电子束加工技术

1、哈 尔 滨 理 工 大 学技 能 训 练 论 文题 目：电子书加工技术 院 、 系：机械动力工程学院 专 业：机械制造及其自动化姓 名： 孙甲魁 指导教师： 敖晓春 2010年1月9日电子束加工技术摘要电子束的发现至今已有100多年，早在1879年Sir William Crookes发现在阴极射线管中的铂阳极因被阴极射线轰击而熔化的现象。接着到上世纪初的1907年，Marcello Von Pirani进一步发现了电子束作为高能量密度热然的可能性，第一次用电子束做了熔化金属的实验，成功地熔炼了钽。直到近代1960年夏，由日本电子公司为日本科学技术厅所属的金属材料所研制了第一台电子束焊机。电子

2、束加工（Electron Beam Machining，简称EBM）。它在精密微细方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用。电子束加工主要用于打孔、焊接等的精加工和电子束光刻化学加工。关键词 电子束；原理；特点；组成；应用目录摘要I第一章 绪论4第二章 电子束加工技术的原理5第三章 电子束加工技术的特点7第四章 电子束加工装置的组成 9 第五章 常用几种电子束加工技术的介绍11第六章 电子束加工技术在国内外的应用17第七章 UG 5.0制作简易轮盘的步骤22总结26参考文献27第一章 绪论电子束加工利用电子束的热效应可以对材料进行表面热处理、焊接、刻蚀、钻孔、熔炼，或直接使材料升华。电子束曝

3、光则是一种利用电子束辐射效应的加工方法。作为加热工具，电子束的特点是功率高和功率密度大，能在瞬间把能量传给工件，电子束的参数和位置可以精确和迅速地调节，能用计算机控制并在无污染的真空中进行加工。根据电子束功率密度和电子束与材料作用时间的不同，可以完成各种不同的加工。电子束加工包括焊接、打孔、热处理、表面加工、熔炼、镀膜、物理气相沉积、雕刻以及电子束曝光等，其中电子束焊接是发展最快、应用最广泛的一种电子束加工技术。电子束加工的特点是功率密度大，能在瞬间将能量传给工件，而且电子束的能量和位置可以用电磁场精确和迅速地调节，实现计算机控制。因此，电子束加工技术广泛应用于制造加工的许多领域，如航空、航天

4、、电子、汽车、核工业等，是一种重要的加工方法。 近年来，随着电磁场控制技术的发展，并结合电子束在磁场中易控的特点，开发了一种新型的电子束加工方法快速扫描电子束加工技术。这种通过电磁场的控制实现电子束的快速偏转扫描的方法越来越显出其技术的优势，在航空航天制造领域中获得了广泛的应用。技能训练之电子束加工技术是我们对大学学习的一次深入的综合性的总考核，也是一次理论联系实际的训练，这次设计使我们能综合运用特种加工技术以及精密超精密加工技术的理论知识，并结合实习中学到的实践知识，独立地分析和解决问题，初步具备了通过文献检索，书籍查找等方式对一种新技术的认识，学习，最终以论文的形式把学习的知识成文等基本技

5、能的一次实践机会。 因此，它在我们大学生活中占有重要地位。就我个人而言，我也希望通过这次设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性心理，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，对未来的工作发展打下一个良好的基础。第二章 电子束加工技术的原理现在的社会可以说电视机很平凡，很常见了。而且它的成像原理就如同我今天要说的电子束加工原理。电子束是在真空条件下，利用聚焦后能量极高（106109w/cm2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间（几分之一微妙）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化，被真空系统抽走。下面特殊介绍一

6、下快速扫描电子束加工技术原理，如图1 所示，就是通过对电子枪偏转线圈和聚焦线圈的控制，使电子束在工件上按特定的轨迹、速率和能量快速偏转而实现快速扫描电子束加工。由于电子束几乎没有质量和惯性，可以实现非接触的偏转，而且通过电压控制，可以在不同的位置切换时控制束流通断，这样，束流就可以在构件的不同位置以极高的频率切换。由于材料的热惯性，通过束流与材料的相互作用，在这些位置上就会同时产生冶金效果，实现电子束的扫描加工。如果在不同的束流之间改变聚焦位置或者束流强度，则可以实现多功能加工技术，如多束流加工技术、电子束“毛化”技术以及电子束快速成型技术等。 总的来说，电子束加工的基本原理是：在真空中从灼热

