1、5.1基本概念摩擦学负荷：一个固体的、液体的或气体的对偶件通过接触和相对运动对另一物体施加的负荷称为摩擦学负荷，以区别于引起物体（主要是机械零件）破坏和失效的其他类负荷。 磨损的表现：磨损表现为松脱的细小颗粒（磨屑）的出现，以及表现为受摩擦学负荷表面上材料性质（化学的、物理的、金相组织的、机械工艺的）和形状的（形貌和尺寸、粗糙度、表面层厚度）变化。 磨损的作用：磨损通常是不希望出现的，即它是消极的、不利的。但在某些例外情况下，例如在磨合过程中，磨损也可能是有益的；加工过程可认为是创造价值的工艺过程，此时虽然在刀具和工件表面之间也发生与磨损过程同样的摩擦学过程，但对于被加工的工件来说，不能认为遭
2、到磨损。,5.金属材料成形过程中的磨损,战斗机上钛合金磨损,磨损：磨损是伴随摩擦而产生的必然结果，它是相互接触的物体在相对运动时，表层材料不断发生损耗的过程，或者产生残余变形的现象。机械零件的磨损过程：3个阶段： （1）跑合（磨合）阶段：oa表面磨平，实际接触面积增大，磨损速度先快后慢。 （2）稳定磨损阶段：ob表面加工硬化，微观几何形状改变，变为弹性接触。磨损速度稳定，磨损量与磨损时间成正比。 （3）“急剧”磨损阶段：b摩擦条件，如温度等发生变化，磨损速度急剧增大，出现了噪音和振动，零件完全失效。,磨损特性曲线(浴盆曲线)：,第一个图中的纵坐标表示单位时间的磨损量，称磨损率。通常在磨合期内，
3、磨损率比较大，并是递降的。然后进入一个较长时间的稳定期，磨损率较小并保持不变。直至某一点，斜率陡升，这预兆着磨损急剧增大，失效即将发生。,1磨合阶段：磨损率降低、磨损量增加2稳定期：磨损率不变、磨损量呈线性微量增加3失效：磨损率迅速增大、磨损量增加,磨损危害：大部分机械零件失效是由于磨损引起的，75的零件破坏是磨损引起的。金属材料成形过程中工具的磨损：由于加工工具经过预处理，所以不存在3个阶段，只存在稳定磨损阶段。成形工具在稳定磨损时间过长，即使用时间久，工艺条件差，造成工具表面粗糙、尺寸偏差等而报废。,5.2 磨损的评价指标由磨损引起的材料损失的量称为磨损量W ，它的倒数称为耐磨性=1/W
4、。对于耐磨性，常常有人把它看作材料的固有性质“耐磨强度”，这是一种误解。一个作为材料固有性质的“耐磨强度”是不存在的。磨损或耐磨性是与很多因素有关的系统特性。为了对比不同材料的磨料磨损特性，规定度量单位：相对耐磨性:r=(试样)/(标样) 磨损量线磨损以摩擦表面法向尺寸的磨损量来衡量磨损多少；体积磨损以体积的减少量来衡量磨损多少；以重量的损失量来衡量磨损的多少。磨损率是指磨损量对产生磨损的行程或者时间的比值。 滑动单位距离的材料磨损量；单位时间的材料磨损量；每转或每一往复行程材料的磨损量。,5.3 磨损的类型 粘着磨损:两个表面产生黏着焊合时，如果黏着点受到剪切破坏，表面材料由一个表面转移到另
5、外一个表面的现象，称为黏着磨损。磨料磨损:摩擦过程中，接触表面间存在硬质颗粒或凸出物，造成材料的脱落损失，称为磨料磨损。疲劳磨损:由于材料表面承受周期性载荷，造成表面产生应力和应变，周期性接触应力使表面发生疲劳破坏，材料表面出现裂纹和微片，或者颗粒的损失，称为疲劳磨损。腐蚀磨损:摩擦过程中，金属表面同周围介质发生化学反应或者电化学反应，产生材料损失，称为腐蚀磨损，又称为化学磨损，可分为氧化磨损和特殊介质化学磨损。微动磨损:两个接触表面发生相对低幅振动而引起的材料的磨损，称为微动磨损。冲蚀磨损:固体颗粒、流体、气体、电火花等流束冲击固体表面而造成的磨损，称为冲蚀磨损。热磨损:由于温度升高，造成金
