效益获得极大的社会效益和经济效益6.1 激光束表面处理技术相位一致相位一致方向性好方向性好波长单一波长单一优越的聚光性优越的聚光性可以获得很高的能量密度可以获得很高的能量密度高能束表面改性技术中的一种主要手段高能束表面改性技术中的一种主要手段6.1 激光束表面处理技术激光束表面处理：采用激光对材料表面进行改性

2、的一种激光束表面处理：采用激光对材料表面进行改性的一种表面处理技术。表面处理技术。激光照射到材料表面激光照射到材料表面表层材料受热升温表层材料受热升温激光作用后冷却激光作用后冷却激光被吸收变为热能激光被吸收变为热能固态相变固态相变/熔化熔化/蒸发蒸发加热速度快：加热速度快：105-109/S自冷速度高：自冷速度高： 104 /S输入功率小，工件变形小输入功率小，工件变形小可局部加热可局部加热精确控制：线加工精确控制：线加工自动化自动化但反射率高、转换率低、设备昂贵、不能大面积但反射率高、转换率低、设备昂贵、不能大面积6.1 激光束表面处理技术激光与材料：反射与吸收；吸收通过大量传导电子的激光与

3、材料：反射与吸收；吸收通过大量传导电子的带间跃迁实现。带间跃迁实现。波长越短，吸收率高波长越短，吸收率高越粗糙，越易吸收越粗糙，越易吸收温度升高、吸收越多：熔点温度升高、吸收越多：熔点40-50%，沸点，沸点90%杂质影响吸收杂质影响吸收黑化处理：碳素黑化处理：碳素/磷化磷化/油漆油漆6.1 激光束表面处理技术激光相变激光相变激光电镀：阴极加热激光电镀：阴极加热激光物理气相沉积激光物理气相沉积激光化学气相沉积激光化学气相沉积6.1 激光束表面处理技术激光熔融激光熔融激光表面冲击激光表面冲击1. 激光相变硬化：激光相变硬化：在固态下经受激光辐照，其表层被迅在固态下经受激光辐照，其表层被迅速加热到

4、奥氏体温度以上，并在激光停止辐射后快速淬速加热到奥氏体温度以上，并在激光停止辐射后快速淬火得到马氏体组织的一种工艺。火得到马氏体组织的一种工艺。加热和冷却速度高：加热和冷却速度高： 105109/S高硬度：比常规淬火提高高硬度：比常规淬火提高15%20%变形小：加热层薄变形小：加热层薄疲劳强度高疲劳强度高6.1.2 激光表面处理工艺由于激光加热速率极快，相变在很大的过由于激光加热速率极快，相变在很大的过热度下进行，形核率很大。热度下进行，形核率很大。因加热时间短，碳原子的扩散及晶粒的长大因加热时间短，碳原子的扩散及晶粒的长大受到限制，所以得到的奥氏体晶粒小。受到限制，所以得到的奥氏体晶粒小。冷

5、却速率也比使用任何淬火剂都快，因而易冷却速率也比使用任何淬火剂都快，因而易得到隐针或细针马氏体组织。得到隐针或细针马氏体组织。6.1.2 激光表面处理工艺 低碳钢低碳钢可分为两层：外层是完全淬火区，组织是隐可分为两层：外层是完全淬火区，组织是隐针马氏体；内层是不完全淬火区，保留有铁素体。针马氏体；内层是不完全淬火区，保留有铁素体。 中碳钢中碳钢可分为四层：外层是白亮的隐针马氏体，硬可分为四层：外层是白亮的隐针马氏体，硬度度HV达达800，比一般淬火硬度高出，比一般淬火硬度高出100以上；第以上；第二层是隐针马氏体加少量屈氏体，硬度稍低；第二层是隐针马氏体加少量屈氏体，硬度稍低；第三层是隐针马氏

6、体加网状屈氏体，再加少量铁素三层是隐针马氏体加网状屈氏体，再加少量铁素体；第四层是隐针马氏体和完整的铁素体网。体；第四层是隐针马氏体和完整的铁素体网。6.1.2 激光表面处理工艺 高碳钢高碳钢也可分为两层：外层是隐针马氏体；也可分为两层：外层是隐针马氏体；内层是隐针马氏体加未溶碳化物。内层是隐针马氏体加未溶碳化物。 铸铁铸铁大致可分为三层：表层是熔化凝固所大致可分为三层：表层是熔化凝固所得的树枝状结晶，此区随扫描速度的增大而减得的树枝状结晶，此区随扫描速度的增大而减小；第二层是隐针马氏体加少量残留的石墨及小；第二层是隐针马氏体加少量残留的石墨及磷共晶组织；第三层是较低温度下形成的马氏磷共晶组织

7、；第三层是较低温度下形成的马氏体。体。 6.1.2 激光表面处理工艺美国正在研究用激光淬火处理飞机的重载美国正在研究用激光淬火处理飞机的重载齿轮，以取代渗碳淬火的化学热处理工艺。齿轮，以取代渗碳淬火的化学热处理工艺。-直升飞机辅助动力装置的行星齿轮直升飞机辅助动力装置的行星齿轮-飞机主传动装置的传动齿轮飞机主传动装置的传动齿轮用激光硬化的飞机重载齿轮，不需要最后用激光硬化的飞机重载齿轮，不需要最后研磨，大大降低了生产成本，提高生产率。研磨，大大降低了生产成本，提高生产率。-采用激光硬化飞机发动机气缸内壁，比采用激光硬化飞机发动机气缸内壁，比氮化处理快氮化处理快14倍，且所得到的硬化层比经过倍，

8、且所得到的硬化层比经过1020h氮化处理的硬化层还厚，质量优氮化处理的硬化层还厚，质量优良，几乎无变形。良，几乎无变形。6.1.2 激光表面处理工艺应用实例应用实例内燃机活塞环激光相变硬化内燃机活塞环激光相变硬化活活塞塞环环是是内内燃燃机机易易损损基基础础件件之之一一。为为提提高高活活 塞塞 环环 耐耐 磨磨 性性 延延 长长 其其 使使 用用 寿寿 命命 ， 对对 由由42CrMo钢钢制制备备的的活活塞塞环环沟沟内内侧侧进进行行了了激激光光相变硬化处理。相变硬化处理。工艺：工艺：激光输出功率激光输出功率1.65kw，扫描速度，扫描速度22mm/s，光斑直径，光斑直径3mm。6.1.2 激光表

9、面处理工艺应用实例应用实例内燃机活塞环沟侧面激光相变硬化内燃机活塞环沟侧面激光相变硬化效果：效果：激光硬化区主要是由细长板条马氏激光硬化区主要是由细长板条马氏体和其间不连续分布的奥氏体所组成；除位体和其间不连续分布的奥氏体所组成；除位错亚结构外，在局部区域还出现了平行排列错亚结构外，在局部区域还出现了平行排列的微细孪晶组织；硬化区最大硬度为的微细孪晶组织；硬化区最大硬度为713HV0.1；硬化层深为；硬化层深为0.5mm；激光硬化表；激光硬化表面光洁度基本保持不变，变形量满足形位公面光洁度基本保持不变，变形量满足形位公差要求。差要求。6.1.2 激光表面处理工艺应用实例应用实例螺杆压缩机转子轴

10、颈激光相变硬化螺杆压缩机转子轴颈激光相变硬化螺杆压缩机转子是制冷机的关键部件，现螺杆压缩机转子是制冷机的关键部件，现多采用球墨铸铁制备而成，其主要失效形式多采用球墨铸铁制备而成，其主要失效形式是轴颈发生严重磨损。为此，采用激光相变是轴颈发生严重磨损。为此，采用激光相变硬化技术对轴颈进行强化处理。硬化技术对轴颈进行强化处理。6.1.2 激光表面处理工艺螺杆压缩机转子轴颈激光相变硬化螺杆压缩机转子轴颈激光相变硬化工艺：工艺：激光输出功率激光输出功率1.1kw，扫描速度，扫描速度17mm/s，光斑直径，光斑直径4mm。效果：效果：激光硬化区主要是由针状马氏体、激光硬化区主要是由针状马氏体、奥氏体及团

11、絮状组织所组成；硬化区平均硬奥氏体及团絮状组织所组成；硬化区平均硬度达度达HRC60以上；硬化区层深为以上；硬化区层深为1mm；使；使用寿命提高用寿命提高3倍。倍。6.1.2 激光表面处理工艺编号零件名称材 料优点或效果1锭杆GCr15硬化区深0.94mm，峰值硬度980HV0.1,相对耐磨性提高10倍2成形刀高速钢刀具耐用度提高2.53.5倍，切削速度提高78倍3气缸套铸铁比硼缸套寿命高25，与活塞环配制寿命提高304精密仪器V型导轨45钢较原来渗碳工艺减少工序，变形极小，成品率高6.1.2 激光表面处理工艺2. 激光表面熔凝处理：激光表面熔凝处理：利用能量密度很高的激光束在金利用能量密度很

12、高的激光束在金属表面连续扫描，使之迅速形成一层非常薄的熔化层，属表面连续扫描，使之迅速形成一层非常薄的熔化层，并且利用基体的吸热作用使熔池中的金属液以极高的速并且利用基体的吸热作用使熔池中的金属液以极高的速度冷却、凝固，从而使金属表面产生特殊的微观组织结度冷却、凝固，从而使金属表面产生特殊的微观组织结构的一种表面改性技术。构的一种表面改性技术。细化铸造晶粒细化铸造晶粒过饱和固溶体过饱和固溶体减少偏析减少偏析非晶体非晶体改变表层结构改变表层结构6.1.2 激光表面处理工艺激光熔化淬火处理后的激光熔化淬火处理后的ZL101及的晶粒尺寸仅为原来的及的晶粒尺寸仅为原来的1/10，硬度可提高，硬度可提高

13、30%左右。左右。AA390铝合金，处理前合金组织中镶有铝合金，处理前合金组织中镶有60m大的大的Si颗颗粒，处理后硅的颗粒变为粒，处理后硅的颗粒变为14m。铸造合金一般都存在着氧化物、硫化物等夹杂和疏松，铸造合金一般都存在着氧化物、硫化物等夹杂和疏松，用激光把表面重熔就可以把杂质、气孔、化合物释放出用激光把表面重熔就可以把杂质、气孔、化合物释放出来，同时把表面层细化。来，同时把表面层细化。6.1.2 激光表面处理工艺 为了提高灰铸铁及球墨铸铁的耐磨性，采为了提高灰铸铁及球墨铸铁的耐磨性，采用激光加热表面熔化结晶处理使其表面白用激光加热表面熔化结晶处理使其表面白口化，可显著提高耐磨性，这种处理

14、方法在口化，可显著提高耐磨性，这种处理方法在生产上使用较多。如采用二氧化碳激光器对生产上使用较多。如采用二氧化碳激光器对铬钼合金铸铁活塞环进行熔化一结晶处理，铬钼合金铸铁活塞环进行熔化一结晶处理，可获得由细小碳化物与隐晶马氏体所组成的可获得由细小碳化物与隐晶马氏体所组成的极细莱氏体。莱氏体的硬化层深度为极细莱氏体。莱氏体的硬化层深度为0.100.20mm，硬度为，硬度为10002000HV。6.1.2 激光表面处理工艺 通过快磨试验、汽车台架试验与装车通过快磨试验、汽车台架试验与装车考核试验证明，活塞环的磨损量减少，考核试验证明，活塞环的磨损量减少，使用寿命提高。使用寿命提高。 采用激光加热表

15、面熔化采用激光加热表面熔化-结晶处理灰结晶处理灰铸铁，在白口区硬度达到铸铁，在白口区硬度达到10701210HV。美国阿尔科公司利用这种方。美国阿尔科公司利用这种方法处理灰铸铁的凸轮轴等零件，表面形法处理灰铸铁的凸轮轴等零件，表面形成莱氏体组织，硬度为成莱氏体组织，硬度为5254HRC。6.1.2 激光表面处理工艺 与表面淬火相比，显著地提高了耐磨性和与表面淬火相比，显著地提高了耐磨性和抗蚀性，缩短了热处理时间，保证了产品质抗蚀性，缩短了热处理时间，保证了产品质量。印刷邮票用的辊式打孔器，辊外径为量。印刷邮票用的辊式打孔器，辊外径为 365mm，长，长 645mm，壁厚，壁厚9.7mm；辊筒材

16、；辊筒材料为料为50钢。辊面上需使用程控钻床打出钢。辊面上需使用程控钻床打出2.5万万个个0.98mm的孔。过去因打孔器技术没过关，的孔。过去因打孔器技术没过关，以致不能满足需要。我国现已采用激光处理的以致不能满足需要。我国现已采用激光处理的办法使孔刃部达办法使孔刃部达60HRC以上，攻克了这一难以上，攻克了这一难题。题。 6.1.2 激光表面处理工艺非晶态金属具有较高的强韧性及非常好的抗腐蚀性和抗非晶态金属具有较高的强韧性及非常好的抗腐蚀性和抗磨损性能。磨损性能。激光扫描处理激光扫描处理FePSi合金得到的非晶态硬化层的硬合金得到的非晶态硬化层的硬度是基体硬度的度是基体硬度的56倍。倍。航空

17、发动机涡轮盘表面形成一非晶态层，使其重量减少航空发动机涡轮盘表面形成一非晶态层，使其重量减少50%。6.1.2 激光表面处理工艺 激光非晶化就是用激光的手段在金属表面激光非晶化就是用激光的手段在金属表面上制得非晶层的技术，有有时称之为激光上上制得非晶层的技术，有有时称之为激光上釉，是非晶态金属获得的一个重要手段。釉，是非晶态金属获得的一个重要手段。 采用激光扫描处理采用激光扫描处理FePSi合金得到的合金得到的非晶态硬化层的硬度为非晶态硬化层的硬度为13001500HV，是，是基体硬度的基体硬度的56倍。目前国内外对激光非晶倍。目前国内外对激光非晶态处理给予极大的关注，认为它是制作非晶态处理给

18、予极大的关注，认为它是制作非晶态合金的一种很有前途的技术。态合金的一种很有前途的技术。 6.1.2 激光表面处理工艺 激光非晶体的应用正在开发中。美国工激光非晶体的应用正在开发中。美国工艺研究中心采用此工艺在航空发动机涡轮艺研究中心采用此工艺在航空发动机涡轮盘表面形成一非晶态层，使其重量减少盘表面形成一非晶态层，使其重量减少50%。该工艺已应用于生产。该工艺已应用于生产F15型战斗机型战斗机用的用的F100型发动机上。型发动机上。 6.1.2 激光表面处理工艺3. 激光表面合金化：激光表面合金化：利用激光束使合金涂层与基体金属利用激光束使合金涂层与基体金属表面混合熔化，在很短的时间内，形成不同

19、化学成分和表面混合熔化，在很短的时间内，形成不同化学成分和结构的表面合金。可获得理想合金或亚稳态合金。结构的表面合金。可获得理想合金或亚稳态合金。区域合金化区域合金化有效利用能量有效利用能量精确控制密度和深度精确控制密度和深度不规则零件合金不规则零件合金6.1.2 激光表面处理工艺 激光合金化是表面改性处理的新方法，特别适用于工激光合金化是表面改性处理的新方法，特别适用于工件的重要部位的处理，这样既改善了工件的使用寿命，件的重要部位的处理，这样既改善了工件的使用寿命，又可简化工艺和节约昂贵的整体合金。激光表面合金化又可简化工艺和节约昂贵的整体合金。激光表面合金化的基本目的也是为了提高表面的耐磨

20、、耐蚀性等性能。的基本目的也是为了提高表面的耐磨、耐蚀性等性能。（1）铁基系）铁基系 在某些情况下，钢中加入在某些情况下，钢中加入Cr，Ni，Mo等贵重等贵重元素不是为了提高整体强度，而是为了防止环境元素不是为了提高整体强度，而是为了防止环境对表面的损伤，此时采用表面合金化可使成本大对表面的损伤，此时采用表面合金化可使成本大大降低。例如，用大降低。例如，用70%Cr30%Ni的金属粉末对的金属粉末对一般碳钢进行激光表面合金化，表面可获得一般碳钢进行激光表面合金化，表面可获得29%Cr-13%Ni的合金，该合金在的合金，该合金在1mol/L H2SO4中的极化曲线与中的极化曲线与18-8不锈钢的

21、极化曲线相似，有不锈钢的极化曲线相似，有几乎一样的钝化能力，即具有相同的耐蚀性。几乎一样的钝化能力，即具有相同的耐蚀性。 6.1.2 激光表面处理工艺（2）有色金属系）有色金属系 在铝合金中加入合金元素的激光表面合在铝合金中加入合金元素的激光表面合金化有大量的研究。例如以金化有大量的研究。例如以Si合金化可达合金化可达到的硬度是到的硬度是200HV，以，以Cu合金化可达合金化可达300HV，以，以Fe合金化可达合金化可达300500HV， 6.1.2 激光表面处理工艺（3）金属硅化物）金属硅化物 激光表面合金化另外一个应用领域是制作硅上激光表面合金化另外一个应用领域是制作硅上面的金属触点。面的

22、金属触点。1978年年 Poate等人用双频激光辐等人用双频激光辐照，把照，把Pt，Pd和和Ni膜合金化到膜合金化到Si中，试样表面被中，试样表面被熔化并在横向产生非常均匀的合金层，其平均成熔化并在横向产生非常均匀的合金层，其平均成分可通过改变膜厚和激光功率在一定的范围内变分可通过改变膜厚和激光功率在一定的范围内变化。用连续波激光加热固体有可能形成单相硅化化。用连续波激光加热固体有可能形成单相硅化物。物。 6.1.2 激光表面处理工艺4. 激光表面熔覆：激光表面熔覆：在金属基体表面上预涂一层金属、合在金属基体表面上预涂一层金属、合金或陶瓷粉末，在进行激光重熔时，使添加层熔化并使金或陶瓷粉末，在

23、进行激光重熔时，使添加层熔化并使基体表面层微熔，从而得到一外加的熔覆层。基体表面层微熔，从而得到一外加的熔覆层。6.1.2 激光表面处理工艺 与表面合金化的不同在于母材微熔而添加物全与表面合金化的不同在于母材微熔而添加物全熔，这样一来避免了熔化基体对添加层的稀释，熔，这样一来避免了熔化基体对添加层的稀释，可获得具有原来特性和功能的强化层。可获得具有原来特性和功能的强化层。 激光表面熔覆于激光表面熔覆于1981年被成功地应用于大型喷年被成功地应用于大型喷气客机涡轮叶片发动机的高压透平叶片护罩后，气客机涡轮叶片发动机的高压透平叶片护罩后，引起了重视，目前已经成为国内外激光表面改性引起了重视，目前已