7、的灯丝阴极发射出的电子，在高电压(30200千伏)作用下被加速到很高的速度，通过电磁透镜会聚成一束高功率密度（105109w/cm2）的电子束。当冲击到工件时，电子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻槽和切割等加工。由于电子束和气体分子碰撞时会产生能量损失和散射，因此，加工一般在真空中进行。 电子束加工机由产生电子束的电子枪、控制电子束的聚束线圈、使电子束扫描的偏转线圈、电源系统和放置工件的真空室，以及观察装置等部分组成。先进的电子束加工机采用计算机数控装置，对加工条件和加工操作进行控制，以实现高精度的自动化加工。电子束加工机的功率

8、根据用途不同而有所不同，一般为几千瓦至几十千瓦。第三章 电子束加工技术的特点电子束加工的主要优点是：1. 电子束能聚焦成很小的斑点(直径一般为0.010.05毫米)，且可控 ,可以用于精密加工适合于加工微小的圆孔、异形孔或槽；2. 功率密度高，能加工高熔点和难加工材料如钨、钼、不锈钢、金刚石、蓝宝石、水晶、玻璃、陶瓷和半导体材料等；3. 无机械接触作用，无工具损耗问题；4. 加工速度快，如在0.1毫米厚的不锈钢板上穿微小孔每秒可达3000个，切割1毫米厚的钢板速度可达240毫米分。5. 设备的使用具有高度灵活性 ,并可使用同一台设备进行电子束焊接、 表面改善处理和其他电子束加工; 6. 电子束

9、加工是在真空状态下进行 ,对环境几乎没有污染; 7. 对于各种不同的被处理材料 ,其效率可高达 75%98% ,而所需的功率则较低; 8. 能量的发生和供应源可精确地灵活移动 ,并具有高的加工生产率; 9. 可方便地控制能量束 ,实现加工自动化;其主要缺点是:a. 由于使用高电压，会产生较强 X射线，必须采取相应的安全措施；b. 需要在真空装置中进行加工；c. 设备造价高等。电子束加工对设备和系统的真空度要求较高 ,使得电子束加工 价格昂贵 ,一定程度上限制了其在生产中的应用.。由于电子束流具有以上特点 ,目前已被广泛地应用于高硬度、易氧化或韧性材料的微细小孔的打孔,复杂形状的铣切,金属材料的

10、焊接、熔化和分割,表面淬硬、光刻和抛光 ,以及电子行业中的微型集成电路和超大规模集成电路等的精密微细加工中。随着研究的不断深入 ,电子束加工已成为高科技发展不可缺少的特种加工手段之一。电子束加工广泛用于焊接（见电子束焊），其次是薄材料的穿孔和切割。穿孔直径一般为0.031.0毫米，最小孔径可达0.002毫米。切割0.2毫米厚的硅片，切缝仅为0.04毫米，因而可节省材料。最重要的是，这些特性具有高的分解力和长的电场深度,电场是由于高能电子的短波产生的。电子束加工按其功率密度和能量注入时间的不同，可用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理和光刻加工等。第四章 电子束加工装置的组成在许多工业领域中，电子束

11、聚焦后能量密度极高（106109 w/cm2），并以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在极短的的时间（几分之一秒）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化或气化。电子束加工装置主要由电子枪、真空系统、控制系统及电源电源等部分组成。了解电子束加工的结构是为了更好的的控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，就可以达到不同的加工目的，如果只使材料局部加热就可进行电子束热处理；使材料局部熔化可进行电子束焊接；提高电子束能量密度，使材料熔化和气化，就可进行打孔、切割等加工；利用较低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化的原理，进行电子

