铝合金电子束表面改性

1、材料科学与工程材料科学与工程铝及其合金的电子束表面改性铝及其合金的电子束表面改性12报告内容报告内容背景简介电子束表面改性的介绍文献阅读31.1.背景介绍？背景介绍？1.1 1.1 研究背景研究背景4 铝合金（包括铝基复合材料）是工业中应用最广泛的一类有铝合金（包括铝基复合材料）是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料之一，因其具有很多优异性能，应用于汽车、航色金属结构材料之一，因其具有很多优异性能，应用于汽车、航空航天、铁路等部门。空航天、铁路等部门。 但未经表面强化处理的铝合金，其表面的但未经表面强化处理的铝合金，其表面的AlAl2 2O O3 3 膜通常只有膜通常只有0.05-0.15m

2、0.05-0.15m，且膜层疏松多孔，且膜层疏松多孔, ,容易脱落，塑性剪切抗力和加工硬容易脱落，塑性剪切抗力和加工硬化性能较低。化性能较低。 表面强化是改进铝合金表面性能的一种有效方法。在干摩擦表面强化是改进铝合金表面性能的一种有效方法。在干摩擦和润滑条件下均能提高其耐磨性。和润滑条件下均能提高其耐磨性。 1.2 1.2 其他铝合金表面强化处理的缺点其他铝合金表面强化处理的缺点5 阳极氧化法和化阳极氧化法和化学氧化法。但其学氧化法。但其膜质地软，耐磨膜质地软，耐磨性差，厚度薄，性差，厚度薄，硬度低，承载场硬度低，承载场合容易破坏。合容易破坏。 电镀和化学镀，电镀和化学镀，但其方法费时但其方法

3、费时费力，用完的费力，用完的电解液对环境电解液对环境有较重的污染。有较重的污染。 对铝合金而言，对铝合金而言，能获得特殊性能能获得特殊性能的表面合金层，的表面合金层，但表面粗糙，易但表面粗糙，易产生微裂纹。产生微裂纹。 设备昂贵，处理设备昂贵，处理效率低，难以推效率低，难以推广。广。化学转化膜处理金属涂层处理技术离子注入激光处理技术1.3 1.3 电子束表面强化技术的特点电子束表面强化技术的特点6电子束表面强化1. 电子束技术快速加热可以得到超细微组织，提高材料的强韧性。处理过程在真空中进行，可以减少表面氧化等影响。2. 电子束的能量利用率高，可以对材料进行局部处理，节约能源，表面淬火是自行冷

4、却，不需要冷却介质和设备。3. 电子束能快速进行表面合金化，在极短的时间内完成常规热处理几小时甚至几十小时的渗透效果。4. 电子束工艺参数可控，因此可以控制材料表面强化层的位置、深度和组织性能。 5. 电子束技术可以对复杂零件表面进行处理，用途广泛。72.2.什么是电子束表面处理什么是电子束表面处理呢？呢？2.1 2.1 电子束表面改性装置示意图电子束表面改性装置示意图8从电子枪阴极表面发射的电子，经加速后直接轰击需要处理的工件表面，瞬时的能量转换和沉积使“表面层”（几个m到几十个m）温度急剧升高，而“基体”仍保持“冷态”，电子束结束照射时，加热区域的热量迅速向基体扩散，表面层的温度急剧下降，

5、从而在表面改性层中形成特定的加热、冷却过程，类似于常规热处理过程。电子束中心部分和边缘部分的加热强度有差别，因此会造成表面改性的不均匀。2.2 2.2 脉冲式电子束脉冲式电子束9传热量少，热量迅速扩撒，避免过多的能量损失；电子束以极短时间的脉冲输出，避免金属蒸汽产生，电子束不会散射；改善能量密度分布。2.3 2.3 脉冲式电子束脉冲式电子束10还可以添加合金元素哦还可以添加合金元素哦113.3.文献阅读文献阅读3 3 文献阅读文献阅读通过电子束扫描在铝合金表面加纳米通过电子束扫描在铝合金表面加纳米AlAl2 2O O3 3-Al -Al 粉的研究粉的研究12133.1 原材料ADC12铝合金，

6、尺寸 ：40mm*40mm*40mm铝合金成分如表所示：铝合金成分如表所示：3.2 3.2 样品预处理样品预处理14把铝材切割成r=8-10mm, h=3mm 的样品，并用乙醇清洗水槽中加入硼砂；纳米粉Al2O3-Al (Al-90%,Al2O3-10%)用乙醇清洗并吹干用80KN 的力将纳米粉压在样品表面3.3 3.3 电子束表面处理电子束表面处理15扫描电子束的参数3.5.1 3.5.1 结果与讨论结果与讨论- -微观结构微观结构16(a)陶瓷层，再融化层，基地；(b)基底的微观结构，包括：合金和片层状的Si；(c)(d)微观结构变为非平衡结晶态，Al3O2-Al纳米粉末融入基体。原因：在

7、过冷条件下，由于金属导热，重结晶完整，形核率增加，生长速度降低，使晶粒取向得到改善。3.5.2 3.5.2 结果与讨论结果与讨论- -成分分析成分分析1753.088%-Al，43.726%-O3.5.3 3.5.3 结果与讨论结果与讨论- -硬度分析硬度分析18硬度随距离变化关系3.5.4 3.5.4 结果与讨论结果与讨论- -300N300N时的磨损失重曲线时的磨损失重曲线19204结论1. 1.电子束扫描后所得陶瓷层的厚度约电子束扫描后所得陶瓷层的厚度约2mm; 2mm; 由由于于Al2O3-Al Al2O3-Al 粉末融入基体，陶瓷层中出现新粉末融入基体，陶瓷层中出现新相；再融化组织在陶瓷层和基体层之间得到。相；再融化组织在陶瓷层和基体层之间得到。2. 2. 电子束表面处理后硬度比原来提高了电子束表面处理后硬度比原来提高了1.561.56倍。倍。3. 3. 耐磨率明显提高耐磨率明显提高4. 结论结论21 参考文献参考文献1 Deqiang Wei. Study of electron-beam Scaning on the durface of Aluminum Alloy with nano-sized Al2O3-Al powerd.J Advanced Manufacturing Technology.2魏德强. 电子束扫描对铝合金表面强化层的影响