材料科学基础第9章附.ppt
*图图6.13 Al-20%Ag合金的魏氏组织合金的魏氏组织,晶界析出及晶界析出及无析出区无析出区*图图6.29 成分起伏随时间成分起伏随时间 而增大的示意图而增大的示意图*图图6.20 Al-Cu合金合金130时效时效的硬度变化的硬度变化*图图6.9 Al-Cu合金中的合金中的G.P.区区结构模型结构模型*图图6.11 Al-Cu合金合金相、相、相合相合相的结构相的结构*图图6.14 合金合金非连续非连续脱溶的成分特点脱溶的成分特点(a)及胞状脱溶物示意图及胞状脱溶物示意图(b)*图图6.15 Fe-Mo合金合金600 时效时效基体及基体及成分成分图图6.16 Fe-23.5%Zn 合金合金 400时的时的成分成分*共析转变共析转变共析转变共析转变*(a)光学组织（光学组织（600）(b)电镜组织（电镜组织（4500）图图5.5 65Mn钢钢450等温淬火后的等温淬火后的上贝氏体上贝氏体组织组织*图图5.6 65Mn钢钢320等温淬火等温淬火下贝氏体下贝氏体组织组织 光学光学显微组织（显微组织（1000）*图图5.6 65Mn钢钢320等温淬火等温淬火下贝氏体下贝氏体组织组织 电镜电镜显微组织（显微组织（18000）*(a)Fe-1.0C-2.0Si-4.0Cr,30030min等温（等温（500）(b)40Cr,5502min等温等温图图5.7 无碳化物贝氏体无碳化物贝氏体*图图 钢的钢的粒状贝氏体粒状贝氏体（600）图图 钢的钢的粒状组织粒状组织（600）*图钢图钢 950加热、加热、25080min 等温后淬火的柱状贝组织等温后淬火的柱状贝组织(a)光学照片光学照片(b)电镜照片电镜照片*奥氏体奥氏体转变过程转变过程 包括包括四个阶段四个阶段：1.奥氏体形核奥氏体形核;2.奥氏体晶核向铁素体奥氏体晶核向铁素体 和渗碳体两侧长大和渗碳体两侧长大;3.渗碳体溶解渗碳体溶解;4.奥氏体成分均匀化。奥氏体成分均匀化。*图图2.22 奥氏体晶粒大小与奥氏体晶粒大小与加热温度加热温度、保温时间保温时间之间的关系之间的关系0.48%C-0.28%Mn）*(a)40钢钢 (b)T10钢钢图图2.23 奥氏体晶粒大小与奥氏体晶粒大小与加热速度加热速度的关系的关系*调质后的调质后的 表面淬火表面淬火 高频淬火高频淬火 火焰淬火火焰淬火 2.渗碳渗碳钢和钢和渗氮渗氮（氮化）钢（氮化）钢*武汉大族金石凯激光系统有限公司武汉大族金石凯激光系统有限公司HANSGS-H6000横流横流CO2激光器激光器性性 能能 指指 标标 光束模式光束模式 多多 模模 放电方式放电方式 针板式放电；免维护针板式放电；免维护 最大输出功率最大输出功率 7KW7KW 额定输出功率额定输出功率6KW6KW 功率调节范围功率调节范围0-7kW0-7kW 功率不稳定度功率不稳定度2%2%电光转换效率电光转换效率 20%20%一次充气一次充气 运行时间运行时间24h24h 运转噪音运转噪音65dB65dB 光束直径光束直径25mm25mm，（窗口），（窗口）光束发散角光束发散角 3mrad3mrad 光束指向光束指向 稳定性稳定性0.2mrad0.2mrad 电力配置电力配置额定输出功率时总电力额定输出功率时总电力60KVA60KVA，三相三相380V10%380V10%四线配置。四线配置。