12、光刻加工。如：电子束爆光可以用到电子束扫描，将聚焦到小于1um的电子束斑在大约0.55mm的范围，可爆光出任意图形；甚至可以在几毫米见方的硅片上安排十万个晶体管或类似的元件。电子枪是获得电子束的装置，它包括电子发射阴极、控制栅极和加速阳极等。其中阴极经电流加热发射电子，带负电荷的电子高速飞向带高电位的正极，在飞向正极的过程中，经过加速，又通过电磁镜把电子束聚焦成很小的束流。发射阴极一般用纯钨或钽做成阴极。大大功率时用钽做成块状阴极。在电子束打孔装置中，电子枪阴极在工作过各中受到损耗，因此每过1030 h就得进行定期更换。控制栅极为中间有孔的圆筒形，其上加以较阴极为负的偏压，既能控制电子束的的强

13、弱，以有初步的聚集作用。加速阳极通常接地，而在阴极加以很高的负电压以驱使电子加速。真空系统 是为了保证在电子束加工时达到1.3310-21.3310-4Pa的真空度。因为只有在高真空时，电子才能高速运动。为了消除加工时的金属蒸气影响电子发射，使其不稳定现象，需要不断地把加工中产生的金属蒸气抽去。它一般由机械旋转泵和油扩散泵或涡轮分子泵两部分组成，先用机械旋转泵把真空室抽至1.40.14Pa的初步真空度，然后由油扩散泵或涡轮分子泵抽至0.0140.00014的高真空度。控制系统是由束流聚焦控制、束流位置控制、束流强度控制以及工作台位移的控制等组成。束流聚焦控制是为了提高电子束的的能量密度，使电子

14、束聚焦成很小的束流，它基本上决定着加工点的孔径或缝宽。聚焦一种是利用高压静电场使电子流聚焦成细束；另一种比较可靠是利用“电磁透镜（实际上是为一电磁线圈，通电后它产生的轴向磁场与电子束中心线相平行，径向磁场则与中心线垂直。）”靠磁场聚焦。 束流强度控制是为了使电流得到更大的运动速度，常在阴极上加上50150KV以上的负高压。加工时，为了避免热量扩散到不用加工的部位，常使用电子束间歇脉冲性地运动。工作台的移控制是为了在加式过程中控制工作台的位置。如果在大面积加工时有伺服电机控制工作台移动并与电子束的偏转相配合将减少像差和影响线性。第五章 常用几种电子束加工技术的介绍多束流电子束加工多束流电子束加工

15、(Multibeam Technology) 是指采用2束以上的电子束对材料或结构进行处理和加工的一种方法。多束流电子束可以由多个电子枪产生，也可以由1个电子枪通过电磁场的控制而产生。电子束在不同的位置快速移动，由于移动的频率很高从而产生多束的效果。本文所提到的多束流电子束都是指由1个电子枪通过电磁场控制而产生的多束。 电子束扫描技术早在20世纪70 年代就已经用于消除电子束焊接缺陷，但是由于控制技术的限制，最近才开始用于多束流焊接和其他加工技术。德国Steigerwald、PTR和Pro-beam等公司都进行过相关研究，主要是在束流偏转设备方面；Aachen大学的焊接研究所在这方面的研究也比

16、较多，主要是在多束流的束流品质、能量分配及加工过程中热、力、冶金的相互作用方面。英国焊接研究所的Oliver Nello等人设计和建立了可编程偏转系统，该系统具有使电子束在X 、Y轴快速偏转并以相似的速度调节电子束焦点（Z轴）的能力，可用于电子束多束流焊接过程应力变形控制的研究。 在国内，北京航空制造工程研究所“十一五”期间在国家自然科学基金（多束流电子束加工的热效应）的基础上搭建了多束流技术试验平台，开展了多束流扫描控制技术的研究，并用于电子束焊接过程中应力和变形的动态控制，降低了试件的焊接残余应力，从而减小最终变形。上海交通大学曾对扫描轨迹可控的电子束加工技术进行研究，初步实现了扫描方式的