24、经成为国内外激光表面改性研究的热点。研究的热点。6.1.2 激光表面处理工艺 1激光包覆激光包覆 激光包覆工艺是继激光淬火之后，第二激光包覆工艺是继激光淬火之后，第二个在工业中获得应用的一种激光表面改性个在工业中获得应用的一种激光表面改性技术。激光包覆适用于易磨损、腐蚀和受技术。激光包覆适用于易磨损、腐蚀和受冲击的零件，无论是在包覆展质量还是在冲击的零件，无论是在包覆展质量还是在工艺性和经济性方面均优于传统的堆焊和工艺性和经济性方面均优于传统的堆焊和热喷涂工艺，其工业应用前景广阔。热喷涂工艺，其工业应用前景广阔。6.1.2 激光表面处理工艺 1激光包覆激光包覆 激光包覆是选择硬度高、耐磨、耐蚀

25、和激光包覆是选择硬度高、耐磨、耐蚀和抗疲劳性能好的材料包覆工件表面，然后抗疲劳性能好的材料包覆工件表面，然后用大功率激光束扫描，将包覆材料熔化到用大功率激光束扫描，将包覆材料熔化到基体表面，形成包覆层。激光包覆具有粘基体表面，形成包覆层。激光包覆具有粘结牢靠，包覆层厚度容易控制，操作简单结牢靠，包覆层厚度容易控制，操作简单和加工周期短等优点。和加工周期短等优点。 6.1.2 激光表面处理工艺 1激光包覆激光包覆 英国已采用计算机控制的激光包覆工艺英国已采用计算机控制的激光包覆工艺取代手工氩弧堆焊工艺，在发动机涡轮叶取代手工氩弧堆焊工艺，在发动机涡轮叶片上包覆钴基合金，可得到无气孔、无裂片上包覆

26、钴基合金，可得到无气孔、无裂纹的高性能包覆层，工效提高纹的高性能包覆层，工效提高11倍，成本倍，成本降低降低80%，钴基合金的消耗量减少，钴基合金的消耗量减少50%。另外，在制造电接触器时，用激光包覆工另外，在制造电接触器时，用激光包覆工艺取代化学涂覆工艺，在铜基体上包覆银艺取代化学涂覆工艺，在铜基体上包覆银层，可大大提高生产率和降低成本消耗。层，可大大提高生产率和降低成本消耗。 6.1.2 激光表面处理工艺 2陶瓷层激光涂覆陶瓷层激光涂覆 火焰喷涂和等离子喷涂等热喷涂的方法广泛用火焰喷涂和等离子喷涂等热喷涂的方法广泛用来进行陶瓷涂覆。但所有这些方法都不能令人满来进行陶瓷涂覆。但所有这些方法都

27、不能令人满意。因为它们获得的涂层含有过多的气孔、熔渣意。因为它们获得的涂层含有过多的气孔、熔渣夹杂和微观裂纹，而且涂层结合强度低，易脱落。夹杂和微观裂纹，而且涂层结合强度低，易脱落。这会导致高温时由于内部硫化、剥落、机械应变这会导致高温时由于内部硫化、剥落、机械应变降低、坑蚀、渗盐和渗氧而使涂层早期变质和破降低、坑蚀、渗盐和渗氧而使涂层早期变质和破坏。使用激光进行陶瓷涂覆，即可避免产生上述坏。使用激光进行陶瓷涂覆，即可避免产生上述缺陷，提高涂层质量，延长使用寿命。缺陷，提高涂层质量，延长使用寿命。 6.1.2 激光表面处理工艺应用实例：应用实例： 宽带激光熔覆宽带激光熔覆Ni-WC复合涂层复合

28、涂层1、熔覆材料体系：基材为、熔覆材料体系：基材为38CrMoAl，涂，涂层材料为层材料为Ni60B+25vol.%WC复合熔覆粉末。复合熔覆粉末。2、工艺：激光输出功率为、工艺：激光输出功率为2.2kw，扫描速，扫描速度为度为3mm/min，送粉率为，送粉率为9g/min，光斑尺，光斑尺寸为寸为15mm1.5mm。 6.1.2 激光表面处理工艺应用实例：应用实例： 宽带激光熔覆宽带激光熔覆Ni-WC复合涂层复合涂层1、熔覆材料体系：基材为、熔覆材料体系：基材为38CrMoAl，涂，涂层材料为层材料为Ni60B+25vol.%WC复合熔覆粉末。复合熔覆粉末。2、工艺：激光输出功率为、工艺：激光

29、输出功率为2.2kw，扫描速，扫描速度为度为3mm/min，送粉率为，送粉率为9g/min，光斑尺，光斑尺寸为寸为15mm1.5mm。 6.1.2 激光表面处理工艺应用实例：应用实例： 宽带激光熔覆宽带激光熔覆Ni-WC复合涂层复合涂层3、效果：复合涂层熔覆区主要是由、效果：复合涂层熔覆区主要是由g -Ni、WC、W2C、M23C6及及M7C3 所组成；涂层所组成；涂层厚度为厚度为1mm；稀释度为；稀释度为7%；涂层合金最高；涂层合金最高硬度为硬度为900HV0.1。4、应用范围：、应用范围：a)轴件修复；轴件修复；b)新产品，以提高使新产品，以提高使用寿命。用寿命。6.1.2 激光表面处理工

30、艺3有色金属激光涂履有色金属激光涂履 激光表面涂覆可以从根本上改善工件的表面激光表面涂覆可以从根本上改善工件的表面性能，很少受基体材料的限制。这对于表面耐性能，很少受基体材料的限制。这对于表面耐磨、耐蚀和抗疲劳性都很差的铝合金来说尤为磨、耐蚀和抗疲劳性都很差的铝合金来说尤为重要。但是，有色金属特别是铝合金表面实现重要。但是，有色金属特别是铝合金表面实现激光涂覆比钢铁材料困难得多。铝合金与涂覆激光涂覆比钢铁材料困难得多。铝合金与涂覆材料的熔点相差很大，而且铝合金表面存在高材料的熔点相差很大，而且铝合金表面存在高熔点、高表面张力、高致密度的熔点、高表面张力、高致密度的Al2O3氧化膜，氧化膜，所以

31、，涂层易脱落、开裂、产生气孔或与铝合所以，涂层易脱落、开裂、产生气孔或与铝合金混合生成新合金，难以获得合格的涂层。金混合生成新合金，难以获得合格的涂层。6.1.2 激光表面处理工艺3有色金属激光涂履有色金属激光涂履 研究表明，避免涂层开裂的简单方法是工件研究表明，避免涂层开裂的简单方法是工件预热。一般铝合金预热温度为预热。一般铝合金预热温度为300500；钛合金预热温度为钛合金预热温度为400700。国内对。国内对ZL101铝合金发动机缸体内壁进行激光涂覆硅铝合金发动机缸体内壁进行激光涂覆硅粉和粉和MoS2，获得，获得 0.1mm0.2mm的硬化层，的硬化层，其硬度可达基体的其硬度可达基体的3

32、.5倍。铝合金的激光熔覆倍。铝合金的激光熔覆已在国外获得应用。已在国外获得应用。 6.1.2 激光表面处理工艺5. 激光表面冲击硬化：激光表面冲击硬化：以以 高功率密度的脉冲激光在极短高功率密度的脉冲激光在极短的时间内照射金属表面，使表面金属剧烈气化，产生了的时间内照射金属表面，使表面金属剧烈气化，产生了强的机械冲击波和应力波，使材料表面硬化。强的机械冲击波和应力波，使材料表面硬化。6.1.2 激光表面处理工艺 激光冲击硬化是正在开发的一种材料表面改性技术，激光冲击硬化是正在开发的一种材料表面改性技术，它不仅可以大大提高材料的强度和硬度，而且能有效提它不仅可以大大提高材料的强度和硬度，而且能有

33、效提高钢、铝、钛等合金的抗疲劳性能。高钢、铝、钛等合金的抗疲劳性能。 由于冲击波持续的时间短，因而产生的变形很小，由于冲击波持续的时间短，因而产生的变形很小，适于处理成品零件。如果用激光冲击硬化处理齿轮和适于处理成品零件。如果用激光冲击硬化处理齿轮和轴承等精加工的工作面，就可以阻止处理部位裂纹的轴承等精加工的工作面，就可以阻止处理部位裂纹的扩展。扩展。 因此，激光冲击硬化对提高材料的安全性、可靠性因此，激光冲击硬化对提高材料的安全性、可靠性和使用寿命具有重要意义。和使用寿命具有重要意义。 各种材料经过激光表面改性处理以后，可以得到硬各种材料经过激光表面改性处理以后，可以得到硬度很高、晶粒和组织

34、很细的强化层，它与基体的结合度很高、晶粒和组织很细的强化层，它与基体的结合属于紧密的冶金结合。属于紧密的冶金结合。 虽然在大多数情况下不经回火而直接装配使用，却虽然在大多数情况下不经回火而直接装配使用，却并不表现出脆性，具有优良的性能。并不表现出脆性，具有优良的性能。6.1.2 激光表面处理工艺 用激光冲击波对飞机结构中的紧固件进行用激光冲击波对飞机结构中的紧固件进行处理，其紧固件的高频疲劳寿命，处理后比处理，其紧固件的高频疲劳寿命，处理后比处理前要延长处理前要延长100倍，这对提高飞机的性能起倍，这对提高飞机的性能起着决定性的作用。另外，用激光照射铝合金着决定性的作用。另外，用激光照射铝合金

35、表面，由于冲击硬化，铝合金构件的疲劳寿表面，由于冲击硬化，铝合金构件的疲劳寿命和焊缝强度得到显著改善。命和焊缝强度得到显著改善。 6.1.2 激光表面处理工艺各种材料经过激光表面改性处理以后，可各种材料经过激光表面改性处理以后，可以得到硬度很高、晶粒和组织很细的强化以得到硬度很高、晶粒和组织很细的强化层，它与基体的结合属于紧密的冶金结合。层，它与基体的结合属于紧密的冶金结合。虽然在大多数情况下不经回火而直接装配使虽然在大多数情况下不经回火而直接装配使用，却并不表现出脆性，具有优良的性能。用，却并不表现出脆性，具有优良的性能。 激光表面改性对性能的影响激光表面改性对性能的影响一、力学性能一、力学

36、性能1硬度硬度比感应热处理的硬度略高比感应热处理的硬度略高T12钢：钢：1050HVT8钢：钢：980HV45钢：钢：780HV，W19Cr4V高速钢：高速钢：10001100HV。原因：马氏体产生变形，马氏体的细化、残原因：马氏体产生变形，马氏体的细化、残余奥氏体的数量减少和存在碳化物等因素有余奥氏体的数量减少和存在碳化物等因素有关。关。激光表面改性对性能的影响激光表面改性对性能的影响2疲劳性能疲劳性能对对15MnVN，25CrMnSi等等低低含含碳碳量量的的钢钢进进行行激激光光相相变变强强化化，疲疲劳劳寿寿命命有有较较大大幅幅度度的的提提高。高。3耐磨性能耐磨性能利利用用各各种种激激光光表

37、表面面强强化化方方法法对对钢钢进进行行强强化，提高耐磨性能的效果是很显著的。化，提高耐磨性能的效果是很显著的。灰口铸铁、球墨铸铁等材料，经过激光表灰口铸铁、球墨铸铁等材料，经过激光表面强化以后，提高耐磨性的效果也是显著面强化以后，提高耐磨性的效果也是显著的。的。 激光表面改性对性能的影响激光表面改性对性能的影响二、残余应力二、残余应力对钢进行激光表面强化以后，能够造成表对钢进行激光表面强化以后，能够造成表面残余压应力，到一定深度后，残余应力的面残余压应力，到一定深度后，残余应力的性质转变为拉应力。例如，对性质转变为拉应力。例如，对42CrMo钢用钢用152W激光互搭扫描后，表面残余压应力可达激

38、光互搭扫描后，表面残余压应力可达19.668.6MPa，到，到0.1mm深度后转变为残余深度后转变为残余拉应力，达到拉应力，达到176.5323.6MPa左右。表面残左右。表面残余压应力的存在，有利于提高钢的疲劳强余压应力的存在，有利于提高钢的疲劳强度，推迟钢铁零件在工作过程中裂纹的萌生度，推迟钢铁零件在工作过程中裂纹的萌生和发展。和发展。 激光表面改性对性能的影响激光表面改性对性能的影响激光电镀：激光可以提高金属的沉积速度，同等面积可激光电镀：激光可以提高金属的沉积速度，同等面积可使金属的电沉积速度提高三个数量级以上。使金属的电沉积速度提高三个数量级以上。温度升高，搅拌温度升高，搅拌作用！作

39、用！6.1.2 激光表面处理工艺激光气相沉积激光气相沉积激光气相沉积是以激光束作为热源在金激光气相沉积是以激光束作为热源在金属表面形成金属膜，通过控制激光的工艺属表面形成金属膜，通过控制激光的工艺参数可精确控制膜的形成。目前已用这种参数可精确控制膜的形成。目前已用这种方法进行了形成镍、铝、铬等金属膜的试方法进行了形成镍、铝、铬等金属膜的试验，所形成的膜非常洁净。用激光气相沉验，所形成的膜非常洁净。用激光气相沉积可以在低级材料上涂覆与基体完全不同积可以在低级材料上涂覆与基体完全不同的具有各种功能的金属或陶瓷，这种方法的具有各种功能的金属或陶瓷，这种方法节省资源效果明显，受到人们的关注。节省资源效

40、果明显，受到人们的关注。 6.1.2 激光表面处理工艺激光化学气相沉积激光化学气相沉积是将激光照射至是将激光照射至TiCl4H2CO2，或或TiCl4CH4的的混混合合气气体体中中，由由于于激激光光的的热热分分解解作作用用，在在基基体体上上沉沉积积出出TiO2或或TiC膜膜层层。激激光光化化学学气气相相沉沉积积法法是是半半导导体体产产业业的的一一种种新新型型激激光光技技术术，采采取取此此法法可可进进行行空空间间选选择择的的光光辐辐射射，在在照照射射区区成成膜膜，只只需需一一道道工工序序就就可可同同时时进进行行成成膜膜和和图图案案的的制制作作，使使器器件件满满足足用用户户的的要要求求，这这是是半

41、半导导体体工工业业的的一一次次性性革革命命开开拓拓，利利用用此此法法可可制制作作金金属属、半半导导体体、电电介介质质等等薄膜。薄膜。 6.1.2 激光表面处理工艺激光物理气相沉积激光物理气相沉积是利用激光照射并使陶是利用激光照射并使陶瓷材料瞬间蒸发，然后沉积到基体材料表面瓷材料瞬间蒸发，然后沉积到基体材料表面上，以形成各种陶瓷层，例如，上，以形成各种陶瓷层，例如，TiN、WC、SiN4、BN、SiAlON陶瓷层等。陶瓷层等。这种方法可以实现高性能和小型化的机械这种方法可以实现高性能和小型化的机械零件（如轴承、滑动零件）高精度和高寿命零件（如轴承、滑动零件）高精度和高寿命的要求，陶瓷层的耐磨性和

42、自润滑性能优的要求，陶瓷层的耐磨性和自润滑性能优良。良。 6.1.2 激光表面处理工艺6.2电子束表面改性技术电子束表面改性技术电子束表面改性技术与激光技术一样，电子束表面改性技术与激光技术一样，都是近年来迅速发展起来的表面处理新都是近年来迅速发展起来的表面处理新技术，它具有节约能源、防止环境污染、技术，它具有节约能源、防止环境污染、提高生产率和提高产品质量等优点，已在提高生产率和提高产品质量等优点，已在各发达国家得到广泛应用。各发达国家得到广泛应用。 第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.2.1电子束技术概述电子束技术概述电子束是一束集中的高速电子。电子束是一束集中的高速电子。它的速

43、度取决于加速电压的高低，可达到它的速度取决于加速电压的高低，可达到光速的光速的23左右。左右。具有高的功率和功率密度的电子束撞击材具有高的功率和功率密度的电子束撞击材料表面，可使能量沉积在材料的亚表层区料表面，可使能量沉积在材料的亚表层区域，并可形成亚稳金属合金。域，并可形成亚稳金属合金。可在几分之一秒甚至千分之一秒把金属材可在几分之一秒甚至千分之一秒把金属材料由室温加热至奥氏体转变温度或熔化温度。料由室温加热至奥氏体转变温度或熔化温度。 第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.2.2电子束表面改性的特点电子束表面改性的特点（1）电子束淬火处理在真空中进行，减少了）电子束淬火处理在真空中

44、进行，减少了氧化、氮化的影响，可得到纯净、质量很好氧化、氮化的影响，可得到纯净、质量很好的表面处理层。的表面处理层。（2）电子束加热能量的转换率为）电子束加热能量的转换率为80%90%，能量利用率非常高。并且可以局部淬火，能量利用率非常高。并且可以局部淬火和表面合金化，避免了整体加热，所以应用电和表面合金化，避免了整体加热，所以应用电子束可以大大节约能源，属节能型表面改性子束可以大大节约能源，属节能型表面改性法。法。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.2.2电子束表面改性的特点电子束表面改性的特点（3）电子束淬火时靠金属基体自行冷却淬）电子束淬火时靠金属基体自行冷却淬火介质，一般也不

45、需要特别的冷却装置。火介质，一般也不需要特别的冷却装置。（4）由于能量集中、热作用点小，在加热）由于能量集中、热作用点小，在加热时形成的热应力小；由于硬化层浅，组织时形成的热应力小；由于硬化层浅，组织应力也小，所以零件变形小。应力也小，所以零件变形小。（5）在进行表面合金化时，能在极短的）在进行表面合金化时，能在极短的时间内达到一般渗金属几小时或几十小时时间内达到一般渗金属几小时或几十小时的渗层效果。的渗层效果。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.2.2电子束表面改性的特点电子束表面改性的特点（6）电子束加热可以用于各种钢种和铸）电子束加热可以用于各种钢种和铸铁的表面硬化以及表面合金