6、属表面出现颗粒脱落、材料转移等现象，称为热磨损。,几类常见磨损外观表现形式,5.4 磨损机理 黏着磨损机理按照摩擦表面损伤程度可划分为五类粘着磨损,按照摩擦表面损伤程度可划分为五类粘着磨损,ts粘t1， t2,t1 ts粘t2,ts粘t1， t2,黏着磨损机理二表面凸体接触时，接触应力很高，导致软物体接触部位产生塑性变形温度升高，形成粘着点，粘着点在切应力下产生变形，软物体粘附在硬物体凸体部位。设摩擦面上有 n个微凸体相接触，其中一个微凸体的屈服极限为s。若微凸体是圆锥形，其接触面的平均直径为 d，则全载荷P为：P=n（d2/4）s,在滑动L距离上，直径d的半球状(体积d3 12)微粒由于粘着
7、磨损，便脱落掉，这时滑动距离L之间的总磨损量如下：W=(d3 /12）（n L /d）每个体积 总个数联合上两式，消去d，则有：W1/3PL/s 上式表明总的磨损量与载荷P及滑动距离L成正比，而与屈服应力s成反比(或者说与材料的硬度成反比)。显然，上述公式只作为研究滑动摩擦时定性分析磨损的参考，因为还有许多重要因素没有包括在内。,n个,L,简化的粘着磨损计算公式：,式中：Wv粘着磨损的体积磨损量； H摩擦副中较软一方的材料硬度； FN法向载荷； s滑动行程； K磨损系数，按不同的滑动材料组合和不同的摩擦条件试验测得。,磨损系数K急剧增加的 名义压力临界值,由公式得到以下三条定律：1.材料磨损量
8、与行程成正比； 2.材料磨损量与载荷成正比（名义压力在临界值内）； 3.材料磨损量与较软材料的硬度成反比；,名义压力不超过引起磨损系数K急剧增大的临界值时，某些工作条件下的K值,由上述公式得到以下三条定律：1.材料磨损量与行程成正比； 2.材料磨损量与载荷成正比； 3.材料磨损量与较软材料的硬度成反比；使用范围： 第1定律可适用于多种条件。 第2定律只适用于有限的载荷范围。实验证明，当压力不超过大约HB/3（HB钢的布氏硬度）时，钢-钢摩擦副的K值接近常量，因而磨损率与载荷成正比；而超过此压力后K值急剧增大，因而磨损率也急剧增大。结论是，在超过HB/3的临界载荷时就会发生大面积的严重粘着。对于
9、其他金属，K值开始增大时的平均压力往往低于HB/3，也获得了同样的结果。实际上，在法向载荷下，临界载荷HB/3是个别微凸体下面的塑性区开始相互作用的压力，而当压力超过HB/3时将使表面微凸体之间呈现塑性接触，因而真实接触面积不再与载荷成正比。当有切向力（摩擦力）存在时，法向压力低于HB/3也会发生这种情况。 设计中选择许用应力必须低于材料硬度的1/3，才有可能减轻或不发生粘着磨损。,影响粘着磨损的因素,（1）表面载荷 当表面压力达到一定的临界值，并经过一段时间后才会发生胶合，这个载荷称为胶合载荷。,（2）表面温度 摩擦过程中产生的热量使表面温度升高，在表面接触点附近形成半球形的等温面，在表层内