工作气体及工作气体及 气体消耗气体消耗NN2 2：99.99%CO99.99%CO2 2：99.99%99.99%HeHe：99.99%99.99%外形尺寸外形尺寸(mm)(mm)23452345（L L）13201320（WW）23402340（H H）图是中空阴极图是中空阴极图是中空阴极图是中空阴极(HCD)(HCD)等离子体电子枪示意图等离子体电子枪示意图等离子体电子枪示意图等离子体电子枪示意图。HCDHCD(HHollowollow-C-Cathodeathode-D-Dischargeischarge)等离子体电子枪以等离子体电子枪以等离子体电子枪以等离子体电子枪以低压真空辉光放电产生的等离子体作为电子源，与热丝低压真空辉光放电产生的等离子体作为电子源，与热丝低压真空辉光放电产生的等离子体作为电子源，与热丝低压真空辉光放电产生的等离子体作为电子源，与热丝阴极电子枪相比，阴极电子枪相比，阴极电子枪相比，阴极电子枪相比，HCD HCD电子枪可获得束径较大的电子电子枪可获得束径较大的电子电子枪可获得束径较大的电子电子枪可获得束径较大的电子束，并且具有低电压、大电流的输出特性。束，并且具有低电压、大电流的输出特性。束，并且具有低电压、大电流的输出特性。束，并且具有低电压、大电流的输出特性。英国电子束焊接装置英国电子束焊接装置大功率电子束物理气相沉积装置大功率电子束物理气相沉积装置*活塞环槽激光热处理活塞环槽激光热处理激光热处理后的活塞环槽激光热处理后的活塞环槽气缸体套激光热处理气缸体套激光热处理曲轴激光热处理曲轴激光热处理激光熔覆示意图见图激光熔覆示意图见图激光熔覆示意图见图激光熔覆示意图见图2.3(a)2.3(a)，断面形貌和组织形态见附，断面形貌和组织形态见附，断面形貌和组织形态见附，断面形貌和组织形态见附图图图图(表改质表改质表改质表改质p136)p136)。阀门座激光表面熔覆阀门座激光表面熔覆 2.2.激光激光激光激光表面合金化表面合金化表面合金化表面合金化(AlloyingAlloying)激光表面合金化，是利用激光能量使预置层和基体激光表面合金化，是利用激光能量使预置层和基体激光表面合金化，是利用激光能量使预置层和基体激光表面合金化，是利用激光能量使预置层和基体表面一起熔化，并表面一起熔化，并表面一起熔化，并表面一起熔化，并在基体表面一定深度处在基体表面一定深度处在基体表面一定深度处在基体表面一定深度处形成熔池形成熔池形成熔池形成熔池。由。由。由。由于基体表面元素和预置层元素之间的相互混合扩散，在于基体表面元素和预置层元素之间的相互混合扩散，在于基体表面元素和预置层元素之间的相互混合扩散，在于基体表面元素和预置层元素之间的相互混合扩散，在基体表面形成一种既不同于基体成分、也不同于预置层基体表面形成一种既不同于基体成分、也不同于预置层基体表面形成一种既不同于基体成分、也不同于预置层基体表面形成一种既不同于基体成分、也不同于预置层成分的新合金层。成分的新合金层。成分的新合金层。成分的新合金层。激光合金化示意图见图激光合金化示意图见图激光合金化示意图见图激光合金化示意图见图2.3(b)2.3(b)，断面形貌和表面形，断面形貌和表面形，断面形貌和表面形，断面形貌和表面形貌见附图貌见附图貌见附图貌见附图(表改质表改质表改质表改质p142)p142)。