17、灵活控制，并尝试进行了一些相关的试验，但由于试验设备等条件的限制，比较侧重于理论方面的验证和控制平台的搭建，相应系统有待于进一步优化和完善，工程应用研究也有待于进一步的开展。多束流电子束加工技术主要应用于多束流焊接技术，用于提高焊接效率，减少焊接变形，改善难熔易裂材料的焊接性、焊缝性能等。多束流电子束的应用可以方便、迅速（通过电磁场非接触地控制几乎没有质量的电子运动）地调节电子束加工过程中的热量分布，从而对其力学过程和冶金过程进行动态控制，减小应力和变形，防止焊接过程中的热裂倾向，形成高质量的加工部件。图4是德国Pro-beam 公司采用3束电子束同时焊接齿轮的实例，结果表明与单束电子束焊接相

18、比，此种方式可以明显减小齿轮焊接变形，而且大大提高了加工效率。 另外，多束流电子束加工技术还可用于异种材料的连接：通过调节不同位置的停留时间，控制在不同区域的能量输入。例如，接头一边的材料熔化，而另一边的材料仍处于加热状态（扩散焊），这样就可以实现固态不完全熔化的异种材料的有效连接。可见，多束流电子束加工技术在多方面都有很大的应用潜力。电子束“毛化” 技术电子束“毛化” 技术（Electron Beam Surfi-sculpt）是英国焊接研究所（TWI）Bruce Dance 等人近年来发明的一种新型电子束加工技术，它借助于电磁场对电子束的复杂扫描控制而在金属材料表面产生特殊的成形效果。其基

19、本过程是在真空环境中，通过快速响应偏转线圈和复杂信号控制程序精确控制电子束流，使其按照某种特定的方式、特定的规律、一定的速度和能量作用于材料表面，并在材料表面形成金属的微小熔池。一旦材料开始形成熔池，电子束将通过磁场的扫描控制被迅速转移到其他位置，而熔化的液态金属在表面张力及金属蒸汽压力的共同作用下，向束流移动相反的方向流动，并在熔池后方快速冷却、凝固。随着束流的重复扫描，熔池前端的金属被继续转移到熔池后端，经过不断的堆积、冷却、凝固，逐渐形成一定形状和大小的“凸起”（毛刺），产生表面“毛化”的效果，而在熔池前端形成很小的凹坑或者凹槽状的“刻蚀”。自发明电子束“毛化”技术以来，英国焊接研究所在

20、该领域开展了大量的研究工作，开发了成熟的电子束“毛化”设备，而且在工艺研究方面也取得了长足的进步。通过控制电子束的工艺参数(包括电子束的加速电压、电流和聚焦)，加上特殊的扫描波形，即可在不同的金属（如不锈钢、钛合金及铝合金等）上产生各种不同的表面，包括高宽比大的尖峰突起、蜂窝结构、无毛刺的孔穴、刀刃、通道、旋涡和网纹。 对任何纹理的结构，都可以通过改变尺寸、形状、入射角和特征分布来定制客户所需的表面。目前已经成功制备尺寸从10um-20mm的毛刺。图2是电子束毛化的几种表面形貌。该技术不仅能够加工其他工艺无法实现的表面造型，而且在真空操作下可以避免表面污染。在国内，有关电子束“毛化”技9术的研

21、究刚刚起步，北京航空制造工程研究所在现有电子束焊接设备和电子束加工技术的基础上率先开展研究，通过分析电子束“毛化”技术的原理，设计了快速偏转扫描线圈，搭建了电子束扫描控制系统，实现了电子束“毛化”技术，并在不同的金属表面产生不同的毛化形貌，见图3。 英国焊接研究所正在研究将电子束“毛化”技术应用到金属与复合材料的连接技术上，将这种技术称为Comeld技术。该技术先通过电子束“毛化”在金属表面上形成毛刺，预处理后将复合材料置于金属上，通过加温、加压共同固化，即可得到这种金属和复材连接的Comeld接头，如图5 所示。 根据TWI的研究，这种Comeld接头比传统的同尺寸接头能承受更高的载荷，断裂

22、前吸收的能量也远高于后者，而且可以通过优化毛刺的结构分布形式提高这种接头的韧性。此项技术在未来飞机金属与复合材料连接领域有着重要的应用。另外，电子束“毛化”技术还可以用在金属材料的表面改性如涂层制备上，如图6、图7所示。这种表面处理技术在促进基质与涂层的粘合方面具有非常广阔的应用前景。它可以通过增加表面粗糙度来增加涂层附着力，避免分层。毛刺的形状与尺寸可以影响涂层的微观组织，甚至可以改变涂层表面上的裂纹生长机理。同时，凹入特征改善了同邻接部件的机械互锁，而突出特征有助于关节界面均匀分布应力。该技术的灵活性还可应用于定制特殊表面，例如，将突起特征排列在最大应力的方向，或者改变结构特征的密度使部件