46、化，也适用形铁的表面硬化以及表面合金化，也适用形状复杂的零件的处理，所以用途较为广状复杂的零件的处理，所以用途较为广泛。泛。（7）电子束功率等参数可以控制，因此，）电子束功率等参数可以控制，因此，表面改性的位置、深度等工艺和性能指标表面改性的位置、深度等工艺和性能指标也能严格控制。也能严格控制。 第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.2.2电子束表面改性方法电子束表面改性方法一、电子束表面相变强化一、电子束表面相变强化在加热时，电子束以很高的速度轰击金属在加热时，电子束以很高的速度轰击金属表面，电子与金属材料中的原子相碰撞，给表面，电子与金属材料中的原子相碰撞，给原子以能量，使金属表面

47、温度迅速升高。由原子以能量，使金属表面温度迅速升高。由于电子束能量密度高，作用于金属表面的能于电子束能量密度高，作用于金属表面的能量集中，故而温度梯度很大，当表面达到相量集中，故而温度梯度很大，当表面达到相变点以上温度时，基体金属仍保持冷态。变点以上温度时，基体金属仍保持冷态。实现金属表面实现金属表面“自淬火自淬火”。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.2.2电子束表面改性方法电子束表面改性方法一、电子束表面相变强化一、电子束表面相变强化获得一种超细晶粒组织。这是电子束快速获得一种超细晶粒组织。这是电子束快速加热的最大特点。加热的最大特点。淬硬层组织的致密性很好，有较高的耐腐淬硬层组

48、织的致密性很好，有较高的耐腐蚀性能。蚀性能。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术二、电子束表面合金化二、电子束表面合金化将具有特殊性能的合金元素粉末涂覆在金将具有特殊性能的合金元素粉末涂覆在金属表面上，然后用电子束加热熔化，或在电属表面上，然后用电子束加热熔化，或在电子束作用的同时加入所需合金粉末使其熔融子束作用的同时加入所需合金粉末使其熔融在工件表面上，使零件表面形成一层很薄的在工件表面上，使零件表面形成一层很薄的具有良好性能的合金表面层，从而使金属表具有良好性能的合金表面层，从而使金属表面能获得很好的耐磨、耐腐蚀及耐热的性面能获得很好的耐磨、耐腐蚀及耐热的性能。能。第六章第六章 表面

49、改性新技术表面改性新技术二、电子束表面合金化二、电子束表面合金化用电子束快速加热进行表面合金化处理，用电子束快速加热进行表面合金化处理，尽管时间很短，但仍完成了液体金属的混合尽管时间很短，但仍完成了液体金属的混合和合金元素的扩散并重新分布的过程，从而和合金元素的扩散并重新分布的过程，从而获得了满意的表面合金化结构与硬度。获得了满意的表面合金化结构与硬度。 第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术三、电子束表面非晶化三、电子束表面非晶化电子束表面非晶化处理与激光表面非晶化电子束表面非晶化处理与激光表面非晶化处理相似，只是所用的热源不同而已。利用处理相似，只是所用的热源不同而已。利用聚焦的电子束

50、所特有的高功率密度以及作用聚焦的电子束所特有的高功率密度以及作用时间短等特点，可在表面的下层受热最小的时间短等特点，可在表面的下层受热最小的情况下，使材料的表面熔化形成小液池，这情况下，使材料的表面熔化形成小液池，这样便能获得极快的冷却速度。样便能获得极快的冷却速度。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术三、电子束表面非晶化三、电子束表面非晶化如在表层熔化如在表层熔化0.025mm深度时，可获得深度时，可获得106S的冷却速度。由于快速凝固细化显的冷却速度。由于快速凝固细化显微组织，可获得致密性极好的非晶态层，这微组织，可获得致密性极好的非晶态层，这种非晶态组织具有很高抗腐蚀与抗疲劳的性种

51、非晶态组织具有很高抗腐蚀与抗疲劳的性能。能。 第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术四、电子束表面重熔四、电子束表面重熔利用电子束轰击工件表面使表面产生局部利用电子束轰击工件表面使表面产生局部熔化并快速凝固，从而细化组织，达到硬度熔化并快速凝固，从而细化组织，达到硬度和韧性的最佳配合。和韧性的最佳配合。对某些合金，电子束重熔可使各组成相间对某些合金，电子束重熔可使各组成相间的化学元素重新分布，降低某些元素的显微的化学元素重新分布，降低某些元素的显微偏析程度，改善工件表面的性能。偏析程度，改善工件表面的性能。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术四、电子束表面重熔四、电子束表面重熔目前，

52、电子束重熔主要用于工模具的表面目前，电子束重熔主要用于工模具的表面处理上，以便在保持或改善工模具韧性的同处理上，以便在保持或改善工模具韧性的同时，提高工模具的表面强度、耐磨性和热稳时，提高工模具的表面强度、耐磨性和热稳定性。定性。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术五、电子束表面熔覆五、电子束表面熔覆利用电子束熔覆处理技术时，向熔化区添利用电子束熔覆处理技术时，向熔化区添加合金元素，在材料表面产生一些覆盖层，加合金元素，在材料表面产生一些覆盖层，像一些薄的银箔、金箔等薄片、金属丝或者像一些薄的银箔、金箔等薄片、金属丝或者像电沉积层一样，在熔化区可得到所希望的像电沉积层一样，在熔化区可得到

53、所希望的化学成分的覆盖层。化学成分的覆盖层。 第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.2.3电子束表面改性技术的应用电子束表面改性技术的应用从从当当前前电电子子束束表表面面热热改改性性技技术术的的应应用用现现状状来来看看，基基本本上上仍仍是是以以钢钢和和铸铸铁铁的的电电子子束束淬淬火火为为主。主。例例如如在在汽汽车车用用的的转转缸缸式式发发动动机机中中振振动动最最厉厉害害的顶部密封件的制造，就采用了电子束熔融处的顶部密封件的制造，就采用了电子束熔融处理技术。理技术。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.2.3电子束表面改性技术的应用电子束表面改性技术的应用该该 密密 封封 件件

54、是是 有有 贝贝 氏氏 体体 组组 织织 的的 铸铸 铁铁 材材 料料 ，不不仅仅要要求求具具有有一一定定的的强强度度和和韧韧性性，还还要要使使其其侧侧面面和和端端面面具具有有抗抗磨磨性性，因因为为它它工工作作时时其其密密封封面面是是在在镀镀硬硬铬铬的的次次摆摆线线面面上上滑滑动动。把把这这个个密密封封面面用用电电子子束束熔熔化化约约3mm深深，由由于于速速冷冷，可可得得到到比比任任何何铸铸件件都细的渗碳体组织。都细的渗碳体组织。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.2.3电子束表面改性技术的应用电子束表面改性技术的应用电子束表面淬火的工件主要有电子束表面淬火的工件主要有型零件型零件，

55、如滑，如滑槽的凸缘，导轨的轨道底板，机床紧固装置上的槽的凸缘，导轨的轨道底板，机床紧固装置上的导向平面和台板等；导向平面和台板等；周边要进行淬硬的周边要进行淬硬的旋转对称部件旋转对称部件，例如套筒、，例如套筒、转动轴、心轴等；锥形外表面或内表面要淬硬的转动轴、心轴等；锥形外表面或内表面要淬硬的旋转对称部件，例如阀门、锥齿轮等；旋转对称部件，例如阀门、锥齿轮等；第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术5.2.3电子束表面改性技术的应用电子束表面改性技术的应用几何形状和几何形状和外观规则或不规则的特殊零件外观规则或不规则的特殊零件，如，如凸轮盘、连接元件、正齿轮圈等；凸轮盘、连接元件、正齿轮圈等

56、；端面淬火的端面淬火的旋转对称件旋转对称件，如导向圈和推力环，如导向圈和推力环等；工具或其它零件，如冲压冲头、挤压模块、等；工具或其它零件，如冲压冲头、挤压模块、锻造模块、叶片、刀片等。锻造模块、叶片、刀片等。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术材料表面热扩渗处理是将工件放入一定的材料表面热扩渗处理是将工件放入一定的活性介质活性介质中，使中，使金属元素或非金属元素金属元素或非金属元素扩散到扩散到工件表层中，改变表层工件表层中，改变表层化学成分化学成分，可得到一，可得到一扩扩散合金层散合金层，有时表面上还会，有时表面上还会形成化合物层形成化合物层，

57、从，从而获得所需的组织和性能。该技术的突出特点而获得所需的组织和性能。该技术的突出特点是表面强化层的形成主要依靠加热扩散的作是表面强化层的形成主要依靠加热扩散的作用，渗层与金属基体的结合是用，渗层与金属基体的结合是冶金结合冶金结合，它，它们之间无明显的分界面，它们的成分、组织和们之间无明显的分界面，它们的成分、组织和性能是逐渐变化的。性能是逐渐变化的。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术按按接触介质接触介质划分有划分有固体法固体法、液体法液体法、气体法气体法和和等离子法等离子法。按渗入元素的种类进行分类，渗碳、渗氮、按渗入元素的种类进行分类，渗碳、渗氮、如渗硼、氮碳共渗、硼铝共渗等。如渗

58、硼、氮碳共渗、硼铝共渗等。1固体法固体法1）粉末法）粉末法粉末法是固体法中最普通的方法，历史最为粉末法是固体法中最普通的方法，历史最为悠久，至今世界各国仍以此法应用最多。悠久，至今世界各国仍以此法应用最多。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术这种方法的早期应用是把工件埋入装有这种方法的早期应用是把工件埋入装有渗层渗层金属粉末金属粉末的容器里进行加热扩散，但由于烧结的容器里进行加热扩散，但由于烧结使得表面难以清理，后来便进行了改进，在粉使得表面难以清理，后来便进行了改进，在粉末中加入了防粘结粉末（如末中加入了防粘结粉末（如Al2O3）和活化剂）和活化剂（助渗剂）。活化剂一般为卤化物，如（助

59、渗剂）。活化剂一般为卤化物，如NH4Cl，NH4I等。等。粉末法的优点是设备简单，操作容易，适用粉末法的优点是设备简单，操作容易，适用于形状复杂的工件的渗镀；缺点是效率低，尺于形状复杂的工件的渗镀；缺点是效率低，尺寸受限制，温度高，时间长，基体金属的强度寸受限制，温度高，时间长，基体金属的强度有一定降低。有一定降低。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术2）流化床法）流化床法这种方法与粉末法相似，不同之处是将工件这种方法与粉末法相似，不同之处是将工件放于带有固体渗剂的流化床内，然后加热，同放于带有固体渗剂的流化床内，然后加热，同时通入运载气体（时通入运载气体（H2，Ar），使之与流体粒），

60、使之与流体粒子反应产生欲渗金属的活性原子渗入工件。子反应产生欲渗金属的活性原子渗入工件。优点优点:传热性好传热性好，渗速快渗速快，渗层质量高渗层质量高,有利有利于机械化和自动化于机械化和自动化；缺点缺点:流化床设备装置流化床设备装置成本极高成本极高，运转，运转费用费用大大，因此这种方法尚未推广使用。，因此这种方法尚未推广使用。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术2液体法液体法目目前前世世界界上上采采用用的的较较新新的的液液体体法法热热扩扩渗渗技技术术是是盐盐浴浴法法，其其基基本本原原理理是是在在金金属属盐盐熔熔融融液液体体中中加加入入V、Nb、Cr、Ti、Ta等等铁铁合合金金粉粉末末，然

61、然后后把把含含有有较较高高C，N的的钢钢件件浸浸入入（可可预预先先进进行行渗渗碳碳、氮氮化化或或碳碳氮氮共共渗渗），在在8001250温温度度下下，经经过过0.510h的的时时间间后后；可可在在表表面面上上形形成成一一极极硬硬的的金金属属的的碳碳氮氮化化合合物物薄薄层层，从从而而赋赋予予工件表面高的耐磨性。工件表面高的耐磨性。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术3气体法气体法气渗首先把工件加热到渗剂原子在基体中能气渗首先把工件加热到渗剂原子在基体中能产生显著扩散的温度，然后把含有渗入金属卤产生显著扩散的温度，然后把含有渗入金属卤化物（化物（MCl2）的氢气通入，气体和表面接触）的氢气通入

62、，气体和表面接触时，工件表面的金属和氢本身与时，工件表面的金属和氢本身与MCl2发生反发生反应。应。气体渗的优点是渗层厚度均匀，易控制，对气体渗的优点是渗层厚度均匀，易控制，对异形件和小孔结构的渗镀效果好，且无粉尘，异形件和小孔结构的渗镀效果好，且无粉尘，劳动条件好。劳动条件好。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4等离子法等离子法等离子法是利用物质的第四态等离子法是利用物质的第四态等离子体进等离子体进行渗镀。等离子体是利用低真空下气体辉光放行渗镀。等离子体是利用低真空下气体辉光放电获得的，因为离子活性比原子高，加上电场电获得的，因为离子活性比原子高，加上电场的作用，因此渗速较高，质量较

63、好。但是该法的作用，因此渗速较高，质量较好。但是该法除离子氮化已经成熟，包括渗碳在内的离子渗除离子氮化已经成熟，包括渗碳在内的离子渗金属尚在开发之中。金属尚在开发之中。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1渗硼技术渗硼技术渗硼是将工件置于含硼的介质中，经过加热渗硼是将工件置于含硼的介质中，经过加热和保温，使硼原子渗入其表面，形成硼化物的和保温，使硼原子渗入其表面，形成硼化物的工艺过程。工艺过程。硼原子半径为硼原子半径为0.82，与过渡元素原子半径，与过渡元素原子半径之比大都大于之比大都大于0.59，因而，硼与过渡族元素形，因而，硼与过渡族元素形成的化合物，具有远比正常的间隙相要复杂得

64、成的化合物，具有远比正常的间隙相要复杂得多的晶体结构，如多的晶体结构，如FeB、Fe2B、TiB2、ZrB2等，硬度极大，热稳定性好，几乎比相应的碳等，硬度极大，热稳定性好，几乎比相应的碳化物、氮化物的硬度和热稳定性都要高。化物、氮化物的硬度和热稳定性都要高。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1渗硼技术渗硼技术钢的渗硼层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热钢的渗硼层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热性能均比渗碳层和氨化层高。此外，微量的硼还性能均比渗碳层和氨化层高。此外，微量的硼还能增加钢的淬透性。能增加钢的淬透性。4.1.1渗硼原理渗硼原理在渗硼过程中，含硼介质发生化学反应，生成在渗硼过程

65、中，含硼介质发生化学反应，生成流体含硼组元，流体含硼组元通过邻接金属表面流体含硼组元，流体含硼组元通过邻接金属表面的的“边界层边界层”进行外扩散，扩散到金属表面并被进行外扩散，扩散到金属表面并被吸吸附，然后发生各种界面反应，生成活性硼原子、附，然后发生各种界面反应，生成活性硼原子、活性硼原子由金属界面向纵深迁移，从而形成有活性硼原子由金属界面向纵深迁移，从而形成有一定深度的渗硼层。一定深度的渗硼层。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.1渗硼原理渗硼原理由图由图Fe-B相图可知，在相图可知，在、相中溶解硼相中溶解硼的能力极微，在的能力极微，在1149时，时，相中具有最大溶相中具有最

66、大溶硼量为硼量为0.02%，而溶碳量大于，而溶碳量大于2%，氮的溶解，氮的溶解度更大。随着硼在铁中渗入量的增加，硼与铁度更大。随着硼在铁中渗入量的增加，硼与铁依次形成稳定的化合物依次形成稳定的化合物Fe2B和和FeB，这些铁的，这些铁的硼化物，在高温时也具有较高的稳定性。硼化物，在高温时也具有较高的稳定性。硼在硼在Fe中只能以置换固溶体的形式存中只能以置换固溶体的形式存在，而在在，而在Fe中既可以置换固溶体的形式存中既可以置换固溶体的形式存在，又可以间隙固溶体的形式存在。在，又可以间隙固溶体的形式存在。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.1渗硼原理渗硼原理因置换固溶体形式的扩散比

67、间隙固溶体形式因置换固溶体形式的扩散比间隙固溶体形式困难得多，因此，硼在困难得多，因此，硼在Fe中扩散速度远大中扩散速度远大于硼在于硼在Fe中的扩散速度，因此，渗硼温度中的扩散速度，因此，渗硼温度大多选在钢处于奥氏体状态的温度范围内。大多选在钢处于奥氏体状态的温度范围内。4.1.2渗硼工艺方法渗硼工艺方法渗硼的方法有固体法、液体法和气体法。比渗硼的方法有固体法、液体法和气体法。比较常用的是固体法和液体法。较常用的是固体法和液体法。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.2渗硼工艺方法渗硼工艺方法(1)固体渗硼固体渗硼渗剂：渗剂：供硼剂、活化剂、填充剂组成。供硼剂、活化剂、填充剂组成。

68、供硼剂：供硼剂：提供硼源，它在活化剂的催化作用提供硼源，它在活化剂的催化作用下提供硼原子，硼铁和碳化硼在目前是使用得下提供硼原子，硼铁和碳化硼在目前是使用得较多的供硼剂。较多的供硼剂。活化剂：活化剂：提高渗剂的活性，理想的活化剂不提高渗剂的活性，理想的活化剂不仅可降低渗剂成本，而且可提高渗速，增加渗仅可降低渗剂成本，而且可提高渗速，增加渗层深度，改善渗层组织性能。层深度，改善渗层组织性能。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.2渗硼工艺方法渗硼工艺方法(1)固体渗硼固体渗硼填充剂：填充剂：渗硼介质的分散剂和载体，一般由渗硼介质的分散剂和载体，一般由惰性物质组成。惰性物质组成。三方面

69、的作用：三方面的作用：1）使复合渗剂均匀分布其中，以便工件和渗）使复合渗剂均匀分布其中，以便工件和渗剂均匀接触，使渗剂保持适当的浓度，保证剂均匀接触，使渗剂保持适当的浓度，保证渗层的均匀性；渗层的均匀性；2）产生或保持还原气氛，以保持渗硼件表面）产生或保持还原气氛，以保持渗硼件表面的活性；的活性；3）防止渗剂的烧结，提高渗剂的松散性。）防止渗剂的烧结，提高渗剂的松散性。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.2渗硼工艺方法渗硼工艺方法(1)固体渗硼固体渗硼固体法渗硼又分为粉末渗硼和膏剂渗硼。固体法渗硼又分为粉末渗硼和膏剂渗硼。1)粉末渗硼粉末渗硼粉末渗硼是将工件埋入含硼粉末中装箱密粉