激光轧辊表面合金化激光轧辊表面合金化但采取分段真空或者加设但采取分段真空或者加设但采取分段真空或者加设但采取分段真空或者加设金属箔电子透过窗金属箔电子透过窗金属箔电子透过窗金属箔电子透过窗(厚厚厚厚25 25 mm的的的的AlAl、TiTi及其合金及其合金及其合金及其合金)等等等等特殊办法，也可以特殊办法，也可以特殊办法，也可以特殊办法，也可以把电子把电子把电子把电子束引入到大气中束引入到大气中束引入到大气中束引入到大气中，在，在，在，在常压常压常压常压下完成表面淬火下完成表面淬火下完成表面淬火下完成表面淬火。电子束表面淬火电子束表面淬火电子束表面淬火电子束表面淬火,可可可可采采采采用两种方式用两种方式用两种方式用两种方式实现实现实现实现电子束与电子束与电子束与电子束与工件之间的工件之间的工件之间的工件之间的相对运动相对运动相对运动相对运动。一种是调节偏转线圈一种是调节偏转线圈一种是调节偏转线圈一种是调节偏转线圈的电流使电子束移动，而的电流使电子束移动，而的电流使电子束移动，而的电流使电子束移动，而工件静止。其特点是控制工件静止。其特点是控制工件静止。其特点是控制工件静止。其特点是控制精度高，定位准确。精度高，定位准确。精度高，定位准确。精度高，定位准确。另一种方式是电子束另一种方式是电子束另一种方式是电子束另一种方式是电子束静止不动，通过移动载物静止不动，通过移动载物静止不动，通过移动载物静止不动，通过移动载物台使工件移动。台使工件移动。台使工件移动。台使工件移动。不足或膨胀系数不协调而造成的涂层开裂和剥落现象。不足或膨胀系数不协调而造成的涂层开裂和剥落现象。不足或膨胀系数不协调而造成的涂层开裂和剥落现象。不足或膨胀系数不协调而造成的涂层开裂和剥落现象。离子注入离子注入离子注入离子注入的缺点是注的缺点是注的缺点是注的缺点是注入层较浅入层较浅入层较浅入层较浅(通通通通常常常常 1 1mm)，也不能处理也不能处理也不能处理也不能处理复杂工件的复杂工件的复杂工件的复杂工件的凹腔表面。凹腔表面。凹腔表面。凹腔表面。离子注入离子注入离子注入离子注入装置如图装置如图装置如图装置如图所示。所示。所示。所示。离子注入离子注入离子注入离子注入有缺点比较有缺点比较有缺点比较有缺点比较见表。见表。见表。见表。3.3.激光加热激光加热激光加热激光加热真空蒸镀真空蒸镀真空蒸镀真空蒸镀 图是激光加热真空蒸镀装置示意图。图是激光加热真空蒸镀装置示意图。图是激光加热真空蒸镀装置示意图。图是激光加热真空蒸镀装置示意图。通过透过窗通过透过窗通过透过窗通过透过窗将高能密度的激将高能密度的激将高能密度的激将高能密度的激光束引入到真空光束引入到真空光束引入到真空光束引入到真空室内，在蒸发材室内，在蒸发材室内，在蒸发材室内，在蒸发材料表面聚焦后，料表面聚焦后，料表面聚焦后，料表面聚焦后，是材料的表层瞬是材料的表层瞬是材料的表层瞬是材料的表层瞬间气化。利用激间气化。利用激间气化。利用激间气化。利用激光法，可蒸镀光法，可蒸镀光法，可蒸镀光法，可蒸镀AlAl2 2OO3 3、MgOMgO、石墨石墨石墨石墨等难以蒸发等难以蒸发等难以蒸发等难以蒸发的物质。的物质。的物质。的物质。为保证材料为保证材料为保证材料为保证材料均匀蒸发，防止均匀蒸发，防止均匀蒸发，防止均匀蒸发，防止 与基体间的结合。与基体间的结合。与基体间的结合。与基体间的结合。