23、上应力均匀分布。由于该工艺在真空下完成，生成的表面非常洁净，有助于连接应用。 电子束快速成型技术电子束快速成型技术（Electron Beam Melting，EBM）是一种集成了计算机、数控、电子束和新材料等技术而发展起来的先进制造技术。电子束在计算机的控制下按零件截面轮廓的信息有选择地熔化金属粉末，并通过层层堆积，直至整个零件全部熔化完成；最后，去除多余的粉末便得到所需的三维产品。与激光及等离子束快速成型相比，电子束快速成型技术具有能量利用率高、加工速度快、运行成本低、高真空保护等优点，是高性能复杂粉末冶金件的理想快速制造技术。 相对于激光及等离子快速成型，电子束快速成型出现较晚，但自20

24、01年瑞典Arcam公司确立电子束快速制造技术以来，该技术凭借在粉末近净成型精度、效率、成本及零件性能等方面的独特优势，在国外很快成为研究前沿。美国北卡罗来纳州大学、英国华威大学、德国纽伦堡大学、波音公司、美国Synergeering集团、德国Fruth Innovative Technologien公司及瑞典VOLVO公司积极开展了相关研究工作。研究表明，EBM能显著地减少生产时间并降低生产成本，尤其适合形状复杂金属部件的小批量生产，任何外表奇异复杂的金属部件都可以一次快速成型。其技术与设备被用于生产零部件的直接制造业，并在航空制造、汽车制造、医疗植入物及模具制造等领域均有出色表现。 目前，

25、国内航空航天、汽车及生物医学等领域对复杂结构及多孔结构有巨大需求，但由于电子束快速成型设备及工艺还不成熟，暂时无法满足航空航天高性能复杂零件实际应用要求。清华大学进行过电子束选区快速成型技术研究，并购买了1 台中压的国产电子束设备，将其真空室进行改造，增加Z 向工作台，安装铺粉系统，利用电磁场的控制使电子束按照预定的轨迹进行逐行扫描，从而实现简单的三维零件的快速成型。由于束流品质（如束斑品质、束流稳定性、聚焦效果等）的影响，电子束扫描控制的精度和灵活性还有待进一步提高，制作试件的质量检测和力学性能也正在研究中。 电子束快速成型技术一经面世即引起各国众多科研机构以及制造业界的高度重视，目前已有美

26、国、德国、意大利及日本一些高技术公司和科研机构将该技术用于机械制造业以及航空航天、汽车和医疗植入器材等领域。美国Calcam公司采用电子束快速制造技术制备出了全致密、力学性能优于锻件的Ti6Al4V叶轮部件。瑞典Arcam公司采用电子束快速成型技术制造了特殊的钛合金点阵结构及复杂的发动机部件，见图8和图9。 国内在无法获得设备及相关技术的条件下进行自主开发研究，在钛合金电子束快速成型研究方面取得了较大的进展。西北有色金属研究院多孔材料国家重点实验室开展了电子束快速成型工艺的研究工作，在钛及钛合金复杂结构及多孔结构的电子束快速制造工艺、应力及变形控制方面积累了实践经验，并制造出复杂的钛合金叶轮样

27、件。第六章 电子束加工技术在国内外的应用基于电子束加工的这种原理，它在加工中得到了广泛应用。这里我将重点谈谈它在焊接方面的技术应用。电子束加工是利用电能转化为热能，通过热能使经书局部熔化。而在现代的传统焊接技术当中也是将常用的220V电压或者380V的工业用电通过电焊机里的减压器降低了电压，增强了电流，利用电能产生的巨大热量融化钢铁。这种极度相似的原理是电子束焊接成为了现实，而且他的焊接精度极高，速度极快。当高能量密度的电子束轰击焊件表面时，使焊件接头处的金属熔融，形成焊件表面熔池。如果焊件按一定速度沿着罕见接缝与电子束做相对移动，则接缝上的熔池由于电子束的离开而重新凝固，使焊件的整个接缝形成