70、末渗硼是将工件埋入含硼粉末中装箱密封，并在箱式或井式电炉中加热保温。它具有封，并在箱式或井式电炉中加热保温。它具有设备简单、清洗容易的优点，适合批量处理。设备简单、清洗容易的优点，适合批量处理。生产上常用的渗硼剂多由硼铁、碳化硼、无水生产上常用的渗硼剂多由硼铁、碳化硼、无水硼砂和适量的氧化铝及卤化物组成。处理温度硼砂和适量的氧化铝及卤化物组成。处理温度在在9001000，时间为，时间为15h。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.2渗硼工艺方法渗硼工艺方法(1)固体渗硼固体渗硼1)粉末渗硼粉末渗硼适当调整渗硼剂的成分可获得耐磨而又不脱适当调整渗硼剂的成分可获得耐磨而又不脱落的落的F

71、eB相表面层。该法质量稳定、操作简相表面层。该法质量稳定、操作简便，已在生产中应用。便，已在生产中应用。2)膏剂渗硼膏剂渗硼在粉末渗硼剂的基础上加入一定量的粘结在粉末渗硼剂的基础上加入一定量的粘结剂，形成膏状渗剂，然后涂在工件表面进行渗剂，形成膏状渗剂，然后涂在工件表面进行渗硼，膏剂渗硼尤其适合大件局部处理。硼，膏剂渗硼尤其适合大件局部处理。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.2渗硼工艺方法渗硼工艺方法(1)固体渗硼固体渗硼2)膏剂渗硼膏剂渗硼在膏剂法渗硼剂中，加入粘结剂的作用是使在膏剂法渗硼剂中，加入粘结剂的作用是使渗剂能涂附于金属表面。常用的粘结剂有甲基渗剂能涂附于金属表面。

72、常用的粘结剂有甲基纤维素、水解硅酸乙酯、松香酒精、可溶性淀纤维素、水解硅酸乙酯、松香酒精、可溶性淀粉、水玻璃加浆糊等。粘结剂的选择对渗硼后粉、水玻璃加浆糊等。粘结剂的选择对渗硼后渗剂的脱落性有重要影响。该法渗层均匀致渗剂的脱落性有重要影响。该法渗层均匀致密，表面质量好。密，表面质量好。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.2渗硼工艺方法渗硼工艺方法(2)液体渗硼液体渗硼液体渗硼包括电解盐浴渗硼和非电解盐浴渗液体渗硼包括电解盐浴渗硼和非电解盐浴渗硼。硼。1）电解盐浴渗硼是日本丰田汽车公司和美国）电解盐浴渗硼是日本丰田汽车公司和美国通用电器公司以及前苏联的一些工厂在生产上已通用电器公司

73、以及前苏联的一些工厂在生产上已经采用的方法。电解时浸在熔融硼砂中的工件作经采用的方法。电解时浸在熔融硼砂中的工件作阴极，容器或石墨棒为阳极进行电解渗硼。电解阴极，容器或石墨棒为阳极进行电解渗硼。电解渗硼速度快、渗剂便宜。渗层深、易调节；但也渗硼速度快、渗剂便宜。渗层深、易调节；但也有渗层欠均匀、坩埚寿命较短等缺点。有渗层欠均匀、坩埚寿命较短等缺点。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.2渗硼工艺方法渗硼工艺方法(2)液体渗硼液体渗硼2）非电解盐浴渗硼是目前国内应用较多的）非电解盐浴渗硼是目前国内应用较多的一种方法，该法是在硼砂和硼酸的混合熔盐中一种方法，该法是在硼砂和硼酸的混合熔盐

74、中加入渗硼剂（如加入渗硼剂（如B4C）进行渗硼。）进行渗硼。4.1.3渗硼层的组织与性能渗硼层的组织与性能渗硼后的渗层组织由表向里依次为渗硼后的渗层组织由表向里依次为FeB、Fe2B、过渡层、心部组织，即由化合物、过、过渡层、心部组织，即由化合物、过渡层和基体组织三部分组成。渡层和基体组织三部分组成。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.3渗硼层的组织与性能渗硼层的组织与性能渗硼层具有如下性能：渗硼层具有如下性能：（1）高硬度和耐磨性。碳钢渗硼后表面硬度）高硬度和耐磨性。碳钢渗硼后表面硬度可达可达14002000HV，具有极高的耐磨性。试，具有极高的耐磨性。试验表明，渗硼试样的耐磨

75、性能比其它任何处理验表明，渗硼试样的耐磨性能比其它任何处理（如渗碳、碳氮共渗等）的都高。此外，渗硼（如渗碳、碳氮共渗等）的都高。此外，渗硼处理还有比较高的耐腐蚀磨损和泥浆磨损能处理还有比较高的耐腐蚀磨损和泥浆磨损能力。力。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.3渗硼层的组织与性能渗硼层的组织与性能（2）高的红硬性。钢铁渗硼后形成的铁硼化）高的红硬性。钢铁渗硼后形成的铁硼化合物（合物（FeB、Fe2B）是一种十分稳定的金属化）是一种十分稳定的金属化合物，它具有良好的红硬性，经渗硼处理的工合物，它具有良好的红硬性，经渗硼处理的工件一般可在件一般可在600下可靠地工作。下可靠地工作。（3

76、）良好的耐腐蚀性和抗氧化性。渗硼层对）良好的耐腐蚀性和抗氧化性。渗硼层对盐酸、硫酸、磷酸及碱具有良好的抗蚀性，在盐酸、硫酸、磷酸及碱具有良好的抗蚀性，在600下硼化物层抗氧化性良好。例如下硼化物层抗氧化性良好。例如45钢渗钢渗硼后在盐酸、硫酸水溶液中的耐腐蚀性比渗硼硼后在盐酸、硫酸水溶液中的耐腐蚀性比渗硼前提高前提高514倍。倍。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.4渗硼的应用渗硼的应用近年来，在渗硼领域里，人们在渗硼的基础理近年来，在渗硼领域里，人们在渗硼的基础理论、工艺过程和工业应用等方面进行了大量的研论、工艺过程和工业应用等方面进行了大量的研究，取得了重要的进展，该工艺已逐

77、渐成为广泛究，取得了重要的进展，该工艺已逐渐成为广泛应用的表面扩渗处理工艺。应用的表面扩渗处理工艺。目前，渗硼主要用于耐磨并且兼有一定的耐蚀目前，渗硼主要用于耐磨并且兼有一定的耐蚀性方面，例如钻井用的泥浆泵零件，滚压模具、性方面，例如钻井用的泥浆泵零件，滚压模具、热锻模具及某些工夹具等。近年来，渗硼还逐渐热锻模具及某些工夹具等。近年来，渗硼还逐渐扩大到硬质合金、有色金属和难熔金属，例如难扩大到硬质合金、有色金属和难熔金属，例如难熔属的渗硼已经在宇航设备中获得应用。熔属的渗硼已经在宇航设备中获得应用。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.1.4渗硼的应用渗硼的应用渗硼还可用于印刷机凸轮、

78、止推板、各种活渗硼还可用于印刷机凸轮、止推板、各种活塞、离合器轴、压铸机料筒与喷嘴、轧钢机导塞、离合器轴、压铸机料筒与喷嘴、轧钢机导辊、油封滑动轴、块规、闸阀和各种拔丝模辊、油封滑动轴、块规、闸阀和各种拔丝模等。等。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.2渗金属渗金属渗金属工艺（渗金属工艺（DiffusionMetallizing）就是采用）就是采用加热的方法，使一种或多种金属扩散渗入零件表加热的方法，使一种或多种金属扩散渗入零件表面形成表面合金层的方法。这一表面层被称为渗面形成表面合金层的方法。这一表面层被称为渗层或扩散渗层。渗金属的特点是：渗层是靠加热层或扩散渗层。渗金属的特点是：

79、渗层是靠加热扩散形成的，所渗元素与基体金属常发生反应而扩散形成的，所渗元素与基体金属常发生反应而形成化合物相，使渗层与基体结合牢固，其结合形成化合物相，使渗层与基体结合牢固，其结合强度是电镀、化学镀等机械结合所难以达到的。强度是电镀、化学镀等机械结合所难以达到的。渗层具有不同于基体金属的成分和组织，因而可渗层具有不同于基体金属的成分和组织，因而可以使零件表面获得特殊的性能，如抗高温氧化、以使零件表面获得特殊的性能，如抗高温氧化、耐腐蚀、耐磨损等性能。耐腐蚀、耐磨损等性能。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.2.1渗铬渗铬渗铬（渗铬（Chromizing）的目的主要有两个：）的目的主要

80、有两个：一是为了提高钢和耐热合金的耐蚀性和抗氧化一是为了提高钢和耐热合金的耐蚀性和抗氧化性，提高持久强度和疲劳强度；二是为了用普性，提高持久强度和疲劳强度；二是为了用普通钢材代替昂贵的不锈钢、耐热钢和高铬合金通钢材代替昂贵的不锈钢、耐热钢和高铬合金钢。钢。（1）渗铬的方法）渗铬的方法1）固体粉末渗铬）固体粉末渗铬目前工业生产中应用较多的方法。目前工业生产中应用较多的方法。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术(1)渗铬的方法渗铬的方法1)固体粉末渗铬固体粉末渗铬该法是将工件埋入渗铬剂中，放在高温的密封该法是将工件埋入渗铬剂中，放在高温的密封容器中保温一定的时间进行渗铬。渗剂一般由金容器中保

81、温一定的时间进行渗铬。渗剂一般由金属铬粉（或铬铁粉）、适量的属铬粉（或铬铁粉）、适量的Al2O3（或（或SiO2）和卤化铵配成。渗铬一般为和卤化铵配成。渗铬一般为9501100，时间，时间为为410小时。小时。固体粉末渗铬工艺虽然简单，但由于其加热固体粉末渗铬工艺虽然简单，但由于其加热温度高、保温时间长、渗层薄、铬耗量大，因温度高、保温时间长、渗层薄、铬耗量大，因此限制了此工艺的推广应用，近年又发展了多此限制了此工艺的推广应用，近年又发展了多种固体粉末渗铬法。种固体粉末渗铬法。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术(1)渗铬的方法渗铬的方法1)固体粉末渗铬固体粉末渗铬（a）固体粉末通氢渗铬

82、法）固体粉末通氢渗铬法氢气促进了化学还氢气促进了化学还原反应的进行，使之产生更多的活性原反应的进行，使之产生更多的活性Cr，加，加快了渗速。例如低碳钢在快了渗速。例如低碳钢在1000、保温、保温6h后，后，可渗可渗55m。（b）不含卤化物的渗铬法）不含卤化物的渗铬法主要用于粉末冶金主要用于粉末冶金件渗铬，可防止残留卤化物的腐蚀。件渗铬，可防止残留卤化物的腐蚀。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术(1)渗铬的方法渗铬的方法1)固体粉末渗铬固体粉末渗铬（c）快速渗铬法）快速渗铬法利用高频感应加热或直接通利用高频感应加热或直接通电加热，使零件迅速加热到高温，从而能在很电加热，使零件迅速加热到高

83、温，从而能在很短的时间内得到一定厚度的渗铬层。这种方法短的时间内得到一定厚度的渗铬层。这种方法大大缩短了工艺周期，并保持零件心部性能不大大缩短了工艺周期，并保持零件心部性能不变。快速渗铬的方法很多，诸如在活性粉末渗变。快速渗铬的方法很多，诸如在活性粉末渗铬剂中的快速渗铬，在真空中的快速渗铬，用铬剂中的快速渗铬，在真空中的快速渗铬，用铬的电镀层快速渗铬等。铬的电镀层快速渗铬等。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术(1)渗铬的方法渗铬的方法1)固体粉末渗铬固体粉末渗铬（d）膏剂渗铬法）膏剂渗铬法将渗铬剂调成糊状涂敷在零将渗铬剂调成糊状涂敷在零件上，通过感应加热使件上，通过感应加热使Cr渗入工

84、件表面。膏渗入工件表面。膏剂由渗铬源、熔剂和粘结剂配成。渗铬源是铬剂由渗铬源、熔剂和粘结剂配成。渗铬源是铬粉或铬铁粉，溶剂是冰晶石，粘结剂可用水玻粉或铬铁粉，溶剂是冰晶石，粘结剂可用水玻璃、干性油漆、清漆、硅酸盐等。膏剂渗铬可璃、干性油漆、清漆、硅酸盐等。膏剂渗铬可提高渗铝剂的利用率，而且可大幅度加快渗铬提高渗铝剂的利用率，而且可大幅度加快渗铬速度。速度。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术(1)渗铬的方法渗铬的方法2)气体渗铬气体渗铬气体渗铬的反应机理与固体粉末法相似，在气体渗铬的反应机理与固体粉末法相似，在密封的电炉中进行。气体渗铬的介质多为铬的密封的电炉中进行。气体渗铬的介质多为铬

85、的氟化物、氯化物。渗铬气氛（卤化铬）可在炉氟化物、氯化物。渗铬气氛（卤化铬）可在炉外制取，也可在炉内放置铬或铬铁粉末，通以外制取，也可在炉内放置铬或铬铁粉末，通以Cl2和和H2制取。卤化铬气体在工件表面通过置制取。卤化铬气体在工件表面通过置换、还原、热分解等反应，产生活性换、还原、热分解等反应，产生活性Cr原子原子而渗入工件表面。而渗入工件表面。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术(1)渗铬的方法渗铬的方法2)气体渗铬气体渗铬如在密封的炉子中通入如在密封的炉子中通入CrCl2、N2（或（或H2+N2）对）对42CrMo进行进行10004h气体渗气体渗铬，可获得铬，可获得40m的渗层。的渗

86、层。气体渗铬具有渗速快、劳动强度小、渗层质气体渗铬具有渗速快、劳动强度小、渗层质量高、表面光洁、无粉尘危害等优点，但氢气量高、表面光洁、无粉尘危害等优点，但氢气易爆炸、氯气有毒，要注意防护。易爆炸、氯气有毒，要注意防护。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术(1)渗铬的方法渗铬的方法3)液体渗铬液体渗铬液体渗铬是在含有活性铬原子的盐浴中进行液体渗铬是在含有活性铬原子的盐浴中进行的，具有设备简单、加热均匀、生产周期短、的，具有设备简单、加热均匀、生产周期短、可直接淬火等特点。液体渗铬主要有硼砂盐浴可直接淬火等特点。液体渗铬主要有硼砂盐浴渗铬和氯化物盐浴渗铬两类。盐浴渗铬（即渗铬和氯化物盐浴渗

87、铬两类。盐浴渗铬（即TD法）是先将硼砂熔化（法）是先将硼砂熔化（740），然后将烘），然后将烘干（干（120150）的铬粉或碳素铬粉加人硼砂）的铬粉或碳素铬粉加人硼砂浴中，升温到渗铬温度把（浴中，升温到渗铬温度把（8501050）时，再将工件放入渗铬。时，再将工件放入渗铬。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术(2)渗铬层的性能及应用渗铬层的性能及应用1）抗氧化性能）抗氧化性能渗铬件具有良好的抗高温氧化渗铬件具有良好的抗高温氧化和抗高温腐蚀性能。工件经渗铬后可在和抗高温腐蚀性能。工件经渗铬后可在800以上较长时间使用，在以上较长时间使用，在900仍有一定的抗氧仍有一定的抗氧化能力。渗铬钢的

88、抗氧化性能较渗铝钢更优。化能力。渗铬钢的抗氧化性能较渗铝钢更优。低碳钢渗铬，在低碳钢渗铬，在700时其抗氧化能力可比不时其抗氧化能力可比不渗铬钢高渗铬钢高1000倍。奥氏作耐热钢、镍基和钴基倍。奥氏作耐热钢、镍基和钴基合金材料渗铬后，抗高温氧化性能可显著提合金材料渗铬后，抗高温氧化性能可显著提高。高。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术(2)渗铬层的性能及应用渗铬层的性能及应用2）耐腐蚀性能）耐腐蚀性能工件经渗铬处理后具有良好的工件经渗铬处理后具有良好的耐蚀性，在潮湿空气、水、强碱液、过热蒸汽耐蚀性，在潮湿空气、水、强碱液、过热蒸汽和其他许多介质中都有良好的耐蚀性；能耐硫和其他许多介质中

89、都有良好的耐蚀性；能耐硫酸和硝酸的浸蚀；但耐盐酸腐蚀性差。酸和硝酸的浸蚀；但耐盐酸腐蚀性差。3）耐磨性能）耐磨性能含含0.25%C的碳钢渗铬后表面硬的碳钢渗铬后表面硬度为度为13001600HV；而；而1.0%1.2%的碳钢的碳钢渗铬后表面硬度达渗铬后表面硬度达17501800HV。碳化铬层。碳化铬层具有高硬度、低摩擦系数（与金属对摩），因具有高硬度、低摩擦系数（与金属对摩），因此耐磨性很高。例如，渗铬高碳钢的耐磨性比此耐磨性很高。例如，渗铬高碳钢的耐磨性比GCr15钢还高几倍，与渗硼层耐磨性相近。钢还高几倍，与渗硼层耐磨性相近。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术(2)渗铬层的性能及应

90、用渗铬层的性能及应用4）力学性能）力学性能渗铬后普通碳钢晶粒粗大，静拉渗铬后普通碳钢晶粒粗大，静拉伸强度和韧性下降，为此需进行热处理；渗铬伸强度和韧性下降，为此需进行热处理；渗铬可显著提高钢在高温下的持久强度。可显著提高钢在高温下的持久强度。渗铬可以代替不锈钢和耐热钢用于制造机械渗铬可以代替不锈钢和耐热钢用于制造机械和工具。如：仪表中的叶轮、浮子、弹簧管等和工具。如：仪表中的叶轮、浮子、弹簧管等零件；还可用于飞机、船舰、电站的燃气轮机零件；还可用于飞机、船舰、电站的燃气轮机叶片等高温部件。叶片等高温部件。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.2.2渗铝（渗铝（Aluminizing，C