10、一定深度处各接触点的等温面将汇合成共同的等温面。最外层是变形区，产生热量，因此便面温度最高；又因热传导作用造成变形区非常大的温度梯度。变形区以内为基体温度，变化平缓。 表面温度特性对于摩擦表面的相互作用和破坏影响很大。表面温度可使润滑膜失效，而温度梯度引起材料性质和破坏形式沿深度法向变化。,（3）摩擦副材料,脆性材料的抗粘着磨损的能力比塑性材料高。 相同金属或者互溶性大的材料组成的摩擦副粘着效应较强，容易发生粘着磨损。,磨料磨损机理,磨料磨损特点是磨料作用于材料的表面。磨料磨损不局限发生在某些材料中，这主要取决于配对件或中间磨粒的硬度，金属、陶瓷或聚合物材料都有可能出现剧烈的磨料磨损。实际中，
11、磨料磨损主要发生在采矿、物料运输、农机或工程机械作业和原材料加工处理过程中。若沙粒或尘粒进入零件副的滑动面或滚动面上，则同样会发生严重的磨料磨损，如开式齿轮传动等。若磨屑不能从它形成的地方被润滑油带走并过滤掉，也会导致磨料磨损。,a. 粗糙硬表面或表面镶嵌的磨粒在软表面上的滑动； b.自由磨粒在表面中的捕捉状态, 两种磨料磨损的作用形式： a 与切削、磨削加工类似的磨粒磨损； b 具有高强度、硬度的颗粒进入两个接触表面间犁出沟槽。,磨料受力分解和作用：磨料在外力作用下以一定的角度与材料表面相接触，这时作用在磨粒上的力可分解为垂直和水平分力，垂直分力可使磨粒压入材料表面，水平分力则使磨粒作切向运
12、动，在材料表面产生擦伤，或切削，结果在材料表面留下磨痕。 当被磨材料具有一定塑性时，压入的磨粒可分两类：（1）磨粒运动方向和棱角有利于切削时，它对金属表面产生擦伤，或者显微切削。（2）压入深度较浅的圆滑的磨粒，倾向于只在材料造成塑性变形产生擦伤或犁沟作用，即在磨粒作用处材料被挤压推移到磨粒运动路径的两侧，中间形成犁沟，两侧形成堆积隆起，堆积隆起的材料已受到严重的塑性损伤，很容易在其它磨粒作用下被磨掉。,冲蚀磨损,冲蚀磨损有时也归类于磨料磨损。磨粒速度、冲击角度和磨粒尺寸决定了撞击粒子的动能，它与速度的平方成正比。经过颗粒的反复撞击就可能产生冲蚀磨损的磨屑。,类似于磨粒磨损的情况，冲蚀磨损的起因
13、也是塑性变形或脆性断裂，具体的磨损机理取决于比冲蚀材料和工况参数。对于延展性材料和脆性材料，冲击角度对磨损率的影响有所不同。延展性材料的磨损是塑性变形过程所致，冲蚀粒子剥离材料依靠位移或切削作用。冲蚀粒子在脆性材料的冲击点上产生辐射状的交错裂纹，它是导致脆性材料剥离的原因。,很多机械设备中都会遇到固体颗粒的冲蚀磨损。在汽轮机叶片、直升机和飞机推进器、飞机风窗玻璃、喷砂机的喷嘴、燃煤式涡轮机、煤浆管道运输的水压涡轮和离心泵等设备中都有吸入沙粒的冲蚀磨损。另一方面，冲蚀磨损在喷沙处理、剔除毛刺、硬质材料冲蚀钻孔等方面是一项非常有用的技术。,影响磨粒磨损的因素 （1）载荷 根据磨粒磨损的简单模型可知
14、，磨损量与载荷成正比。但这种线性关系一般都以临界值，达到此极限载荷，线性关系开始破坏。 （2）滑动距离 若磨粒在滑动过程中条件不变，如磨粒不变圆钝或碎裂，则磨损量与滑动距离一般称正比，否则磨损量将有改变。 （3）磨料和材料表面的相对速度磨损条件和环境的改变会使滑动速度对磨损的影响产生不同的结果了党速度较小时，磨损率随速度的增高而有下降的趋势，以后又逐渐升高，达到一定速度后趋于常数。（4）热和温度摩擦时，载荷和速度对磨损的影响，实际上是由于热和温度的影响所致。特别在高温时，热能引起材料表面的氧化、软化、硬化甚至熔化，这样就使得表面的磨损变得复杂了。 （5）腐蚀环境和水蒸汽 水汽的存在也足以使磨损
