电子束表面改性的主要特点

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电子束表面改性是利用高能电子束经聚焦后照射金属表面，可在毫秒级时间内把金属由室温加热至奥氏体化温度或熔化温度，且借助冷基体的自身热传导。如此快的加热和冷却就给材料表面改性提供了很好的条件。但电子束流和激光束流的产生原理和物理特性不同。电子束是由电子枪阴极灯丝加热发射的电子形成的高能电子流，经聚焦线圈和偏转线圈照射到金属表面，并深入金属表面一定深度，与基体金属的原子核及电子发生相互作用。由于电子与核的质鼍差别很大，电子与原予核的碰撞基本上属于弹性碰撞，因此能量传递主要是通过电子束的电子以热能的形式传给金属表层的电子，从而使被处理金属的表层温度迅速升高。由于金属对激光的吸收率很低，而对电子束的吸收可达99%，故电子束功率可比激光大一个数量级，能量深入深度比激光的商两个数量级以上，故激光为表面型热源，而电子束为次表面型热源。目前，电子束加速电压达125 kV，输出功率达150 kW，能量密度可达10 3MW/m2。
归纳起来，电子束表面改性的主要特点有：
1)加热和冷却速度快，能量利用率高，为激光加热的9倍。将金属材料表面由室温加热至奥氏体化温度或熔化温度仅几分之一秒到千分之一秒，其冷却速度可达106—108℃/s。
2)与激光相比使用成本低。电子束处理设备一次性投资比激光少（约为激光的1/3），其运行成本比激光低一半左右。
3)设备简单。电子柬靠磁偏转动、扫描，不需要工件转动、移动和光传输机构。
4)电子束与金属表面耦合性好。电子束所射表面的角度除3°—4°特小角度外，电子束与表面的耦合不受反射的影响，能量利用率远高于激光，可达95%。因此电子束处理工件前，工件表面不需加吸收涂层。
5)电子束能量的控制比激光束方便。通过灯丝电流和加速电压很容易实施准确控制，便于自动化控制。
6)电子束加热深度和尺寸范围比激光大。电子束加热时熔化层至少几个微米厚，能量沉积范围较宽，而且约有一半电子作用区几乎同时熔化。
但是，电子束必须在真空条件下工作，以保证在处理中上件表面不被氧化；电子束易激发X射线，使用过程中应注意防护。
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