91、alorizing）(1)渗铝的方法渗铝的方法1）固体粉末渗铝）固体粉末渗铝固体粉末渗铝是将渗铝工件固体粉末渗铝是将渗铝工件埋在粉末状的渗铝剂中，然后加热到埋在粉末状的渗铝剂中，然后加热到9001050进行保温。优点是设备简单，操作方进行保温。优点是设备简单，操作方便，特别适合于机械的零部件；缺点是工件尺便，特别适合于机械的零部件；缺点是工件尺寸受到限制，效率不高。寸受到限制，效率不高。渗铝剂一般由三部分组成：铝粉或铝铁合金渗铝剂一般由三部分组成：铝粉或铝铁合金粉；氧化铝粉起稀释填充和防止金属粉末粘结粉；氧化铝粉起稀释填充和防止金属粉末粘结的作用；氯化铵作活化剂。的作用；氯化铵作活化剂。第六章

92、第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.2.2渗铝（渗铝（Aluminizing，Calorizing）(1)渗铝的方法渗铝的方法1）固体粉末渗铝）固体粉末渗铝固体粉末渗铝的工件可以是钢铁件，也可以固体粉末渗铝的工件可以是钢铁件，也可以是镍基和钴基高温合金，还可用于钛合金、铜是镍基和钴基高温合金，还可用于钛合金、铜合金及钼、铌等难熔金属。合金及钼、铌等难熔金属。2）喷镀渗铝法）喷镀渗铝法把热喷涂铝后的工件把热喷涂铝后的工件8001000下保温下保温5h，让铝进行扩散，称为喷镀渗铝。该处理不，让铝进行扩散，称为喷镀渗铝。该处理不仅改善了喷铝层与基体表面的结合强度，还提仅改善了喷铝层与基体表面的结

93、合强度，还提高了喷铝层的密度。高了喷铝层的密度。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.2.2渗铝（渗铝（Aluminizing，Calorizing）(1)渗铝的方法渗铝的方法3）料浆渗铝法）料浆渗铝法料浆渗铝是由固体粉末渗铝法发展而来的一料浆渗铝是由固体粉末渗铝法发展而来的一种工艺方法。将渗铝剂调糊状，然后涂刷在工种工艺方法。将渗铝剂调糊状，然后涂刷在工件表面上，在件表面上，在120时烘干，再加热到时烘干，再加热到1000左右进行扩散渗铝。左右进行扩散渗铝。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.2.2渗铝（渗铝（Aluminizing，Calorizing）(1)渗铝的方法渗

94、铝的方法4）气体渗铝法）气体渗铝法气体渗铝是在密封的贯通式炉或井式炉中进气体渗铝是在密封的贯通式炉或井式炉中进行的。渗铝气氛为铝的卤化物，反应机理基本行的。渗铝气氛为铝的卤化物，反应机理基本同体粉末法，气氛可以从炉外通入，也可以在同体粉末法，气氛可以从炉外通入，也可以在炉内制取。该法质量稳定，效率较高。炉内制取。该法质量稳定，效率较高。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.2.2渗铝（渗铝（Aluminizing，Calorizing）(1)渗铝的方法渗铝的方法5）其它渗铝方法）其它渗铝方法电泳渗铝法是先用电泳法将电泳渗铝法是先用电泳法将铝粉均匀地沉积在工件表面上，再加热扩散制铝粉均匀

95、地沉积在工件表面上，再加热扩散制成镀层。电泳沉积铝的溶液是由铝粉成镀层。电泳沉积铝的溶液是由铝粉（10 m）、无水乙醇和三氯化铝组成的，配）、无水乙醇和三氯化铝组成的，配比时按每升乙醇含铝粉比时按每升乙醇含铝粉50g、三氯化铝的、三氯化铝的58g配制。工件为阴极，铝板为阳极。配制。工件为阴极，铝板为阳极。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.2.2渗铝（渗铝（Aluminizing，Calorizing）(1)渗铝的方法渗铝的方法5）其它渗铝方法）其它渗铝方法快速电加热渗铝法将电流直接通过零件和渗快速电加热渗铝法将电流直接通过零件和渗铝剂或用高频感应将零件加热，使表面形成渗铝剂或用高频

96、感应将零件加热，使表面形成渗铝层。国外有三种快速渗铝工艺：铝层。国外有三种快速渗铝工艺：1）高频加热热喷涂铝之后的工件；）高频加热热喷涂铝之后的工件；2）在渗铝气氛中用高频电流加热工件；）在渗铝气氛中用高频电流加热工件；3）在活性膏剂中用高频感应加热工件。）在活性膏剂中用高频感应加热工件。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.2.2渗铝（渗铝（Aluminizing，Calorizing）(1)渗铝的方法渗铝的方法5）其它渗铝方法）其它渗铝方法该渗铝法可使渗铝周期从几十小时缩短为几该渗铝法可使渗铝周期从几十小时缩短为几分钟甚至几十秒钟，且可改善渗铝层质量，实分钟甚至几十秒钟，且可改善渗

97、铝层质量，实现自动化生产，是近十几年出现的一种渗铝新现自动化生产，是近十几年出现的一种渗铝新工艺。工艺。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.2.2渗铝（渗铝（Aluminizing，Calorizing）(2)渗铝层的性能渗铝层的性能渗铝层具有特殊的抗氧化性和耐腐蚀性。渗铝层具有特殊的抗氧化性和耐腐蚀性。1）抗氧化性能）抗氧化性能一般来说，渗铝后的钢与原来一般来说，渗铝后的钢与原来未渗铝的钢相比，使用温度可提高未渗铝的钢相比，使用温度可提高200。Q235钢渗铝后抗高温氧化性能优于钢渗铝后抗高温氧化性能优于0Cr17Mn13Mo2N不锈钢，与未渗铝的不锈钢，与未渗铝的Q235钢钢比较

98、，抗高温氧化能力提高比较，抗高温氧化能力提高100倍以上。试验倍以上。试验证明，渗铝层要具有高的抗氧化能力，其含铝证明，渗铝层要具有高的抗氧化能力，其含铝量必须高于量必须高于12%，最好是，最好是32%33%。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.2.2渗铝（渗铝（Aluminizing，Calorizing）(2)渗铝层的性能渗铝层的性能2）耐腐蚀性）耐腐蚀性渗铝是目前提高钢材耐硫化物腐蚀最有效的渗铝是目前提高钢材耐硫化物腐蚀最有效的手段之一。在大气条件下，渗铝钢比热镀锌钢手段之一。在大气条件下，渗铝钢比热镀锌钢具有更好的耐蚀性。渗铝钢的腐蚀量仅是热镀具有更好的耐蚀性。渗铝钢的腐蚀量

99、仅是热镀锌钢的锌钢的1/101/5。把渗铝钢和热镀锌钢在不同的把渗铝钢和热镀锌钢在不同的pH值溶液下值溶液下的耐腐蚀性进行比较后知，在的耐腐蚀性进行比较后知，在pH值值29范围范围内，前者的耐蚀性要好得多。内，前者的耐蚀性要好得多。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.2.2渗铝（渗铝（Aluminizing，Calorizing）(3)渗铝的应用渗铝的应用渗铝主要用于提高机件的耐热耐腐蚀寿命，渗铝主要用于提高机件的耐热耐腐蚀寿命，可用于炉内构件、烟道、汽车消音器、汽车进可用于炉内构件、烟道、汽车消音器、汽车进排气零部件、高温石油化工用换热器、加热排气零部件、高温石油化工用换热器、加热

100、管、热风管、加热炉排风扇、空气预热器和热管、热风管、加热炉排风扇、空气预热器和热处理用设备，以及一切与处理用设备，以及一切与H2S、SO2、CO2、H2CO3、HNO3、液、液N、水煤气接触的设备。、水煤气接触的设备。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗共渗是指将工件置于含有至少两种欲渗元素共渗是指将工件置于含有至少两种欲渗元素的渗剂中，经过一次加热扩散过程，使多种元的渗剂中，经过一次加热扩散过程，使多种元素同时渗入工件表层的扩散渗入工艺。素同时渗入工件表层的扩散渗入工艺。4.3.1硫氮共渗硫氮共渗（Sulphnitriding）硫氮共渗的目的是为了兼顾渗硫、渗氮二者硫氮共

101、渗的目的是为了兼顾渗硫、渗氮二者的优点，其共渗层的组织、性能与渗氮后渗硫的优点，其共渗层的组织、性能与渗氮后渗硫基本相同，但工艺简单。渗层最外层的微孔组基本相同，但工艺简单。渗层最外层的微孔组织可储存润滑油、降低摩擦系数，次层硬度较织可储存润滑油、降低摩擦系数，次层硬度较高，因而耐磨性尤其抗粘着、咬合性能显著提高，因而耐磨性尤其抗粘着、咬合性能显著提高。高。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.1硫氮共渗硫氮共渗（Sulphnitriding）硫氮共渗的工艺方法有盐浴法，气体法、离硫氮共渗的工艺方法有盐浴法，气体法、离子法等。子法等。经气体硫氮共渗后的金相组织分为三层

102、。最经气体硫氮共渗后的金相组织分为三层。最外层是外层是FeS，第二层是以，第二层是以Fe23N为主的氮化为主的氮化物白亮层，第三层是氮的扩散层。硬度峰值可物白亮层，第三层是氮的扩散层。硬度峰值可达达1000HV，由表及里的硬度变化较平缓。，由表及里的硬度变化较平缓。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.1硫氮共渗硫氮共渗（Sulphnitriding）用高速钢刀具进行了硫氮共渗处理与不处理用高速钢刀具进行了硫氮共渗处理与不处理的对比试验发现，在不润滑条件下前者使用寿的对比试验发现，在不润滑条件下前者使用寿命较后者提高命较后者提高2倍以上；在润滑条件下，加工倍以上；在润

103、滑条件下，加工低硬度零件时可提高低硬度零件时可提高0.52倍，加工中硬度零倍，加工中硬度零件（件（310400HB）时可提高）时可提高1.56倍。倍。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.2硫氮碳共渗硫氮碳共渗（Sulphnitrocarburizing）硫氮碳共渗实质是渗硫与氮碳共渗的结合。硫氮碳共渗实质是渗硫与氮碳共渗的结合。与硫氮共渗相比，其优点在于能使低碳钢零件与硫氮共渗相比，其优点在于能使低碳钢零件也得到较好的强化效果。也得到较好的强化效果。(1)硫氮碳共渗方法硫氮碳共渗方法硫氮碳共渗有粉末法、膏剂法、气体法、液硫氮碳共渗有粉末法、膏剂法、气体法、液体法和离

104、子法。体法和离子法。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.2硫氮碳共渗硫氮碳共渗（Sulphnitrocarburizing）(1)硫氮碳共渗方法硫氮碳共渗方法1)粉末法粉末法粉末渗剂：由粉末渗剂：由FeS、K4Fe(CN)6及石墨、木炭及石墨、木炭等组成。等组成。工艺：工艺：500650410h。优点：简单易行，成本低。优点：简单易行，成本低。缺点：质量不易控制，生产率低，劳动条件缺点：质量不易控制，生产率低，劳动条件差，目前已应用不多。差，目前已应用不多。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.2硫氮碳共渗硫氮碳共渗（Sulphnitroc

105、arburizing）(1)硫氮碳共渗方法硫氮碳共渗方法2)膏剂法膏剂法膏剂配方：膏剂配方：37%ZnSO418.5%K2SO418.5%Na2SO42.25%KSCN3.75%Na2SO320%的高岭土和水。的高岭土和水。工艺：分两次涂敷工艺：分两次涂敷0.52mm，50060034h共渗。共渗。特点：简单易行，成本低，但质量不易控制，特点：简单易行，成本低，但质量不易控制，目前仅用于特大零件或单件生产等特殊情况。目前仅用于特大零件或单件生产等特殊情况。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.2硫氮碳共渗硫氮碳共渗（Sulphnitrocarburizing）(1)硫

106、氮碳共渗方法硫氮碳共渗方法3)盐浴法盐浴法盐浴硫氮碳共渗是在盐浴氮碳共渗的基础上盐浴硫氮碳共渗是在盐浴氮碳共渗的基础上发展起来的，渗剂以盐浴氮碳共渗渗剂为基发展起来的，渗剂以盐浴氮碳共渗渗剂为基础，加入适量渗硫剂。础，加入适量渗硫剂。盐浴硫氮碳共渗的温度一般是盐浴硫氮碳共渗的温度一般是540650，时间时间13h。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.2硫氮碳共渗硫氮碳共渗（Sulphnitrocarburizing）(1)硫氮碳共渗方法硫氮碳共渗方法4)气体法气体法气体法硫氮碳共渗有两种：一种是滴入渗剂气体法硫氮碳共渗有两种：一种是滴入渗剂的同时通入氨气，如：三乙醇

107、胺的同时通入氨气，如：三乙醇胺1Kg；乙醇；乙醇1Kg，再溶入，再溶入20g硫脲，另外再通入适量的氨硫脲，另外再通入适量的氨气。工艺一般是气。工艺一般是540560（13）h。另。另一种是以丙烷和空气为载气，通入一种是以丙烷和空气为载气，通入5%NH3和和0.02%2%H2S。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.2硫氮碳共渗硫氮碳共渗（Sulphnitrocarburizing）(1)硫氮碳共渗方法硫氮碳共渗方法4)气体法气体法工艺一般是工艺一般是500650（14）h。必要。必要时滴入碳当量小的煤油或苯，以提高碳势。时滴入碳当量小的煤油或苯，以提高碳势。气体法的优

108、点是，在质量稳定性、技术经济气体法的优点是，在质量稳定性、技术经济指标优良的前提下，基本无公害。指标优良的前提下，基本无公害。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.2硫氮碳共渗硫氮碳共渗（Sulphnitrocarburizing）(1)硫氮碳共渗方法硫氮碳共渗方法5)等离子法等离子法往真空室中通入往真空室中通入NH3，并将，并将CS2溶于酒精中溶于酒精中再汽化后通入，便可进行离子硫氮碳共渗。工再汽化后通入，便可进行离子硫氮碳共渗。工艺一般取艺一般取500650（14）h。离子法的。离子法的特点是经济无公害。特点是经济无公害。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术

109、4.3共渗共渗4.3.2硫氮碳共渗硫氮碳共渗（Sulphnitrocarburizing）(2)硫氮碳共渗层的组织与性能硫氮碳共渗层的组织与性能硫氮碳共渗层中，最外层是硫氮碳共渗层中，最外层是520m的的FeS、FeS2层；次层为白亮层，由层；次层为白亮层，由Fe23(N,C)、Fe4(N,C)等组成；白亮层下面是过渡等组成；白亮层下面是过渡层，其中有少量层，其中有少量Fe4(N,C)。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.2硫氮碳共渗硫氮碳共渗（Sulphnitrocarburizing）(2)硫氮碳共渗层的组织与性能硫氮碳共渗层的组织与性能一层韧而硬度较低的硫化物

110、层，使摩擦接触表一层韧而硬度较低的硫化物层，使摩擦接触表面具有良好的磨合性，同时该层的微孔中可储存面具有良好的磨合性，同时该层的微孔中可储存润滑油，加之硫化物本身干摩擦系数较低，所以润滑油，加之硫化物本身干摩擦系数较低，所以其减摩性、抗胶合性、接触疲劳强度均优于一般其减摩性、抗胶合性、接触疲劳强度均优于一般的气体氮碳共渗；此外，由于硫的渗入，改变了的气体氮碳共渗；此外，由于硫的渗入，改变了Fe23(N,C)及及Fe4(N,C)的分布状态，减小了渗的分布状态，减小了渗层脆性和剥落倾向；但硫氮碳共渗层的抗磨料磨层脆性和剥落倾向；但硫氮碳共渗层的抗磨料磨损能力比气体氮碳共渗要差一些。损能力比气体氮碳

111、共渗要差一些。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.3含硼共渗含硼共渗渗硼层硬度高，耐磨性好，而且具有一定的渗硼层硬度高，耐磨性好，而且具有一定的耐热性和对某些介质的抗蚀能力，但亦存在脆耐热性和对某些介质的抗蚀能力，但亦存在脆性高等缺点，为了降低渗硼层的脆性，为进一性高等缺点，为了降低渗硼层的脆性，为进一步提高渗硼层的耐磨性、耐热性和耐蚀性，改步提高渗硼层的耐磨性、耐热性和耐蚀性，改善其脆性，产生了硼和其他元素共渗的各种工善其脆性，产生了硼和其他元素共渗的各种工艺。艺。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.3含硼共渗含硼共渗(1)硼铝共渗硼铝

112、共渗粉末法硼铝共渗在铝铁合金（粉末法硼铝共渗在铝铁合金（50%Al）、硼）、硼砂和氯化铵等混合物中进行。如砂和氯化铵等混合物中进行。如21%B4C4%Na2B4O73%NH4Cl72%铝铁合金；铝铁合金；49%Al2O329.4%B2O319.6%Al2%NaF，将渗剂和工件同时装入容器，用水，将渗剂和工件同时装入容器，用水玻璃调耐火泥密封，干燥后装入炉内。共渗温玻璃调耐火泥密封，干燥后装入炉内。共渗温度为度为800以上，以上，1050以下，时间为以下，时间为46h。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.3含硼共渗含硼共渗(1)硼铝共渗硼铝共渗膏剂法硼铝共渗剂由硼的化

113、合物、铝的化合膏剂法硼铝共渗剂由硼的化合物、铝的化合物和粘结剂组成，如物和粘结剂组成，如50%B4C50%Na3AlF6粘结剂。粘结剂。硼铝共渗能明显地提高疲劳强度，特别是腐硼铝共渗能明显地提高疲劳强度，特别是腐蚀疲劳强度，同时明显降低钢在空气介质和腐蚀疲劳强度，同时明显降低钢在空气介质和腐蚀介质中循环受载的应力敏感性。蚀介质中循环受载的应力敏感性。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.3含硼共渗含硼共渗(2)硼氮共渗硼氮共渗硼原子半径为硼原子半径为0.82，氮原子半径为，氮原子半径为0.75。对硼而言，氮在钢中的溶解量大得多，由于氮对硼而言，氮在钢中的溶解量大得多，

114、由于氮原子渗入能力强，所形成的渗层和过渡层深，原子渗入能力强，所形成的渗层和过渡层深，因此，硼氮共渗能降低硬度梯度，减小渗硼层因此，硼氮共渗能降低硬度梯度，减小渗硼层的脆性。的脆性。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.3含硼共渗含硼共渗(2)硼氮共渗硼氮共渗膏剂法硼氮共渗由供硼剂、供氮剂、催渗膏剂法硼氮共渗由供硼剂、供氮剂、催渗剂、填充剂组成。将原料用粘结剂调成糊状涂剂、填充剂组成。将原料用粘结剂调成糊状涂在洁净的工件表面，涂层厚在洁净的工件表面，涂层厚34mm，共渗温，共渗温度度890。氮的渗入减少了渗层的脆性，提高。氮的渗入减少了渗层的脆性，提高了韧性。了韧性。