15、加速，三体磨粒磨损时，在大于通常湿度下，特别是绝对湿度大于10%以上时，磨损率随湿度的增长而增长甚速。在小于10%时则影响不大。 （6）材料的内部因素 材料内部因素主要包括材料的成分、微观组织特征及机械性能等。,磨损模型和磨损量的计算磨料磨损是磨粒对金属表面进行微量切削的过程；也有人认为由于磨粒的作用，使金属表面层受交变接触应力和变形，使材料表面发生疲劳破坏。右图为磨料磨损简化模型。其中一个表面是由一系列具有半角为r的硬圆 锥形粗糙微凸体所组成，而另一表面是由较软而平坦的材料构成。,设一粗糙微凸体在软材料表面上划一条痕迹，在移动一个单位距离时，其移动体积为 rd, 而d=r cot , 那么单
16、位移动距离内转移的材料体积为： r2 cot 若材料在法向载荷作用下屈服，则每个微凸体支承的载荷为： r2s /2如果单位距离内有 n个微凸体进行接触，则总的法向载荷为： P(r2s /2) n 单位移动距离内材料的总转移体积为： W nr2Cot 将上绿色两式联合，有： W2P Cot/s上式是根据极简单模型推导出来的，对于微凸体的高度和形状的分布都简化了。如果以H代替 s，以Ka=（2/）cot代入，则：WKaP/H式中：Ka磨粒磨损系数；H材料硬度。磨料磨损与粘着磨损有一些相似之处，即磨损率Wv与载荷成正比，与软材料屈服压力或硬度成反比。,疲劳磨损机理疲劳磨损的特点是表面或次表面受到接触
17、应力的反复作用而产生疲劳破坏。接触表面作滚动或滚动滑动复合摩擦时，由于周期性载荷的作用，使表面产生应力与变形，从而导致材料表面内部出现裂纹和分离出微片或者颗粒的磨损，微裂纹在随后的加载、卸载过程中扩大。当微裂纹达到一定临界尺寸时，它将改变方向而露出表面，结果造成板状颗粒从表面脱离，当脱离的颗粒较大时则称之为剥落或形成微坑。用扫描电子显微镜有时还可以观察到复员线，说明裂纹呈间断式生长。即为疲劳磨损。疲劳裂纹一般是在固体有缺陷的地方最先出现，这些缺陷可能是机械加工时的擦伤或材料在冶金过程中造成的缺陷(如气孔、夹杂物等)。疲劳裂纹还可能在金属相间和晶界处形成。 通常齿轮、滚动轴承、轧辊、模具等比较容
18、易出现表面疲劳磨损。,疲劳磨损分类：(1)非扩展性的表面疲劳磨损 接触点少，单位面积上的压力大，可能产生小麻点。随着接触面的扩大，单位面积的实际压力降低，小麻点停止扩展。特别是塑性较好的金属表面，因加工硬化提高了表面强度，使小麻点不能继续扩展，机器可继续正常工作。 (2)扩展性的表面疲劳磨损 若作用在两接触面上的交变压应力较大时，以及由于材料选择和润滑不当,在跑合阶段就产生小麻点。在长时间或短时间内，小麻点发展成斑状凹坑导致零件迅速失效。,影响应力分布和疲劳磨损的附加因素,表面疲劳磨损的形成静弹性接触的赫兹理论表明：最大压应力发生在表面，最大单向剪应力发生在表面以下某一距离y处。在1973年N
19、.Psuh提出剥层理论，以位错理论及靠近表面金属的断裂和塑性变形为基础的。这个理论根据片状磨粒的形成过程，解释了片状磨粒的形成的原因。,N.Psuh的剥层理论四个连续过程： （1） 表面层在法向和切向作用下发生周期性塑性变形和位错行为； （2） 在位错堆积应力作用下，裂纹、空穴在变形层中形成，在夹杂物或第二相微粒中聚集； （3）在塑性剪切变形时裂纹和空穴相互结合，裂纹并在表面接近平行方向扩展； （4） 裂纹扩展到表面时，形成薄而长的磨损层，最后分离成磨损碎片。,交变应力 应力集中 形成空穴 空穴汇合 裂纹形成 裂纹增长 裂纹交织 片状磨粒 脱落,零件有效寿命：从零件正常开始工作到零件磨屑开始分