常规混合常规混合常规混合常规混合与与与与界面混合界面混合界面混合界面混合的预沉积层的预沉积层的预沉积层的预沉积层,可以是单层可以是单层可以是单层可以是单层,也可也可也可也可以是多种元素交替沉积的多层结构以是多种元素交替沉积的多层结构以是多种元素交替沉积的多层结构以是多种元素交替沉积的多层结构,每层约为每层约为每层约为每层约为10nm10nm厚。厚。厚。厚。动态离子混合，动态离子混合，动态离子混合，动态离子混合，是在蒸镀或电沉积的同时，用离子是在蒸镀或电沉积的同时，用离子是在蒸镀或电沉积的同时，用离子是在蒸镀或电沉积的同时，用离子束进行轰击的束进行轰击的束进行轰击的束进行轰击的工艺方法。工艺方法。工艺方法。工艺方法。通过控制蒸通过控制蒸通过控制蒸通过控制蒸镀或电沉积的镀或电沉积的镀或电沉积的镀或电沉积的速度和时间，速度和时间，速度和时间，速度和时间，可在基体上形可在基体上形可在基体上形可在基体上形成任意厚度的成任意厚度的成任意厚度的成任意厚度的合金层或化合合金层或化合合金层或化合合金层或化合物层。用动态物层。用动态物层。用动态物层。用动态离子混合法成离子混合法成离子混合法成离子混合法成功地制备了功地制备了功地制备了功地制备了AlNAlN和和和和BNBN。3.3 离离 子子 镀镀3.3.1 3.3.1 离子镀的原理与特点离子镀的原理与特点离子镀的原理与特点离子镀的原理与特点 1.1.离子镀离子镀离子镀离子镀原理原理原理原理 离子镀是借助离子镀是借助离子镀是借助离子镀是借助惰性气体惰性气体惰性气体惰性气体在在在在真空条件下的辉光放电真空条件下的辉光放电真空条件下的辉光放电真空条件下的辉光放电，使，使，使，使蒸发后的蒸发后的蒸发后的蒸发后的一部分原子离子化一部分原子离子化一部分原子离子化一部分原子离子化并处于活性状态，然后在外并处于活性状态，然后在外并处于活性状态，然后在外并处于活性状态，然后在外加电场作用下向基体表面加加电场作用下向基体表面加加电场作用下向基体表面加加电场作用下向基体表面加速冲击而沉积成膜的工艺过速冲击而沉积成膜的工艺过速冲击而沉积成膜的工艺过速冲击而沉积成膜的工艺过程。离子镀原理见图。程。离子镀原理见图。程。离子镀原理见图。程。离子镀原理见图。2.2.离子镀离子镀离子镀离子镀特点特点特点特点 惰性气体辉光放电产生的惰性气体辉光放电产生的惰性气体辉光放电产生的惰性气体辉光放电产生的离子和部分电离的蒸发材料离子和部分电离的蒸发材料离子和部分电离的蒸发材料离子和部分电离的蒸发材料离子离子离子离子,向带负电的基体向带负电的基体向带负电的基体向带负电的基体(工件工件工件工件)表面冲击时形成溅射效应表面冲击时形成溅射效应表面冲击时形成溅射效应表面冲击时形成溅射效应,不不不不仅对基体表面有清洗作用，仅对基体表面有清洗作用，仅对基体表面有清洗作用，仅对基体表面有清洗作用，2.DC2.DC三极三极三极三极、四极四极四极四极离子溅射离子溅射离子溅射离子溅射 三极三极三极三极或或或或四极四极四极四极溅射溅射溅射溅射(右图右图右图右图)是是是是以以以以DCDC二极溅射为基础二极溅射为基础二极溅射为基础二极溅射为基础,在真在真在真在真空室内设置热阴极。由于热空室内设置热阴极。由于热空室内设置热阴极。由于热空室内设置热阴极。