28、一个接缝。电子束的焊接过程是首先把电子枪和室内的空气抽出来，使之成为为真空。灯丝通电，加热阴极，阴极受热后向外发射电子，阴极发射出来的电子流在阴极与阳极间，在高压电场中加速，以每秒大于16万公里的速度射向焊件，电子的动能装化为热能，使焊件迅速熔化，为了使电子束能量高度集中，电子束要经过聚焦系统聚焦成一点，偏转线圈使电子束对准焊缝，工作台经传动系统，使焊件移动成焊件过程。在焊接过程中，如果电子束的移动速度与焊件的移动速度达不到动态平衡，那么焊件接缝口出的焊缝就会凸凹不平，精度的不到保证。不经如此，由于电子束的能量密度高，焊接速度快，所以电子束焊接的焊缝深而窄，热影响区小，变形小。电子束焊接一般不

29、用焊条（这不同于传统焊接），焊接过程在真空中进行，因此焊接化学成份纯净，焊接接头处的强度往往高于母材。电子束焊接还能完成一般焊接方法难以难以实现的异种金属焊接。如铬青铜与双相不锈钢异种材料电子束熔钎焊，铜和不锈干的焊接。由于两种材料的熔点、热导率等热物理性能存在显著差异。在电子束焊接过程中接头母材两侧热量的分布极不均匀，这种相对于对接接头中线非对称温度场的形成将导致两侧母材熔化不均，在电子束对中焊接头中线两侧形成了非对称分布的温度场，从而导致两侧母材熔化不均。在对中焊时，两侧母材虽都有熔化参与熔池形成，但由于二者熔点、密度、原子活性及高温流动性的差异，在快速移动电子束深穿作用下两侧熔化母材金属

30、尚未在液态无限互溶即开始结晶凝固，从而形成焊缝宏观组织的不均匀。而解决这种问题的途径就是增加电子束距对接中线弱侧偏移值，使之受热达到均匀化。电子束焊接技术是将高能电子束作为加工热源,用高能量密度的电子束轰击焊件接头处的金属 ,使其快速熔融 ,然后迅速冷却来达到焊接的目的。其的特点如下：1. 电子束焊接的能量密度高 ,可焊接一般电弧焊难以实现的焊缝; 2. 电子束焊接是在真空中进行 ,焊缝的化学成分稳定且纯净 ,接头强度高 ,焊缝质量高; 3 电子束焊接速度快 ,热影响区小 ,焊接热变形小; 4 电子束焊接适用于焊接几乎所有的金属材料; 5 电子束焊接可获得深宽比大的焊缝 (20 150 1)

31、,焊接厚件时可以不开坡口一次成形;6 电子束焊接结合计算机技术 ,实现了工艺参数的精确控制 ,使焊接过程完全自动化。在加工精度方面，电子束焊接远远超过传统焊接技术。主要原因是：1. 电子束是在真空中加工，保护作用好，而传统焊接是在空气中操作，纯度得不到保证。2. 电子束焊接接头不开波口，装配不留间隙，焊接时不加填料金属，街头光滑整洁。3. 热源能量密度大，焊接速度快，变行小，焊缝深而窄。4. 可进行穿入式的成型焊接，这是传统焊接所不能做到的。5. 电子束可以精确的确定焊缝的位置,精度和重复性误差为 0%。6. 最大的穿透深度,可达15MM、最高的深宽比大于10:1焊接直径可达400MM电子束焊

32、接所需线能量小，而焊接速度高，因此焊件的热影响区小、焊件变形小，除一般焊接外，还可以对精加工后的零部件进行焊接。应用领域里，电子束焊接主要应用于：1. 航空与航天领域:飞行器构件、喷气式发动机部件、起落架。2. 汽车工业领域：高速齿轮、液力变矩器涡轮组件、驾驶舱模块横梁、保护气囊、后桥等。3. 动力与原子能：压力容器、核反应堆燃料棒、汽轮机喷管隔板等。4. 电子与医疗：继电器壳体、压力传感器、心脏起搏器壳体等。5. 电机与仪表：电机的定子转子叠片与整流子、膜合。其他：双金属（锯条、热敏元件、冷却器）、金刚石钻头等。电子束加工技术在表面工程中的应用有以下几个方面1、 电子束表面改性电子束表面改性