20、离的时间。影响疲劳极限的因素：（1）工作条件温度 温度升高，疲劳极限下降；介质环境为腐蚀介质，疲劳极限下降。（2）表面状态表面加工质量、表面粗糙度、表面缺陷。（3）材质材料的成分、组织、缺陷。（4）残余应力残余压应力可使疲劳极限升高，拉应力下降。,腐蚀磨损机理腐蚀磨损又称摩擦化学磨损。可以认为：腐蚀磨损时材料的摩擦表面破坏是由于同时发生了两个过程：即腐蚀和机械磨损。机械磨损可能是由于两个相配合表面的滑动摩擦引起的，也可能是在气蚀和非气蚀条件下,固有硬颗粒介质流的作用。而腐蚀是由于材料与介质发生化学或电化学的相互作用过程引起的。在金属与气体 (特别在高温时)和非导电液体介质的接触条件下，则发生化
21、学腐蚀。这时金属与介质直接相互作用而不伴随产生电流。在金属与电解质(酸盐水溶液等)相接触时，则发生电化学腐蚀。 腐蚀磨损分类根据腐蚀磨损出现的状态的不同，腐蚀磨损可区分为三类： (1) 氧化磨损大气中含有氧，所以氧化磨损是最常见的一种磨损型式。 (2) 特殊介质腐蚀磨损当摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质发生化学腐蚀作用而形成的磨损称特殊介质腐蚀磨损。 (3) 气蚀磨损气体与零件及液体接触并有相对运动时,在液相中形成气泡，气泡在高压区破裂，产生的冲击力，反复进行，使材料产生疲劳而逐渐脱落。,阻碍反应的外边界层被“磨”去； 参与反应物质的输送得到加速； 易起反应的表面积扩大； 摩擦热使温度升高； 塑性
22、变形过程引起晶格结构破坏，出现有自由键的的表面原子。摩擦化学磨损的过程与某些添加剂通过生成化学反应膜以防止磨损的过程基本相同。二者的差别在于，化学生成物质是保护表面防止磨损，还是促使表面脱落。化学生成物质的形成速度与被磨掉速度之间存在平衡问题，两者相对大小的不同，将产生不同的效果。应根据使用条件合理选择润滑添加剂化学活性。在最佳活性条件下，既有效的防止了粘着，避免发生突然失效，又不至于产生过度的摩擦化学磨损，使总的磨损最小。摩擦化学磨损是微动磨损的一个局部过程，但它并不是这种损坏的唯一原因。摩擦化学磨损主要发生在金属材料表面。即使是耐磨蚀的钢，如果其防锈的钝化膜在摩擦作用下被磨掉，也避免不了要
23、发生磨蚀磨损。陶瓷和聚合物材料，发生摩擦化学磨损的可能性很小。,引起化学反应过程加快的原因是：,微动磨损机理微动磨损是一种典型的复合式磨损，它是在两个表面 之间由于振幅很小(l毫米以下)的相对振动而产生的磨损,如果 在微动磨损过程中,两个表面之间的化学反应起主要作用时, 可称为微动腐蚀磨损。 微动磨损过程接触压力表面塑性变形与粘着小振动粘着点剪切脱落新金属露出。脱落的颗粒与新表面又氧化，这些氧化物不易排出，故在摩擦面起着磨料磨损的作用。如此循环不止。若振动应力很大时，微动磨损处能形成表面应力源，由疲劳裂纹发展引起完全的破坏。,微动磨损的主要影响因素1)相对滑动振幅的影响接触表面的相对滑动是产生