由于热阴极能够产生足够的电子，阴极能够产生足够的电子，阴极能够产生足够的电子，阴极能够产生足够的电子，因此可在较低电压因此可在较低电压因此可在较低电压因此可在较低电压(0-2kV)(0-2kV)和低真空和低真空和低真空和低真空 1010-1-1至至至至 1010-2-2Pa)Pa)条件下完成溅射镀膜。条件下完成溅射镀膜。条件下完成溅射镀膜。条件下完成溅射镀膜。DC DC二极、二极、二极、二极、三极三极三极三极或或或或四极四极四极四极溅溅溅溅射装置射装置射装置射装置,只能用于导电性靶材的溅只能用于导电性靶材的溅只能用于导电性靶材的溅只能用于导电性靶材的溅射镀膜。如果射镀膜。如果射镀膜。如果射镀膜。如果用高频用高频用高频用高频Z Z)电源取代直流电源电源取代直流电源电源取代直流电源电源取代直流电源(右下图右下图右下图右下图)，利用，利用，利用，利用离子和电子的移动速度差离子和电子的移动速度差离子和电子的移动速度差离子和电子的移动速度差,在绝缘在绝缘在绝缘在绝缘性靶材表面感应形成负偏压性靶材表面感应形成负偏压性靶材表面感应形成负偏压性靶材表面感应形成负偏压,即可即可即可即可对对对对绝缘性靶材绝缘性靶材绝缘性靶材绝缘性靶材溅射镀膜溅射镀膜溅射镀膜溅射镀膜。图是现代典型线材火焰喷枪的剖面图。图是现代典型线材火焰喷枪的剖面图。图是现代典型线材火焰喷枪的剖面图。图是现代典型线材火焰喷枪的剖面图。火焰喷涂通常用火焰喷涂通常用火焰喷涂通常用火焰喷涂通常用乙炔乙炔乙炔乙炔和和和和氧氧氧氧组合组合组合组合燃烧燃烧燃烧燃烧而提供热量，其而提供热量，其而提供热量，其而提供热量，其它燃料气体还可采用甲基乙炔它燃料气体还可采用甲基乙炔它燃料气体还可采用甲基乙炔它燃料气体还可采用甲基乙炔-丙二烯丙二烯丙二烯丙二烯(MPS)(MPS)、丙烷、氢、丙烷、氢、丙烷、氢、丙烷、氢气或天然气。在线材火焰喷枪中，燃气火焰主要用于线气或天然气。在线材火焰喷枪中，燃气火焰主要用于线气或天然气。在线材火焰喷枪中，燃气火焰主要用于线气或天然气。在线材火焰喷枪中，燃气火焰主要用于线 材的熔化。喷涂线材可以采用丝材、棒材和带材，但必材的熔化。喷涂线材可以采用丝材、棒材和带材，但必材的熔化。喷涂线材可以采用丝材、棒材和带材，但必材的熔化。喷涂线材可以采用丝材、棒材和带材，但必须配以特定的喷枪。须配以特定的喷枪。须配以特定的喷枪。须配以特定的喷枪。5.3.3 5.3.3 粉末火焰粉末火焰粉末火焰粉末火焰喷涂喷涂喷涂喷涂 粉末火焰喷涂与线材火焰喷涂不同之处，是喷涂材料粉末火焰喷涂与线材火焰喷涂不同之处，是喷涂材料粉末火焰喷涂与线材火焰喷涂不同之处，是喷涂材料粉末火焰喷涂与线材火焰喷涂不同之处，是喷涂材料采用粉末，且采用粉末，且采用粉末，且采用粉末，且一般不用压缩空气一般不用压缩空气一般不用压缩空气一般不用压缩空气。图是粉末火焰喷涂。图是粉末火焰喷涂。图是粉末火焰喷涂。图是粉末火焰喷涂的典型装置的典型装置的典型装置的典型装置,图是图是图是图是粉末火焰喷枪剖面图。粉末火焰喷枪剖面图。粉末火焰喷枪剖面图。粉末火焰喷枪剖面图。粉末装在料斗内粉末装在料斗内粉末装在料斗内粉末装在料斗内,料斗料斗料斗料斗可以与喷枪构成一体，可以与喷枪构成一体，可以与喷枪构成一体，可以与喷枪构成一体，也可以单设一个送粉器也可以单设一个送粉器也可以单设一个送粉器也可以单设一个送粉器与枪联接。工作时以少与枪联接。工作时以少与枪联接。