[實用新型]基于大面積電子束的工件表面快速涂覆重熔裝置

有效

• 申請號: 201220159716.2
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN202558940U
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 胡建軍;許洪斌;金艷;李暉;陳元芳
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C23C26/00
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

技術領域

本實用新型涉及對金屬工件表面加工處理技術的改進，具體指對金屬工件的表面利用大面積電子束進行快速涂覆并合金化的裝置，主要用于工件表面的強化和鍍膜，屬于材料表面處理技術領域。

背景技術

材料表面技術是近年來研究比較熱門的領域，其中，表面合金化工藝是表面強化技術中最有前途的工藝方法。利用這種工藝可在一些表面性能差、價格便宜的基體金屬表面制出耐磨，耐蝕、耐高溫的表面合金，用于取代昂貴的整體合金，節約貴重金屬材料和戰略材料，使廉價合金獲得更廣泛的應用，從而大幅度降低成本。另外，它還可用來制造出在性能上比傳統方法更優的表面涂層，由于材料表面重熔引起晶界原子的迅速擴散，從而讓表面的合金與齒輪基體很好的結合，齒輪表面電子束合金化處理獲得的金屬膜和金屬基體為一個整體，避免了類似于涂層的剝落，解決了一般涂覆薄膜材料的結合力不足問題。這種工藝可根據工件表面性能的要求，合理地選擇合金元素，從而在普通基材表面獲得特殊性能的合金層，這項工藝的優點還表現在它的處理區域的高度局部性和合金粉末選擇的靈活性上。同時也可以在基體較輕的結構材料表面制作表面性能較強的膜，既解決了工件設計的輕量化，同時也解決了高性能材料基體太脆韌性不夠的問題。

近十幾年來，利用脈沖高能密束(電子束、離子束、激光束)進行金屬材料表面精整加工和改性得到了迅速發展。當高能量密度的射束作用到材料表面時，大量的能量會在短時間里沉積在材料表面的薄層中，被加熱層的溫度迅速升高，導致局部熔化、汽化等現象。當輸入能量結束時，工件表面會急速冷卻。經過這幾個過程的綜合作用，材料表面層的性質會發生明顯地變化。這樣就可以使材料表面具有用常規方法難以達到的物理、化學或力學性質。

利用電子束技術，使基體材料表面薄層與根據需要加入的合金元素同時快速熔化、混合，形成厚度為幾個um到1個mm的表面熔化層，熔化層由于常溫基體的作用快速冷卻下來，冷卻速度可達10⁶℃／s～10⁸℃／s，相當于急冷淬火技術所能達到的冷卻速度，又由于熔化層液體內存在著擴散作用和表面張力效應等物理現象，使材料表面僅在很短時間內就形成了具有要求深度和化學成份的表面合金化層。

使用電子束進行加工，一般都是把電子束經過聚焦變成很細的高密度能束之后，用于精密切割和高功能精密焊接等方面的加工。與此相反，這里將要介紹的電子束照射裝置是能對大面積產生較均勻的高能量密度的電子束。

國內外材料表面合金化技術主要包括：

①利用激光進行材料表面合金化。近幾年的研究，多集中在以激光作為高密度能源的表面合金化工藝方面。這種以激光為高密度能源的表面合金化技術，存在著以下問題：首先，現有的激光表面合金化研究，多采用單光束斑，由于束斑的能量密度分布不均勻，難以獲得表面平整的合金層；另外，由于激光寬帶掃描裝備尚未成熟，難以得到寬帶堿灰表面合金層，而且，激光器的能量轉換效率低，因此，激光表面合金化技術離實用化階段還很遙遠。

②利用電子束進行表面合金化。在材料表面預涂覆合金元素，利用電子束能量瞬間沉積在材料次表層很小的區域內，從而使材料極快速地升溫到相變溫度或熔化溫度以上，實現合金化的過程。傳統的電子束材料表面合金化需要在別的設備上預先涂覆合金層，而且其采用的圓形截面電子束加工，束斑重疊區域能量分布不均勻，材料表面應力集中，加工效率相對較低。

因此，激光由于束斑的能量密度分布不均勻，能量轉換效率低，傳統的電子束材料表面合金化需要在別的設備上預先涂覆合金層，加工效率低。所以需要設計一種適合金屬零件的表面快速涂覆重熔方法及裝置。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本實用新型的目的是提供一種生產效率高、且表面應力分布均勻的基于大面積電子束的工件表面快速涂覆重熔裝置。

本實用新型解決技術問題的技術手段是這樣實現的：

基于大面積電子束的工件表面快速涂覆重熔裝置，它包括真空室，在真空室外設有電子束源和擠壓頭，電子束源產生的電子束可進入真空室內，擠壓頭用于放置需要涂覆的合金元素并將合金元素擠壓出來涂覆在工件上，擠壓頭的出口豎直向下位于真空室內；在真空室內設有工作臺和光闌，工作臺用于放置工件并受設于真空室外的工作臺控制系統控制而帶動工件水平移動；光闌位于電子束源正下方僅讓部分電子束選擇性通過以照射工件。

所述真空室外設有真空系統，真空系統用于對真空室抽真空以達到需要的真空度。

所述真空室壁上設有觀察真空室內狀況的觀察視窗。

相比現有技術，本實用新型具有如下優點：