115、5CrMnMo钢柴油机连杆模具共渗处钢柴油机连杆模具共渗处理后，寿命提高理后，寿命提高23倍。倍。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.3含硼共渗含硼共渗(3)硼钒共渗硼钒共渗粉末硼钒共渗渗剂的典型成分有：粉末硼钒共渗渗剂的典型成分有：5%B4C5%8%V2O52%3%KBF40.5%1%NH4Cl，SiC为余量，在为余量，在920960保温保温34h。硼钒共渗层组织致密，由。硼钒共渗层组织致密，由Fe2B和和VC组成，高硬度的组成，高硬度的VC呈弥散状态分布在表层，呈弥散状态分布在表层，共渗层具有较高的韧性和很高的耐磨性、抗咬共渗层具有较高的韧性和很高的耐磨性、抗咬

116、合性、抗氧化性和耐蚀性。合性、抗氧化性和耐蚀性。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.4铬铝共渗铬铝共渗铬铝共渗或铝铬共渗的目的在于提高钢、镍铬铝共渗或铝铬共渗的目的在于提高钢、镍铬合金、铜合金及钛合金的热强性。铬合金、铜合金及钛合金的热强性。常用的铬铝共渗剂由铬铁粉（或铬粉）、铝常用的铬铝共渗剂由铬铁粉（或铬粉）、铝铁粉（或铝粉）及活化剂组成。共渗温度为铁粉（或铝粉）及活化剂组成。共渗温度为9001050，保温时间，保温时间515小时。小时。45钢铬铝共渗后，其塑性及冲击韧性降低；钢铬铝共渗后，其塑性及冲击韧性降低；疲劳强度也有所降低，但在疲劳强度也有所降低，但在3

117、%NaCl水溶液中水溶液中的腐蚀疲劳强度则明显提高。的腐蚀疲劳强度则明显提高。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.4铬铝共渗铬铝共渗用铬铝共渗在铁丝上获得铬铝覆层制成的电用铬铝共渗在铁丝上获得铬铝覆层制成的电热丝在热丝在850950下工作，寿命达下工作，寿命达400500小小时，而渗铝的铁丝在时，而渗铝的铁丝在800850下工作，寿命下工作，寿命仅为仅为120150小时。小时。经共渗处理的镍基合金经共渗处理的镍基合金Nimonic75在在10251090保温保温100小时后的氧化增重仅小时后的氧化增重仅为未处理为未处理1/81/24。第六章第六章 表面改性新技术表面

118、改性新技术4.3共渗共渗4.3.5铝硅共渗铝硅共渗铝硅共渗的目的主要是提高钢、镍基热强合铝硅共渗的目的主要是提高钢、镍基热强合金、难熔金属及其合金以及铜等的耐热性能和金、难熔金属及其合金以及铜等的耐热性能和在硫气氛中的抗高温氧化能力。在硫气氛中的抗高温氧化能力。目前，在工业上使用较多的是料浆法铝硅共目前，在工业上使用较多的是料浆法铝硅共渗，渗剂由铝粉渗，渗剂由铝粉90%硅粉硅粉10%组成。将渗剂组成。将渗剂和粘结剂按一定配比调制成料浆，经喷射到工和粘结剂按一定配比调制成料浆，经喷射到工件后在氮气保护下加热。件后在氮气保护下加热。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.3共渗共渗4.3.5

119、铝硅共渗铝硅共渗与固体粉末法相比，由于薄层料浆导热系数与固体粉末法相比，由于薄层料浆导热系数较大，采用高温扩散（较大，采用高温扩散（10001080）时，可）时，可在较短时间内（在较短时间内（46小时）获得厚小时）获得厚0.0250.68mm的共渗层。由于随保温时间的增加，的共渗层。由于随保温时间的增加，料浆层中铝、硅活性原子通常降低，所以料浆料浆层中铝、硅活性原子通常降低，所以料浆法所获渗层脆性较低。国内曾用此法为飞机的法所获渗层脆性较低。国内曾用此法为飞机的某些耐热部件渗铝硅，使用寿命明显提高。某些耐热部件渗铝硅，使用寿命明显提高。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.6TD（To

120、yotaDiffusion）法扩散渗入处理）法扩散渗入处理4.6.1TD处理工艺处理工艺TD处理所用设备与普通外热式盐浴炉的结构基本处理所用设备与普通外热式盐浴炉的结构基本相同，有直接加热和间接加热两种形式。将相同，有直接加热和间接加热两种形式。将70%90%的硼砂放入耐热钢坩埚中熔融后，向坩埚中加的硼砂放入耐热钢坩埚中熔融后，向坩埚中加入可形成欲镀覆的碳化物的物质。入可形成欲镀覆的碳化物的物质。例如欲涂例如欲涂NbC时，加入时，加入Fe-Nb的合金粉末或的合金粉末或Nb2O5粉末，将含碳较高的钢件浸入此盐浴中，在粉末，将含碳较高的钢件浸入此盐浴中，在8001200保温保温110h，便得到了碳

121、化物镀覆表，便得到了碳化物镀覆表面覆层。面覆层。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.6TD（ToyotaDiffusion）法扩散渗入处理）法扩散渗入处理4.6.2碳化物层的组织结构碳化物层的组织结构金相观察和金相观察和X射线衍射分析结果表明，涂层几乎全射线衍射分析结果表明，涂层几乎全由纯碳化物组成，无过渡区出现，碳化物层的成分不由纯碳化物组成，无过渡区出现，碳化物层的成分不受基体金属的影响。不存在铁、氧、磷、硫等成分。受基体金属的影响。不存在铁、氧、磷、硫等成分。典型的典型的NbC涂层组织细小、致密，无疏松、夹杂涂层组织细小、致密，无疏松、夹杂等缺陷，在显微镜下呈白色，基体金属与碳

122、化物层等缺陷，在显微镜下呈白色，基体金属与碳化物层之间有清晰的界面。对之间有清晰的界面。对NbC层内及层下进行的能谱层内及层下进行的能谱分析结果表明，分析结果表明，NbC层内不含碳以外的基体元素，层内不含碳以外的基体元素，而而NbC层下没有发生层下没有发生Nb原子向基体的扩散。原子向基体的扩散。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.6TD（ToyotaDiffusion）法扩散渗入处理）法扩散渗入处理4.6.3涂层的性能涂层的性能硬度硬度 处理获得碳化物层的硬度明显高于淬火硬处理获得碳化物层的硬度明显高于淬火硬度、镀铬或氮化层的硬度，度、镀铬或氮化层的硬度，NbC的硬度约为约为的硬度约

123、为约为2500HV，VC和和TiC的硬度为的硬度为29803800HV。VC、NbC即使在即使在800其硬度也高于其硬度也高于800HV，经高温加热，经高温加热再到室温，其室温硬度也不降低。再到室温，其室温硬度也不降低。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.6TD（ToyotaDiffusion）法扩散渗入处理）法扩散渗入处理耐磨性耐磨性以以20CrMnTi钢（固体渗硼后直接淬火）为配对材钢（固体渗硼后直接淬火）为配对材料，在加磨料及不加磨料两种情况下，用料，在加磨料及不加磨料两种情况下，用MM-200磨磨损试验机研究了损试验机研究了Cr12钢淬火钢淬火+低温回火及低温回火及TD处理的

124、处理的磨损量。结果表明，用磨损量。结果表明，用TD处理涂覆处理涂覆NbC后，耐磨性后，耐磨性提高提高3倍以上。倍以上。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.6TD（ToyotaDiffusion）法扩散渗入处理）法扩散渗入处理抗氧化性及耐蚀性抗氧化性及耐蚀性抗氧化性的好坏因所涂覆的碳化物种类而不同。抗氧化性的好坏因所涂覆的碳化物种类而不同。VC、NbC在在500的大气中几乎不氧化，但若在的大气中几乎不氧化，但若在600保温保温1h则有数微米厚的碳化物完全被氧化。另则有数微米厚的碳化物完全被氧化。另一方面，以一方面，以Cr为主体的碳化物（为主体的碳化物（Cr7C3、Cr23C6）涂层即使

125、加热到涂层即使加热到900也只稍许氧化，显示出优越的也只稍许氧化，显示出优越的抗氧化性。抗氧化性。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.6TD（ToyotaDiffusion）法扩散渗入处理）法扩散渗入处理4.6.4TD法的特点及应用法的特点及应用用用CVD、PVD、TD法都能得到同样硬的碳化物薄法都能得到同样硬的碳化物薄层，但是，层，但是，PVD需要真空室、等离子系统以及蒸发需要真空室、等离子系统以及蒸发源。源。CVD需要气密减压的反应容器，其排出物污染需要气密减压的反应容器，其排出物污染环境、有害健康，大多数经环境、有害健康，大多数经CVD处理的工件必须做处理的工件必须做重新加热淬

126、火。而且重新加热淬火。而且PVD和和CVD的设备价格高。的设备价格高。TD法与其它碳化物被覆法比较，除具有设备简法与其它碳化物被覆法比较，除具有设备简单、操作方便、生产能力高、成本低之外，还有以单、操作方便、生产能力高、成本低之外，还有以下优点：下优点：第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.6TD（ToyotaDiffusion）法扩散渗入处理）法扩散渗入处理4.6.4TD法的特点及应用法的特点及应用（1）不论工件形状如何，都能形成均匀的被覆层，）不论工件形状如何，都能形成均匀的被覆层，在小孔深处也可以形成被覆层。也可以在工件局部在小孔深处也可以形成被覆层。也可以在工件局部被覆碳化物层

127、。还可以形成其复合碳化物。被覆碳化物层。还可以形成其复合碳化物。（2）被覆后的表面粗糙度与处理前大致相同，如若）被覆后的表面粗糙度与处理前大致相同，如若母材表面加工光滑，处理后可以直接使用。母材表面加工光滑，处理后可以直接使用。（3）工件因长期工作而使碳化物层磨完时可以多次）工件因长期工作而使碳化物层磨完时可以多次重新处理。重新处理。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.6TD（ToyotaDiffusion）法扩散渗入处理）法扩散渗入处理4.6.4TD法的特点及应用法的特点及应用（4）盐浴的主要成分是在高温下性能稳定的硼砂，）盐浴的主要成分是在高温下性能稳定的硼砂，故几乎不产生一般热

128、处理盐浴出现的气体。而且盐故几乎不产生一般热处理盐浴出现的气体。而且盐浴使用寿命长。浴使用寿命长。（5）所形成碳化物层的组成、性能几乎不因基体钢）所形成碳化物层的组成、性能几乎不因基体钢种、处理条件而发生变化，故其使用性能稳定、基种、处理条件而发生变化，故其使用性能稳定、基体材料选择广泛。体材料选择广泛。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.6TD（ToyotaDiffusion）法扩散渗入处理）法扩散渗入处理4.6.4TD法的特点及应用法的特点及应用目前，目前，TD处理主要应用于模具工业之中。在板材处理主要应用于模具工业之中。在板材冲压，管、线材加工，冷、热锻造，橡胶、塑料、冲压，管

129、、线材加工，冷、热锻造，橡胶、塑料、玻璃、粉末成型等加工方法中使用的各种模具都已玻璃、粉末成型等加工方法中使用的各种模具都已广泛应用了广泛应用了TD处理法。用处理法。用TD法可使冷作模具寿命提法可使冷作模具寿命提高数倍到数十倍，一般来说，这样大幅度地提高模高数倍到数十倍，一般来说，这样大幅度地提高模具寿命是令人难以想象的。具寿命是令人难以想象的。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.6TD（ToyotaDiffusion）法扩散渗入处理）法扩散渗入处理4.6.4TD法的特点及应用法的特点及应用此外，此外，TD处理法也在切割、切削加工工具以及机处理法也在切割、切削加工工具以及机械零件上得

130、到了应用。比如切割刀头、钻头、丝械零件上得到了应用。比如切割刀头、钻头、丝锥、切边刀；柱塞、喷嘴、阀座、叶片；各种机械锥、切边刀；柱塞、喷嘴、阀座、叶片；各种机械中的凸轮、轴承、芯棒、导轨等。中的凸轮、轴承、芯棒、导轨等。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.7等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入是利用低真空中气体辉光放电产等离子体扩散渗入是利用低真空中气体辉光放电产生的离子轰击工件表面，使表面成分、组织结构及性生的离子轰击工件表面，使表面成分、组织结构及性能发生改变的处理方法。能发生改变的处理方法。通过辉光放电获得的等离子体实际上是正离子、负通过辉光放电获得的等离

131、子体实际上是正离子、负离子、分子、中性原子、电子、光子等各种粒子的复离子、分子、中性原子、电子、光子等各种粒子的复合体。其中的带电粒子在电场的作用下作定向运动，合体。其中的带电粒子在电场的作用下作定向运动，具有足够能量的粒子与中性的气体原子或分子相撞，具有足够能量的粒子与中性的气体原子或分子相撞，会使其处于激发态，成为活性原子或离子。这些活性会使其处于激发态，成为活性原子或离子。这些活性原子或离子，比较容易被金属表面吸收，进人金属内原子或离子，比较容易被金属表面吸收，进人金属内部。部。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.7等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入方法用等离子体方法进行渗镀

132、有以下优点：用等离子体方法进行渗镀有以下优点：（1）由于离子对表面的轰击可使表面高度活化，加）由于离子对表面的轰击可使表面高度活化，加之离子和随离子一起冲击表面的活性原子都易被表之离子和随离子一起冲击表面的活性原子都易被表面吸收，因而渗镀速度快。例如，在指定的温度和面吸收，因而渗镀速度快。例如，在指定的温度和氮化层深度时，离子渗氮比气体渗氮的时间缩短氮化层深度时，离子渗氮比气体渗氮的时间缩短1倍。倍。（2）可方便地通过调整渗剂气成分、有关电参数和）可方便地通过调整渗剂气成分、有关电参数和气体参数控制渗层组织。气体参数控制渗层组织。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.7等离子体扩散渗入

133、方法等离子体扩散渗入方法（3）由于离子的轰击作用，可以去除氧化膜和钝化）由于离子的轰击作用，可以去除氧化膜和钝化膜，对于那些易氧化或钝化的金属，如不锈钢等膜，对于那些易氧化或钝化的金属，如不锈钢等特别适合。特别适合。（4）辉光放电可均匀地覆盖于工件表面，因此比较）辉光放电可均匀地覆盖于工件表面，因此比较适合形状复杂及多沟槽和孔隙工件的处理。适合形状复杂及多沟槽和孔隙工件的处理。（5）易实现工艺过程的计算机控制。）易实现工艺过程的计算机控制。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.7等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入方法4.7.1离子氮化离子氮化（PlasmaNitrizing）辉光离子

134、渗氮简称离子氮化，是把被处理的工件放辉光离子渗氮简称离子氮化，是把被处理的工件放在真空室，抽真空至在真空室，抽真空至13.31.33Pa，然后充以稀薄的含，然后充以稀薄的含氮气体，在阴阳极间加上直流高压后，气体被电离而氮气体，在阴阳极间加上直流高压后，气体被电离而发生辉光放电，放电过程中氮离子在高压电场的作用发生辉光放电，放电过程中氮离子在高压电场的作用下，冲向阴极表面，产生大量的热把工件加热到所需下，冲向阴极表面，产生大量的热把工件加热到所需的温度，同时氮的离子或原子为工件表面所吸附，并的温度，同时氮的离子或原子为工件表面所吸附，并迅速扩散，形成了一定厚度的氮化层。迅速扩散，形成了一定厚度的

135、氮化层。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.7等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入方法4.7.1离子氮化离子氮化（PlasmaNitrizing）(1)离子氮化机理离子氮化机理普通气体氮化仅靠氮的分解提供活性氮原子，而普通气体氮化仅靠氮的分解提供活性氮原子，而离子氮化是由多种方式提供氮原子。在辉光放电离子氮化是由多种方式提供氮原子。在辉光放电中，具有高能量的氮、氢离子轰击作为阴极的工中，具有高能量的氮、氢离子轰击作为阴极的工件，一部分离子直接为表面所吸附，渗入工件，另件，一部分离子直接为表面所吸附，渗入工件，另一部分通过阴极溅射轰击出电子及铁、氧等原子。一部分通过阴极溅射轰击出电子及

136、铁、氧等原子。溅射出的铁原子与附近的活性氮原子结合，形成溅射出的铁原子与附近的活性氮原子结合，形成FeN，被工件吸收。，被工件吸收。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.7等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入方法4.7.1离子氮化离子氮化（PlasmaNitrizing）(1)离子氮化机理离子氮化机理FeN受到高温作用和离子的轰击会按照受到高温作用和离子的轰击会按照FeNFe2NFe3NFe4N的顺序分解为低价氮化的顺序分解为低价氮化铁，同时析出原子氮。析出的原子氮会向工件内部铁，同时析出原子氮。析出的原子氮会向工件内部渗入。离子的轰击还可使材料生成晶格缺陷，促进渗入。离子的轰击还可使

137、材料生成晶格缺陷，促进氮的扩散。氮的扩散。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.7等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入方法4.7.1离子氮化离子氮化（PlasmaNitrizing）(2)离子氮化层的典型组织离子氮化层的典型组织通常离子氮化层可能出现四种典型组织：通常离子氮化层可能出现四种典型组织：（a）只有扩散层；）只有扩散层；（b）（Fe4N）化合物扩散层；）化合物扩散层；（c）化合物（化合物（Fe3N）扩散层；）扩散层；（d）化合物化合物化合物扩散层。化合物扩散层。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.7等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入方法4.7.1离子氮化离子氮化（

138、PlasmaNitrizing）(2)离子氮化层的典型组织离子氮化层的典型组织化合物韧性较好，强度较高，单相的化合物韧性较好，强度较高，单相的化合物组化合物组织主要用于承受较大动力载荷又要求耐磨的工作条织主要用于承受较大动力载荷又要求耐磨的工作条件。件。化合物耐磨和耐蚀性好，但脆性大。主要用化合物耐磨和耐蚀性好，但脆性大。主要用于耐磨耐蚀工件。纯扩散层主要用于不能增加脆性于耐磨耐蚀工件。纯扩散层主要用于不能增加脆性的模具钢、耐磨合金等工件，用于不锈钢可使其耐的模具钢、耐磨合金等工件，用于不锈钢可使其耐蚀性降低的程度最小；通过控制有关工艺参数可以蚀性降低的程度最小；通过控制有关工艺参数可以获得希