24、微动磨损的必要条件。很小的滑动振幅(8x10-7mm)已足够产生明显的破坏源。随着滑动振幅的增加，其磨损量也增加。一般说来，在微动磨损量与滑动振幅大小直接成正比。2)接触压力的影响磨损量与法向载荷的关系有多种形式，可能是直线或抛物线变化，这与试验条件，材料性质，滑动振幅和载荷范围有关。3)外界介质的影响 主要是气体和湿度，在空气中比真空、氮气中磨损大；氧气中比空气中大。湿度对磨损的影响有两种说法： 减少磨损； 磨损增大到一定值后下降。4) 润滑剂的影响 可减少磨损。 5) 材料的影响 不同的材质磨损的情况不同。,内燃机磨损特点经“磨合”期后，磨损的两个主要原因是磨粒磨损和腐蚀。隔绝外界的粒子和
25、有效的滤油，可使磨粒磨损达到最小。腐蚀被认为是汽车发动机中气缸与活塞环的主要磨损机理，虽然油的配制方法已经大大减少了腐蚀性。石油中含硫和添加剂也是造成腐蚀的一个原因，但是腐蚀的主要原因是由燃烧物CO2和水分合成的碳酸。上述的情况说明如下： 早晨将汽车冷车启动，然后开车上班，汽车在那里停放，冷下来时温度可能降到零下，晚上又重复这一过程。因此，即使总的行驶距离很短，每天也要重复从冷到热再到冷这样两个循环。发送机每冷却一次，碳酸就冷凝在气缸套上，产生磨蚀物（如Fe2O3）。下一次启动就磨去这些磨蚀物，另外产生一些磨粒磨损。这种机理已有对比磨损试验所证实，在实验中，两台发动机在同样的条件下做同样时间的
26、运转，而一台作连续运转，另一台作间歇运转而让它在每次运转时高许多倍。发动机中油的分析结果也证实了腐蚀机理在间隙运转时的重要性。在上面所举的内燃机中活塞与活塞环界面的例子说明，一台最常用的机械的磨损可能是由于各种不同磨损形式作不同程度的组合所致。界面上的材料发生粘着、磨粒、腐蚀和疲劳等磨损。此外，由于环境、速度、载荷、温度和润滑效果的不同，这些磨损机理的相对重要性随气缸上位置的不同而不同。该例子也说明了磨损过程确实是一非常复杂的过程。,1）轧制时的磨损冷轧：主要是黏着磨损，有润滑时还存在腐蚀磨损等。纯铝冷轧主要是微粒间的黏着磨损；较硬材料的冷轧可发生直接黏着磨损；当表面氧化物很硬，并且有坚实的基
27、体材料支撑时发生磨料磨损；有润滑时还发生腐蚀磨损。轧辊报废的主要原因是疲劳效应引起的剥落，剥落是冷轧轧辊报废的主要原因。 连轧机组，中间轧机的轧辊由于金属变形量大而磨损大；精轧机由于对带材表面精度的要求，磨辊次数较多。热轧：主要是化学磨损、热磨损和其它形式的磨损。,材料成形过程中的磨损（加工工具磨损）,2）拉拔时的磨损拉拔模有3个磨损的主要位置：模子入口：除了受一般磨损外，由于坯料尺寸公差影响，受到交变冲击应力作用，而形成环状磨损。压缩锥处：该处磨损会影响到工艺润滑。定经带处：该处磨损会影响到产品尺寸和表面质量。磨损形式：腐蚀磨损、黏着磨损、磨料磨损、疲劳磨损。 减少拉拔磨损的措施： 改善模具
28、的材质，采用耐磨材料:硬质合金、金刚石、陶瓷； 采用好的润滑剂，必要时采用强制润滑； 对模具强冷却； 施加反拉拔力。,3）挤压时的磨损 磨损部位：主要是挤压筒、挤压模、穿孔针的黏着磨损。 磨损形式：黏着磨损 防止措施：主要模具材质与变形金属材质选配，选择好的模具材质和使用润滑剂。 抗黏着磨损能力规律： 脆性材料比塑性材料抗黏着磨损能力强； 高熔点、再结晶温度高的金属抗黏着能力强； 多相合金比单相合金抗黏着能力强； 含有铁、钒、硼、铬、钛等元素的材料，这些元素容易固溶到铝中发生黏着，是铝型材挤压时出现的表面条纹的主要原因。,4）锻造时的磨损模具主要有4中破坏形式：氧化物等带来的擦刮伤；尖角等部位