工作时以少与枪联接。工作时以少量气体运载粉末进入氧量气体运载粉末进入氧量气体运载粉末进入氧量气体运载粉末进入氧-燃料气体中燃料气体中燃料气体中燃料气体中,火焰使粉火焰使粉火焰使粉火焰使粉末熔化并喷射到基体表末熔化并喷射到基体表末熔化并喷射到基体表末熔化并喷射到基体表面。面。面。面。普通的火焰粉末喷枪，普通的火焰粉末喷枪，普通的火焰粉末喷枪，普通的火焰粉末喷枪，由于喷出的颗粒速度较由于喷出的颗粒速度较由于喷出的颗粒速度较由于喷出的颗粒速度较小小小小,火焰温度较低火焰温度较低火焰温度较低火焰温度较低,因此因此因此因此涂层的粘结强度及涂层本身的综合强度都比较低涂层的粘结强度及涂层本身的综合强度都比较低涂层的粘结强度及涂层本身的综合强度都比较低涂层的粘结强度及涂层本身的综合强度都比较低,且比且比且比且比 当当当当乙炔含量为乙炔含量为乙炔含量为乙炔含量为4545时时时时,氧氧氧氧-乙炔混合气产生约为乙炔混合气产生约为乙炔混合气产生约为乙炔混合气产生约为31413141的自由燃烧温度，但在的自由燃烧温度，但在的自由燃烧温度，但在的自由燃烧温度，但在爆炸条件下爆炸条件下爆炸条件下爆炸条件下可能可能可能可能超过超过超过超过42004200，因，因，因，因而绝大多数粉未能够熔化。而绝大多数粉未能够熔化。而绝大多数粉未能够熔化。而绝大多数粉未能够熔化。图是爆炸枪示意图，包括一个内径约为图是爆炸枪示意图，包括一个内径约为图是爆炸枪示意图，包括一个内径约为图是爆炸枪示意图，包括一个内径约为2525mmmm，长，长，长，长为为为为1 1mm的水冷枪以及附属的气体粉末流量控制装置。粉末的水冷枪以及附属的气体粉末流量控制装置。粉末的水冷枪以及附属的气体粉末流量控制装置。粉末的水冷枪以及附属的气体粉末流量控制装置。粉末在高速枪中的输运距在高速枪中的输运距在高速枪中的输运距在高速枪中的输运距离远大于等离子枪，离远大于等离子枪，离远大于等离子枪，离远大于等离子枪，这是爆炸喷涂粒子速这是爆炸喷涂粒子速这是爆炸喷涂粒子速这是爆炸喷涂粒子速度高的原因。当粉末度高的原因。当粉末度高的原因。当粉末度高的原因。当粉末射出流管以后，用氮射出流管以后，用氮射出流管以后，用氮射出流管以后，用氮气流清洗枪管。爆炸气流清洗枪管。爆炸气流清洗枪管。爆炸气流清洗枪管。爆炸次数约次数约次数约次数约4 4-8 8次次次次/s s。每次爆炸的粉末流每次爆炸的粉末流每次爆炸的粉末流每次爆炸的粉末流产生一个直径近产生一个直径近产生一个直径近产生一个直径近2525毫毫毫毫米和几微米厚的圆形涂层，整个涂层即由这样些小圆形米和几微米厚的圆形涂层，整个涂层即由这样些小圆形米和几微米厚的圆形涂层，整个涂层即由这样些小圆形米和几微米厚的圆形涂层，整个涂层即由这样些小圆形薄片重叠而成，重叠的过程是严密控制的，尽量减少基薄片重叠而成，重叠的过程是严密控制的，尽量减少基薄片重叠而成，重叠的过程是严密控制的，尽量减少基薄片重叠而成，重叠的过程是严密控制的，尽量减少基体受热和残余应力，以生成光滑的涂层。体受热和残余应力，以生成光滑的涂层。体受热和残余应力，以生成光滑的涂层。体受热和残余应力，以生成光滑的涂层。图是图是图是图是Jet KoteJet Kote喷枪喷枪喷枪喷枪(内燃烧式内燃烧式内燃烧式内燃烧式)结构示意图。结构示意图。结构示意图。结构示意图。*