139、望的氮化层。获得希望的氮化层。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.7等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入方法4.7.1离子氮化离子氮化（PlasmaNitrizing）(3)钢离子氮化后的性能钢离子氮化后的性能（a）硬度）硬度钢经离子氮化后表面硬度的提高是明显钢经离子氮化后表面硬度的提高是明显的。当然提高幅度与具体工艺有关。的。当然提高幅度与具体工艺有关。（b）疲劳强度）疲劳强度氮化可以提高疲劳强度，且随氮化氮化可以提高疲劳强度，且随氮化层深度的增加而增加。层深度的增加而增加。（c）强韧性）强韧性只有扩散层时韧性最好，单相只有扩散层时韧性最好，单相氮化氮化物层时次之，单相物层时次之，

140、单相氮化层最差。氮化层最差。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.7等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入方法4.7.1离子氮化离子氮化（PlasmaNitrizing）(4)离子氮化与其它氮化方法的比较离子氮化与其它氮化方法的比较离子氮化与其它氮化方法比较具有如下主要特离子氮化与其它氮化方法比较具有如下主要特点：点：（a）化速度快，处理温度低，热效率高，热变形）化速度快，处理温度低，热效率高，热变形小。小。（b）离子渗氮不生成脆性相，渗层致密，提高了渗）离子渗氮不生成脆性相，渗层致密，提高了渗氮件的耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性能。氮件的耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性能。第六章第六章 表面改性新技

141、术表面改性新技术4.7等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入方法4.7.1离子氮化离子氮化（PlasmaNitrizing）(4)离子氮化与其它氮化方法的比较离子氮化与其它氮化方法的比较（c）用辉光放电直接加热工件表面，无需辅助加热）用辉光放电直接加热工件表面，无需辅助加热设备，方便、节能，又可获得均匀的加热温度。设备，方便、节能，又可获得均匀的加热温度。（d）因为是真空处理，表面无氧化，无污染，劳动）因为是真空处理，表面无氧化，无污染，劳动条件好，社会效益明显。条件好，社会效益明显。（e）用普通方法难以氮化的不锈钢、钛等都可进行）用普通方法难以氮化的不锈钢、钛等都可进行离子氮化。离子氮化。第六

142、章第六章 表面改性新技术表面改性新技术4.7等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入方法4.7.1离子氮化离子氮化（PlasmaNitrizing）(5)离子氮化的应用离子氮化的应用离子氮化的应用范围极广。碳钢、合金结构钢、离子氮化的应用范围极广。碳钢、合金结构钢、高速钢、铸铁、耐热钢及耐蚀钢、难熔金属及其合高速钢、铸铁、耐热钢及耐蚀钢、难熔金属及其合金都可以用离子氮化强化表面。例如，机床工业中金都可以用离子氮化强化表面。例如，机床工业中用离子氮化大批量的齿轮、丝杆、离合器、顶针用离子氮化大批量的齿轮、丝杆、离合器、顶针套、轴等。切削工具通过离子氨化，可提高寿命套、轴等。切削工具通过离子氨化，可提

143、高寿命1.52倍，用于连杆、曲轴的热锻模，寿命提高刃倍，用于连杆、曲轴的热锻模，寿命提高刃140%260%。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5离子注入技术离子注入技术离离子子注注入入是是将将某某一一需需要要注注入入的的化化学学元元素素的的原原子子经经电电离离后后变变成成离离子子，并并将将其其在在电电场场中中加加速速，获获得得较较高高的的动动能能后后注注入入到到固固体体材材料料表表面面，以以改改变变该该材材料料表表面面的的物物理理、化化学学或或机机械械性性能能的的一一种种技技术术。在在离离子子注注入入过过程程中中，具具有有一一定定动动能能的的离离子子射射入入固固体体后后，就就与与固

144、固体体表表层层内的原子核和电子发生随机碰撞。内的原子核和电子发生随机碰撞。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5离子注入技术离子注入技术碰撞过程中，离子不断消耗其能量，离子的碰撞过程中，离子不断消耗其能量，离子的运动方向不断改变。经过一段碰撞过程后，离运动方向不断改变。经过一段碰撞过程后，离子的能量耗尽，就在固体表层内某一部位停留子的能量耗尽，就在固体表层内某一部位停留下来，达到的表面改性的效果。下来，达到的表面改性的效果。离离子子注注入入技技术术首首先先应应用用于于半半导导体体材材料料。该该技技术术使使大大规规模模集集成成电电路路的的研研究究和和生生产产获获得得了了极极大大的的成成

145、功功。70年年代代以以后后才才开开始始用用于于金金属属材材料料的的表表面改质。面改质。 第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.1离子注入的基本原理及注入过程离子注入的基本原理及注入过程离子注入的过程是将需要注入的元素在离离子注入的过程是将需要注入的元素在离子源中进行子源中进行离子化离子化，以数千伏的电压把形成，以数千伏的电压把形成的离子引入的离子引入质量分析器质量分析器，在质量分析器中把，在质量分析器中把具有一定荷质比的离子筛选出来，并导入加具有一定荷质比的离子筛选出来，并导入加速系统，在数千伏到数百千伏的加速电压作速系统，在数千伏到数百千伏的加速电压作用下，高能离子在用下，高能离

146、子在扫描电场扫描电场作用下，可在材作用下，可在材料表面纵横扫描，从而实现高能离子对材料料表面纵横扫描，从而实现高能离子对材料表面的均匀注入。表面的均匀注入。 第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.2离子注入改性的机理离子注入改性的机理离子注入金属后能显著地提高其表面硬离子注入金属后能显著地提高其表面硬度、耐磨性、抗蚀性、抗氧化性和疲劳寿命度、耐磨性、抗蚀性、抗氧化性和疲劳寿命等，基本改性机理如下：等，基本改性机理如下：1损伤强化作用损伤强化作用具有高能量的离子注入金属表面后，将和具有高能量的离子注入金属表面后，将和基体金属离子发生碰撞，从而使晶格大量损基体金属离子发生碰撞，从而使晶

147、格大量损伤。所产生的大量空位在注入热效应作用下伤。所产生的大量空位在注入热效应作用下会集结在位错周围，对位错产生钉扎作用而会集结在位错周围，对位错产生钉扎作用而把该区强化。把该区强化。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.2离子注入改性的机理离子注入改性的机理2固溶强化固溶强化该该强强化化效效果果主主要要体体现现在在像像C，N这这类类小小尺尺寸寸原子半径的间隙原子的注入上，被注入到零原子半径的间隙原子的注入上，被注入到零件表面的件表面的C，N原子往往以间隙的方式固溶于原子往往以间隙的方式固溶于晶体的晶格间隙中，产生强烈的晶格畸变，晶体的晶格间隙中，产生强烈的晶格畸变，从而使材料的变

148、形抗力增加。从而使材料的变形抗力增加。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.2离子注入改性的机理离子注入改性的机理3沉淀强化沉淀强化注入元素（如注入元素（如N，B）固溶于表层的基体）固溶于表层的基体内，使基体过饱和程度增加，达到某一限度内，使基体过饱和程度增加，达到某一限度后，基体内的溶质元素将以某种化合物的形后，基体内的溶质元素将以某种化合物的形式沉淀出来，形成式沉淀出来，形成Fe4N，Fe3N，CrN，TiN等氮化物它们呈星点状镶嵌于材料中，构成等氮化物它们呈星点状镶嵌于材料中，构成硬质合金弥散相，使基体强化。硬质合金弥散相，使基体强化。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技

149、术6.5.2离子注入改性的机理离子注入改性的机理4喷丸强化作用喷丸强化作用高速离子轰击基体表面，也有类似于喷丸高速离子轰击基体表面，也有类似于喷丸强化的冷加工硬化作用。离子注入处理能把强化的冷加工硬化作用。离子注入处理能把20%50%的材料加入近表面区，使表面成的材料加入近表面区，使表面成为压缩状态。这种压缩应力能起到填实表面为压缩状态。这种压缩应力能起到填实表面裂纹和降低微粒从表面上剥落的作用，从而裂纹和降低微粒从表面上剥落的作用，从而提高抗磨损能力。提高抗磨损能力。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.2离子注入改性的机理离子注入改性的机理5使表面氧化膜增厚使表面氧化膜增厚由由

150、于于离离子子注注入入产产生生的的撞撞击击使使被被注注表表面面的的温温度度提提高高，同同时时，离离子子束束的的辐辐照照引引起起原原子子的的扩扩散散增增加加，从从而而使使金金属属表表面面在在空空气气中中已已经经形形成成的的氧氧化化膜膜增增厚厚，往往往往有有些些经经离离子子注注入入的的钢钢试试样样表表面面形形成成一一层层较较厚厚的的深深蓝蓝色色的的Fe3O4膜膜，该该氧氧化化膜膜致致密密，与与钢钢表表面面有有很很强强的的结结合合力力，是是优优良良的的抗抗腐腐蚀蚀保保护护膜膜。该该类类还还可可显显著著降降低低摩摩擦系数。擦系数。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.2离子注入改性的机理离子

151、注入改性的机理6产生表面污染膜产生表面污染膜在离子注入过程中，离子注入机真空系统在离子注入过程中，离子注入机真空系统中的油蒸气经辐射分解，并经离子反冲注入中的油蒸气经辐射分解，并经离子反冲注入样品，使样品近表面层的碳含量增高，在样样品，使样品近表面层的碳含量增高，在样品表面形成一层棕褐色的碳污染膜。近来一品表面形成一层棕褐色的碳污染膜。近来一些试验证明，当碳污染膜的结构为非晶态相些试验证明，当碳污染膜的结构为非晶态相时，其抗腐蚀性将明显提高。时，其抗腐蚀性将明显提高。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.2离子注入改性的机理离子注入改性的机理7使表面产生钝化膜使表面产生钝化膜在钢表

152、面注入易产生钝化膜的元素，如铬、在钢表面注入易产生钝化膜的元素，如铬、铝、硅、钽等，使注入后的材料表面产生一层铝、硅、钽等，使注入后的材料表面产生一层注入元素和氧的化合物膜，从而使表面钝化而注入元素和氧的化合物膜，从而使表面钝化而提高抗腐蚀性。提高抗腐蚀性。8产生表面惰性层产生表面惰性层在材料表面注入惰性元素，如铜、镍等，在在材料表面注入惰性元素，如铜、镍等，在表面形成一层抗腐蚀性较强的惰性表层，使表表面形成一层抗腐蚀性较强的惰性表层，使表层化学稳定性提高，增加抗腐蚀性。层化学稳定性提高，增加抗腐蚀性。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.2离子注入改性的机理离子注入改性的机理9形

153、成非晶态结构形成非晶态结构采采用用重重离离子子以以较较大大的的能能量量对对金金属属表表面面进进行行注注入入，打打乱乱表表层层中中的的原原子子有有序序排排列列结结构构，在在表表面面形形成成一一层层非非晶晶态态层层。由由于于非非晶晶态态中中无无晶晶界界等等缺缺陷陷，微电池数大大下降，抗腐蚀性明显增加。微电池数大大下降，抗腐蚀性明显增加。10产生单相结构表层产生单相结构表层采用离子注入，可以在表层中获得单相的固溶采用离子注入，可以在表层中获得单相的固溶体。由于单相结构避免了异相之间的电极电位差体。由于单相结构避免了异相之间的电极电位差存在，因而具有优良的抗电化学腐蚀的性能。存在，因而具有优良的抗电化

154、学腐蚀的性能。 第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.3离子注入技术的特点离子注入技术的特点（1）离离子子注注入入是是一一个个非非热热平平衡衡过过程程，注注入入离离子子的的能能量量很很高高，可可以以高高出出热热平平衡衡能能量量的的23个个数数量量级级。因因此此，原原则则上上讲讲，周周期期表表上上的的任任何何元素，都可注入任何基体材料。元素，都可注入任何基体材料。（2）注注入入元元素素的的种种类类、能能量量、剂剂量量均均可可选选择择，用用这这种种方方法法形形成成的的表表面面合合金金，不不受受扩扩散散和和溶溶解解度度的的经经典典热热力力学学参参数数的的限限制制，即即可可得得到到用用其它

155、方法得不到的新合金。其它方法得不到的新合金。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.3离子注入技术的特点离子注入技术的特点（3）离离子子注注入入层层相相对对于于基基体体材材料料没没有有边边缘缘清清晰晰的的界界面面，因因此此表表面面不不存存在在粘粘附附破破裂裂或或剥剥落落问问题题，与基体结合牢固。与基体结合牢固。（4）离离子子注注入入控控制制电电参参量量，故故易易于于精精确确控控制制注注入入离离子子的的浓浓度度分分布布，此此分分布布也也可可以以通通过过改改变变注注入入能量加以控制。能量加以控制。（5）离离子子注注入入一一般般是是在在常常温温真真空空中中进进行行，加加工工后后的的工工件件

156、表表面面无无形形变变、无无氧氧化化，能能保保持持原原有有尺尺寸寸精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度，特特别别适适于于高高精精密密部部件件的的最最后后工艺。工艺。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.3离子注入技术的特点离子注入技术的特点（6）可可有有选选择择地地改改变变基基体体材材料料的的表表面面能能量量（湿润性），并在表面内形成压应力。（湿润性），并在表面内形成压应力。缺缺点点：设设备备昂昂贵贵，成成本本较较高高。故故目目前前主主要要用用于于重重要要的的精精密密关关键键部部件件。另另外外，离离子子注注入入层层较较薄薄，如如十十万万电电子子伏伏的的氮氮离离子子注注入入GCr15钢钢中

157、中的的平平均均深深度度仅仅为为0.1m，这这就就限限制制了了它它的的应应用用范范围围。离离子子注注入入不不能能用用来来处处理理具具有有复复杂杂凹凹腔腔表表面面的的零零件件。并并且且，离离子子注注入入零零件件要要在在真真空空室室中中处处理，受到真空室尺寸的限制。理，受到真空室尺寸的限制。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响一、改善材料的摩擦学性能一、改善材料的摩擦学性能1降低摩擦系数降低摩擦系数注入离子可降低摩擦系数，主要原因注入离子可降低摩擦系数，主要原因（1）注入环境下氧化膜更易生成。）注入环境下氧化膜更易生成。（2）高

158、能离子与晶格原子发生碰撞后，引起）高能离子与晶格原子发生碰撞后，引起大量原子从原来的点阵位置上离开，从而导致大量原子从原来的点阵位置上离开，从而导致高度畸变，有时呈非晶态结构，因此，材料表高度畸变，有时呈非晶态结构，因此，材料表面摩擦系数减小。面摩擦系数减小。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响一、改善材料的摩擦学性能一、改善材料的摩擦学性能（3）在零件表面注入一些减磨元素如）在零件表面注入一些减磨元素如Pb+，Ag+，Sn+，N+，S+等，可以明显降低零件等，可以明显降低零件接触表面的粘着倾向，例如，接触表面的粘着倾向，

159、例如，N+注入可以使注入可以使Ti6Al4V的摩擦系数从的摩擦系数从0.4下降到约下降到约0.15，磨损，磨损率减小率减小500倍。倍。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响一、改善材料的摩擦学性能一、改善材料的摩擦学性能2提高表面耐磨性提高表面耐磨性在在材材料料亚亚表表面面注注入入间间隙隙元元素素离离子子，如如B+，C+和和N+，当当注注入入剂剂量量超超过过101 7离离子子/cm2时时，减减磨磨效效果果十十分分显显著著。钢钢中中注注入入轻轻元元素素离离子子会会提提高高磨磨损损抗抗力力的的主主要要原原因因是是，这这些些元元

160、素素具具有有偏偏析析特特性性，即即使使在在室室温温下下也也会会在在位位错错处处偏偏析析，偏偏析析的的原原子子阻阻碍碍了了位位错错的的运运动动，使使表表面面硬硬化化，从从而而提高了耐磨性。提高了耐磨性。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响一、改善材料的摩擦学性能一、改善材料的摩擦学性能AISI52100轴承钢注入高浓度轴承钢注入高浓度Ti或同时注入或同时注入Ti和和C之后，摩擦磨损可明显降低。利用各种之后，摩擦磨损可明显降低。利用各种表面分析技术发现，在表面区域存在一个表面分析技术发现，在表面区域存在一个TiCFe非晶组织。

161、这种非晶碳化物表面的耐磨非晶组织。这种非晶碳化物表面的耐磨抗力比低磨损材料马氏体基合金的耐磨抗力高抗力比低磨损材料马氏体基合金的耐磨抗力高56倍。因此，注入倍。因此，注入Ti和和C是提高合金耐咬合是提高合金耐咬合磨损性能的有效方法。磨损性能的有效方法。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响二、改善材料的抗氧化性能二、改善材料的抗氧化性能离子注入对金属热氧化有很大影响，能把某离子注入对金属热氧化有很大影响，能把某些纯金属氧化物厚度减小些纯金属氧化物厚度减小10倍，并能提高某些倍，并能提高某些高温合金的长期抗氧化能力。离子注入减

162、小化高温合金的长期抗氧化能力。离子注入减小化速率的原因有：速率的原因有：（1）影响薄氧化层中的空间电荷分布；）影响薄氧化层中的空间电荷分布；（2）产生具有较缓慢的离子扩散速度的结晶）产生具有较缓慢的离子扩散速度的结晶相；相；第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响二、改善材料的抗氧化性能二、改善材料的抗氧化性能（3）减小氧化物中短路一扩散路径的密度；）减小氧化物中短路一扩散路径的密度；（4）阻止氧化物破裂，如减小应力引起的氧）阻止氧化物破裂，如减小应力引起的氧化或提高氧化物的机械强度。化或提高氧化物的机械强度。在纯铁试样上沉积

163、在纯铁试样上沉积Si膜，在膜，在500下，用下，用Ar+离子轰击，使离子轰击，使Si溶于溶于Fe中。经这样离子束中。经这样离子束混合，明显地改善了铁在混合，明显地改善了铁在600的抗氧化性，的抗氧化性，氧化速率常常减小氧化速率常常减小2500倍。倍。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响二、改善材料的抗氧化性能二、改善材料的抗氧化性能用用Y+，Ce+注入注入Fe20Cr25Ni合金，显著合金，显著改善其在高温改善其在高温CO2中的长期抗氧化性能，而且中的长期抗氧化性能，而且注人的注人的Ce在氧化物中均匀分布，强烈地抑制了在氧