33、是利用电子束的高能、 高热特点对材料表面进行改性处理。主要的改性手段有:电子束表面合金化、电子束表面淬火、 电子束表面熔覆、 电子束表面熔凝以及制造表面非晶态层。经过改性后的材料表面组织结构得到改善 ,强度和硬度得到大幅提高 ,耐腐蚀性和防水性也相应地得到增强。2、 电子束物理气相沉积电子束物理气相沉积 ( EB2 PVD)是电子束技术与物理气相沉积技术的有机结合 ,是利用高能电子轰击沉积材料 ,使其迅速升温气化而凝聚在基体材料表面的一种表面加工工艺。根据沉积材料的性质 ,可以使涂层具有优良的隔热、 耐磨、 耐腐蚀和耐冲刷性能 ,对基体材料产生一定的保护作用。该技术目前主要应用于以下几个方面。

34、1） 耐磨涂层:选用硬度高的耐磨涂层材料沉积于工具和模具表面 ,可以大幅度提高工具和模具的使用寿命。2) 防腐涂层:由于 EB2 PVD技术制备出的涂层致密程度高 ,对于在腐蚀环境下工作的零件 ,其防腐效果非常好。除此之外 , EB2 PVD得到的涂层形貌良好 ,残余应力也明显地提高了基体材料的防腐性能。3) 热障涂层:热障涂层 ( T BCs)是由绝热性能良好的陶瓷材料构成 ,它沉积在耐高温金属或超合金表面 ,热障涂层对于基底材料起到隔热作用 ,降低基底温度 ,使得用其制成的器件 (如发动机涡轮叶片 )能在高温下运行 ,并且可以使器件 (发动机等 )热效率达到 60%以上。同时 , T BC

35、s还具有抗腐蚀和抗氧化的作用。4) 航空和航天发动机方面的应用:现在 , EB2 PVD工艺已经成功地将氧化物涂层和多层金属 /陶瓷涂层 ,以较高的沉积速率应用于涡轮发动机等大型零件。由 EB2 PVD所制备的涂层可以提高其与基体的结合力 ,克服了传统喷涂工艺所带来的涂层组织结构不均匀、 颗粒未熔化,以及孔隙与基体结合强度较差等缺陷 ,从而使零件的使用寿命大幅度提高。5) 制备微层材料:微层材料 (纳米和微米多层材料)具有可设计性强的特点 ,可通过选择材料体系、 设计多层结构、 调整制备工艺以及主要工艺参数 ,对材料的基本性能进行控制 ,以获得满足各种不同用途的材料。EB2 PVD可以蒸发多种

36、高熔点的材料 ,还可以精确控制薄膜厚度和均匀性 ,并可利用该工艺制备不同层间距及层厚比的多层材料。特种加工之电子束加工技术在国际上日趋成熟，应用范围广。国外定型生产的40kV300kV的电子枪(以60kV、150kV为主)，已普遍采用CNC控制，多坐标联动，自动化程度高。电子束焊接已成功地应用在特种材料、异种材料、空间复杂曲线、变截面焊接等方面。目前正在研究焊缝自动跟踪、填丝焊接、非真空焊接等，最大焊接熔深可达300mm，焊缝深宽比20：1。电子束焊已用于运载火箭、航天飞机等主承力构件大型结构的组合焊接，以及飞机梁、框、起落架部件、发动机整体转子、机匣、功率轴等重要结构件和核动力装置压力容器的制造。如：F-22战斗机采用先进的电子束焊接，减轻了飞机重量，提高了整机的性能；“苏-27”及其它系列飞机中的大量承力构件，如起落架、承力隔框等，均采用了高压电子束焊接技术。国内多种型号的飞机及发动机和多种型号的导弹壳体、油箱、尾喷管等结构件均已