29、具备应力集中、机械疲劳引起的脆性断裂。热疲劳。塑性变形。,5.5.1 激光表面加工 5.5.2 电子束表面加工 5.5.3 离子束表面加工 5.5.4 表面覆层加工,5.5 材料表面加工处理技术,是以高能量的激光束快速扫描工件表面，升温速度可达105-106C/s，冷却速度104C/s,快速自冷淬火,比常规淬火硬度高15-20%，淬火变形非常小，表面无须保护。,5.5.1 激光表面加工,激光表面改性装置组成示意图 1-全反射镜 2-谐振腔 3-部分反射镜 4-导光系统 5-弯曲反射镜 6-聚光系统及保护气通入 7-x-y移动工作台 8-气体交换装置 9-配电盘 10-冷却装置 11-控制系统,
30、激光加工特点功率密度大 高达108-1010W/cm2，可加工如耐热合金、陶瓷、石英、金刚石等任何材料； 聚焦光斑小 激光束可聚焦到微米级，可打孔直径0.001mm小孔； 非接触加工 没有明显机械力，没有工具损耗，可加工易变形的薄板和橡胶等弹性零件； 加工速度快，热影响区小 可对真空管内部器件进行加工； 属于瞬时局部熔化和气化的热加工方法 影响因素很多，其精度和表面粗糙度需反复试验、寻找合理参数才能达到所需要求。,激光表面加工应用： 激光淬火 激光合金化 激光表面非晶化 激光焊接 激光切割 激光打孔 激光打标和雕刻,5.5.2 电子束表面加工 利用电子能深入金属表面，与基体金属原子核碰撞，使被
31、处理金属表层温度迅速升高。 加热和冷却速度快，能量密度大； 为激光成本的1/3； 结构简单； 能量利用率高于激光； 在真空工作，工件表面不易氧化； 控制比激光容易。,电子束产生及工作示意图 1-工作台 2-加工室 3-电磁透镜 4-阳极 5-栅极 6-灯丝 7-电源 8-电子束9 偏转线圈 10-工件,5.5.3离子束表面加工 可注入任何元素，不受固溶度和扩散系数影响 离子注入温度易控制； 不氧化、不变形、不软化，可作最终处理工艺 可控性、重复性好。 可获得两层以上复合材料，复合层不易脱落。,离子注入装置示意图 1-离子源 2-质量分析器 3-高压电极 4-加速管 5-聚焦电极 6-X扫描电极
32、 7-Y扫描电极 8-中性束 9-式样室,表面热喷涂技术,5.5.4 表面覆层加工,粉末火焰喷涂 等离子喷涂 爆炸喷涂,表面气相沉积技术 物理气相沉积 将镀料气化成原子、分子或离子，直接沉积到基体表面。 真空蒸镀 将工件放入真空室内加热，使镀膜材料蒸发或升华，飞至工件表面凝聚成膜； 溅射镀膜 用荷能粒子轰击材料表面，使其获得足够能量，飞溅变为气相，在基体表面上沉积； 离子镀膜 利用气体放电使物质离子化，在气体离子轰击下把蒸发物沉积在基体上成膜。, 材料表面的优化处理为了提高工模具和零件的寿命，对材料进行优化表面处理：（1） 表面强化材料：使表层相变、化学成分和应力状态改变、提高表面质量，其强化方法：* 表面覆盖层强化：气相沉积、喷涂、镀覆等。* 化学热处理强化：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼。* 表面形变强化： 喷丸、滚压。* 表面相变强化： 改变表面层组织如淬火（电火花、激光）。（2） 表面防腐处理：主要改变介质条件：* 选择耐蚀材料和结构。* 合理使用缓腐蚀剂。* 电化学法阴极和阳极保护法。* 覆盖法。（3） 表面装饰加工法：着色、抛光、电镀等。,