164、化物中均匀分布，强烈地抑制了氧化物剥落。氧化物剥落。Dearnaley等用等用Al+，Cr+，C+或或Ti+注入到钛中，使热氧化作用和大气中的生注入到钛中，使热氧化作用和大气中的生锈现象减弱。大量实践证明：离子注入技术的锈现象减弱。大量实践证明：离子注入技术的确是改善材料抗腐蚀性的良好途径。确是改善材料抗腐蚀性的良好途径。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响三、改善材料的抗腐蚀性能三、改善材料的抗腐蚀性能注注入入金金属属材材料料表表面面的的高高能能离离子子，将将与与金金属属表表面面晶晶格格原原子子发发生生碰碰撞撞，损损伤伤

165、原原有有晶晶格格结结构构，使使金金属属表表面面由由长长程程有有序序变变为为短短程程有有序序，形形成成非非晶晶态态、无无晶晶界界的的表表面面层层，从从而而提提高高了了金金属属材材料料的的耐耐蚀蚀性性。例例如如，将将钛钛、碳碳离离子子先先后后注注入入工工件件可可产产生生非非晶晶态态表表面面，使使抗抗蚀蚀性性能能大大提高。大大提高。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响三、改善材料的抗腐蚀性能三、改善材料的抗腐蚀性能离离子子注注入入可可在在钢钢零零件件表表面面上上产产生生一一层层难难熔熔的的氧氧化化膜膜，并并加加速速表表面面钝钝化

166、化，这这种种钝钝化化膜膜可可防防止止钢钢在在稀稀释释的的碱碱性性溶溶液液中中发发生生阳阳极极过过程程，使使点点蚀蚀的的可可能能性性大大大大减减弱弱。离离子子注注入入不不但但会会引引起起表表面面形形成成非非晶晶态态，而而且且易易在在金金属属材材料料表表面面生生成成单单相相固固溶溶体体和和亚亚稳稳态态。例例如如，将将Pd、Pt、Ta等等元元素素的的离离子子注注入入Ti中中，可可使使其其在在沸沸腾腾的的1molH2SO4中腐蚀速度降低为中腐蚀速度降低为1000倍。倍。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响三、改善材料的抗腐蚀性能三

167、、改善材料的抗腐蚀性能离离子子注注入入对对大大气气腐腐蚀蚀有有抑抑制制作作用用。例例如如，在在铝铝、不不锈锈钢钢中中注注入入H e +，在在铜铜中中注注入入H e +、Ne+、和和Cr+离离子子，金金属属或或合合金金耐耐大大气气腐腐蚀蚀性性明明显显提提高高。其其机机理理是是离离子子注注入入的的金金属属表表面面上上形形成成了了注注入入元元素素的的饱饱和和层层，阻阻止止金金属属表表面面吸吸附附其其它气体，所以提高了金属耐大气腐蚀性能。它气体，所以提高了金属耐大气腐蚀性能。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响三、改善材料的抗腐蚀

168、性能三、改善材料的抗腐蚀性能B，N这些间隙原子，经常被注入钢铁中以这些间隙原子，经常被注入钢铁中以改善其表面强度。经对注入离子钢的抗腐蚀改善其表面强度。经对注入离子钢的抗腐蚀性研究发现，性研究发现，B+和和N+的注入一般有助于降低的注入一般有助于降低钢在酸和酸性氯化物介质中的腐蚀速率。钢在酸和酸性氯化物介质中的腐蚀速率。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响四、提高材料的抗疲劳性能四、提高材料的抗疲劳性能有有研研究究表表明明，N +注注入入不不锈锈钢钢和和Ti+注注入入马马氏氏体体时时效效钢钢后后，其其疲疲劳劳寿寿命命比比未

169、未处处理理材材料料提提高高810倍倍。美美国国纽纽约约州州立立大大学学的的学学者者将将能能量量为为150keV的的N +离离子子注注入入AISI108钢钢中中，也也发发现现疲疲劳劳寿寿命命提提高高了了。N +的的注注入入提提高高疲疲劳劳性性能能的的原原因因在在于于：Fe16N2细细小小沉沉淀淀相相的的作作用用是是既既可可使使铁铁素素体体相相强强化化，又又易易使使位位错错运运动动，从从而而使使表表面面滑移更加均匀，降低了表面滑移的不均匀性。滑移更加均匀，降低了表面滑移的不均匀性。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响四、提高材

170、料的抗疲劳性能四、提高材料的抗疲劳性能对于面心立方金属采用离子注入技术，发现对于面心立方金属采用离子注入技术，发现对疲劳性能的改善效果远低于铁基合金或钛合对疲劳性能的改善效果远低于铁基合金或钛合金。金。在注入硼离子的铜的显微组织中，存在着位在注入硼离子的铜的显微组织中，存在着位错环。虽然离子注入不改变显微硬度，但却使错环。虽然离子注入不改变显微硬度，但却使疲劳寿命上升了疲劳寿命上升了60%。经过离子注入的试样表。经过离子注入的试样表面没有凸凹区，这表明位错没能穿过近表面区面没有凸凹区，这表明位错没能穿过近表面区域而形成滑移带及其它裂纹萌生的表面缺陷。域而形成滑移带及其它裂纹萌生的表面缺陷。第六

171、章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响四、提高材料的抗疲劳性能四、提高材料的抗疲劳性能Ni中注入中注入B+会使疲劳寿命提高会使疲劳寿命提高1倍，其原因倍，其原因是得到一个高度无序的非晶或微晶组织，此组是得到一个高度无序的非晶或微晶组织，此组织坚硬，限制了驻留滑移带的形成。织坚硬，限制了驻留滑移带的形成。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.4离子注入对材料表面性能的影响离子注入对材料表面性能的影响四、提高材料的抗疲劳性能四、提高材料的抗疲劳性能第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.5离子注入技术的应用离子

172、注入技术的应用离子注入技术是在离子注入技术是在1960年以后引起重视的。年以后引起重视的。由于注入的离子纯洁，首先被用于半导体元件由于注入的离子纯洁，首先被用于半导体元件的制造，目前市场上大部分硅元件都采用该工的制造，目前市场上大部分硅元件都采用该工艺制造；随着高能量离子注入设备的开发，离艺制造；随着高能量离子注入设备的开发，离子注入能力增大，许多新的应用领域被开发。子注入能力增大，许多新的应用领域被开发。一、金属的离子注入一、金属的离子注入离子注入研究和应用比较多的是金属材料，离子注入研究和应用比较多的是金属材料，如钢、钛合金、硬质合金、铬和铝等材料。其如钢、钛合金、硬质合金、铬和铝等材料。

173、其中应用最广泛的是钢铁材料和钛合金。中应用最广泛的是钢铁材料和钛合金。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.5离子注入技术的应用离子注入技术的应用（1）在高精度零件上的应用）在高精度零件上的应用离子注入处理是一种有吸引力的技术，它可离子注入处理是一种有吸引力的技术，它可以满足高精度零件综合性能表面处理的要求。以满足高精度零件综合性能表面处理的要求。轴承和齿轮是具有紧密尺寸公差的零件，只适轴承和齿轮是具有紧密尺寸公差的零件，只适合进行少数常规表面改性处理。离子注入处理合进行少数常规表面改性处理。离子注入处理可以保持高精度轴承和齿轮的尺寸完整性和表可以保持高精度轴承和齿轮的尺寸完整性和

174、表面光洁度，而且在注入层和基体材料之间不存面光洁度，而且在注入层和基体材料之间不存在明显的界面，从而消除了存在于硬质镀层中在明显的界面，从而消除了存在于硬质镀层中的剥离危险。的剥离危险。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.5离子注入技术的应用离子注入技术的应用（1）在高精度零件上的应用）在高精度零件上的应用最近，在高精度仪器轴承上进行钛、碳离子注最近，在高精度仪器轴承上进行钛、碳离子注入是提高合金抗咬合磨损的有效方法。离子注入入是提高合金抗咬合磨损的有效方法。离子注入改善仪器轴承性能的原因是，在界面层润滑条件改善仪器轴承性能的原因是，在界面层润滑条件下消除了滚珠和滚道之间的粗糙接

175、触及冷焊。在下消除了滚珠和滚道之间的粗糙接触及冷焊。在轴承上的成功应用是离子注入处理的重大突破。轴承上的成功应用是离子注入处理的重大突破。采用离子注入处理技术可以很方便而且低成本地采用离子注入处理技术可以很方便而且低成本地处理大量尺寸较小的滚珠轴承。将注入钛和碳离处理大量尺寸较小的滚珠轴承。将注入钛和碳离子的不锈钢滚珠与注入铬和氮离子钢滚道对磨，子的不锈钢滚珠与注入铬和氮离子钢滚道对磨，其耐磨性比没有处理过的钢提高两个数量级。其耐磨性比没有处理过的钢提高两个数量级。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.5离子注入技术的应用离子注入技术的应用（1）在高精度零件上的应用）在高精度零件上

176、的应用在滑动和胶合磨损情况下，注入钽离子可以减在滑动和胶合磨损情况下，注入钽离子可以减少不同钢制零件的摩擦和磨损。美国已将注入钽少不同钢制零件的摩擦和磨损。美国已将注入钽离子的齿轮应用于气轮机的压缩机和直升飞机发离子的齿轮应用于气轮机的压缩机和直升飞机发动机的传动系统。动机的传动系统。英国某公司对在腐蚀磨损工况下工作的喷油嘴英国某公司对在腐蚀磨损工况下工作的喷油嘴进行进行Ti+和和B+的注入，在工作的注入，在工作8000h之后，其孔径之后，其孔径增加仅为增加仅为3050m，而未注入的喷油嘴孔径，而未注入的喷油嘴孔径，在使用在使用3000h之后就扩大了之后就扩大了1000m。第六章第六章 表面改

177、性新技术表面改性新技术6.5.5离子注入技术的应用离子注入技术的应用（2）在工模具上的应用）在工模具上的应用离子注入处理已广泛应用于工模具的表面处离子注入处理已广泛应用于工模具的表面处理，在这方面大多数成功的例子是用于塑料、理，在这方面大多数成功的例子是用于塑料、纸张、合成纤维、软织物等材料成型、切割和纸张、合成纤维、软织物等材料成型、切割和钻孔的工模具。这些工模具都遭受到适度的粘钻孔的工模具。这些工模具都遭受到适度的粘着和磨粒磨损，某些情况下还会由于腐蚀而加着和磨粒磨损，某些情况下还会由于腐蚀而加速磨损过程。这种类型的工模具包括用于高品速磨损过程。这种类型的工模具包括用于高品质穿孔和聚合物板

178、切割的高速钢冲模、塑料和质穿孔和聚合物板切割的高速钢冲模、塑料和纸张印痕切割滚刀等。纸张印痕切割滚刀等。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.5离子注入技术的应用离子注入技术的应用（2）在工模具上的应用）在工模具上的应用氮离子注入处理用于冲制或压制热轧钢和奥氮离子注入处理用于冲制或压制热轧钢和奥氏体不锈钢的高速钢冲头和模具，可以增加它氏体不锈钢的高速钢冲头和模具，可以增加它们的使用寿命们的使用寿命1012倍。倍。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.5离子注入技术的应用离子注入技术的应用（3）在生物医学材料上的应用）在生物医学材料上的应用在矫形医学领域内，离子注入法对减

179、少钛基全在矫形医学领域内，离子注入法对减少钛基全关节取代物的磨损非常有效，其优越的耐磨性是关节取代物的磨损非常有效，其优越的耐磨性是由于增加了钛合金的硬度以及钛合金表面所生成由于增加了钛合金的硬度以及钛合金表面所生成的氧化物、氮化物、碳化物所引起的。的氧化物、氮化物、碳化物所引起的。氮离子的注入可使得钛合金的摩擦系数从氮离子的注入可使得钛合金的摩擦系数从0.49减至减至0.15，大量以钛为基础的人造关节、腕、，大量以钛为基础的人造关节、腕、肩、手指和脚趾，通常都是用离子注入法进行处肩、手指和脚趾，通常都是用离子注入法进行处理的。理的。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.5离子注入

180、技术的应用离子注入技术的应用新一代矫形植入物是用具有生物兼溶性的新一代矫形植入物是用具有生物兼溶性的Ti6Al4V合金制造的，这种合金和传统的合金制造的，这种合金和传统的CoCrMo合金相比，有较优越的耐磨性和耐合金相比，有较优越的耐磨性和耐疲劳性，其弹性模量也较低，它能为骨骼提供疲劳性，其弹性模量也较低，它能为骨骼提供较好的配合。在全关节取代物中，较好的配合。在全关节取代物中，N+离子注离子注入入Ti6Al4V合金在耐磨损方面的改进对矫合金在耐磨损方面的改进对矫形医学的推广有着重大的意义。形医学的推广有着重大的意义。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.5离子注入技术的应用离子注

181、入技术的应用2离子注入陶瓷离子注入陶瓷80年代开始，离子注入应用于陶瓷材料。研年代开始，离子注入应用于陶瓷材料。研究表明，注入陶瓷的离子会形成亚稳的置换固究表明，注入陶瓷的离子会形成亚稳的置换固溶体或间隙固溶体而产生固溶强化。注入产生溶体或间隙固溶体而产生固溶强化。注入产生的缺陷会引起缺陷强化或由于阻碍位错运动引的缺陷会引起缺陷强化或由于阻碍位错运动引起硬化。离子注入还可以消除表面裂纹或减小起硬化。离子注入还可以消除表面裂纹或减小裂纹的严重程度，或在表面产生压应力层，从裂纹的严重程度，或在表面产生压应力层，从而提高材料的力学性能。而提高材料的力学性能。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术

182、6.5.5离子注入技术的应用离子注入技术的应用3离子注入聚合物离子注入聚合物离子注入还可以提高有机聚合物的耐蚀性、离子注入还可以提高有机聚合物的耐蚀性、导电性、抗氧化性及其他性能。例如，在导电性、抗氧化性及其他性能。例如，在158PDA聚丁二炔试样上注入聚丁二炔试样上注入N+离子，可使该材离子，可使该材料在可见光范围内吸收谱完全损失，成为透明料在可见光范围内吸收谱完全损失，成为透明的膜。这是由于的膜。这是由于158PDA失去骨干结合，导失去骨干结合，导致化学改性或链的断裂所致。注入致化学改性或链的断裂所致。注入N+离子剂离子剂量增加时，膜逐渐变为暗灰色，吸收谱具有传量增加时，膜逐渐变为暗灰色，

183、吸收谱具有传导膜特性。导膜特性。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术6.5.5离子注入技术的应用离子注入技术的应用3离子注入聚合物离子注入聚合物在高剂量下，聚合物结构会发生重大变化，在高剂量下，聚合物结构会发生重大变化，电导率显著增加，这是由于离子束辐照下聚合电导率显著增加，这是由于离子束辐照下聚合物发生碳化引起的。例如，离子注入聚苯硫酸物发生碳化引起的。例如，离子注入聚苯硫酸（PPS），电导率提高），电导率提高14个数量级。研究还发个数量级。研究还发现，离子注入能提高天然高分子和合成高分子现，离子注入能提高天然高分子和合成高分子材料的使用寿命。用材料的使用寿命。用Al、Sn、Ni、O、

184、P、B、Si、C等元素的离子注入尼龙、棉纤维、合等元素的离子注入尼龙、棉纤维、合成纤维，都得到较好的结果。成纤维，都得到较好的结果。第六章第六章 表面改性新技术表面改性新技术o9、静夜四无邻，荒居旧业贫。2024/9/242024/9/24Tuesday, September 24, 2024o10、雨中黄叶树，灯下白头人。2024/9/242024/9/242024/9/249/24/2024 7:09:51 AMo11、以我独沈久，愧君相见频。2024/9/242024/9/242024/9/24Sep-2424-Sep-24o12、故人江海别，几度隔山川。2024/9/242024/9/

185、242024/9/24Tuesday, September 24, 2024o13、乍见翻疑梦，相悲各问年。2024/9/242024/9/242024/9/242024/9/249/24/2024o14、他乡生白发，旧国见青山。24 九月 20242024/9/242024/9/242024/9/24o15、比不了得就不比，得不到的就不要。九月 242024/9/242024/9/242024/9/249/24/2024o16、行动出成果，工作出财富。2024/9/242024/9/2424 September 2024o17、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前

186、。2024/9/242024/9/242024/9/242024/9/24o9、没有失败，只有暂时停止成功！。2024/9/242024/9/24Tuesday, September 24, 2024o10、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。2024/9/242024/9/242024/9/249/24/2024 7:09:51 AMo11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。2024/9/242024/9/242024/9/24Sep-2424-Sep-24o12、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。2024/9/242024/9/242024/9/2

187、4Tuesday, September 24, 2024o13、不知香积寺，数里入云峰。2024/9/242024/9/242024/9/242024/9/249/24/2024o14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。24 九月 20242024/9/242024/9/242024/9/24o15、楚塞三湘接，荆门九派通。九月 242024/9/242024/9/242024/9/249/24/2024o16、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2024/9/242024/9/2424 September 2024o17、空山新雨后，天气晚来秋。2024/9/242024/9/24

188、2024/9/242024/9/24o9、杨柳散和风，青山澹吾虑。2024/9/242024/9/24Tuesday, September 24, 2024o10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2024/9/242024/9/242024/9/249/24/2024 7:09:51 AMo11、越是没有本领的就越加自命不凡。2024/9/242024/9/242024/9/24Sep-2424-Sep-24o12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2024/9/242024/9/242024/9/24Tuesday, September 24, 2024o13、知人者智，自知者明。胜

189、人者有力，自胜者强。2024/9/242024/9/242024/9/242024/9/249/24/2024o14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。24 九月 20242024/9/242024/9/242024/9/24o15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。九月 242024/9/242024/9/242024/9/249/24/2024o16、业余生活要有意义，不要越轨。2024/9/242024/9/2424 September 2024o17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2024/9/242024/9/242024/9/242024/9/24MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Fusce id urna blandit, eleifend nulla ac, fringilla purus. Nulla iaculis tempor felis ut cursus. 感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