巧夺天工的载能束

巧夺天工的载能束

所谓载能束指的就是电子束、离子束和激光束。具有高能的它们被强行注入材料内部。在材料的表层迅速加热到高温或快速冷却。这两种作用和载能束的本身都能对材料发挥奇特的作用。载能束本身的离子作为掺杂物质，掺入材料表面，能改变材料表面的成份。快速加热和快速冷却，会引起材料内部的结构变化，使原子重新组合，产生新的化合物。

1973年，迪利那利发明了用离子注入的方法把晶体合金转变成非晶合金，这个方法是事先选择要注入合金晶体的元素，然后，把这些元素放入放电管，在放电管两端加上高电压，放电过程中使放入元素变成离子。这种放电管叫离子源所形成的离子进入磁质量分析仪，通过分析仪选出所需能量的离子，在高电压的电场下加速，使离子具有较高的能量，用这样的离子束流去轰击金属或合金表面。当注入的离子大于金属总原子量的10%时，可以使被注入的金属表面形成一层非晶态膜。非晶态膜比晶态金属的硬度要高几十至几百倍，这样就提高了材料的强度。

将高剂量的离子注入晶态金属，会使晶态金属的结构受到破坏，也会使晶态表面产生极高的应力密度。在这些非晶化的合金表面，得到高强度、高硬度、高韧性的特性，其成份结构和原来材料截然不同。这叫做材料的表面改性。

可不要以为任意注入离子和被注入的金属合金进行任意组合都会使材料表面改性。如果用被注入的合金的自身离子束注射，如铝离子注入金属铝，就不能在其表面形成非晶态模。近年来，用离子注入法已制造出的非晶化表面的金属及合金有：钨离子注入金属铜；钽离子注入金属铜；磷离子注入金属镍；磷离子注入不锈钢；金离子注入铂金；铁离子注入镝金属；镍离子注入镝等等。这些成果已经引起了人们的注意，并且在工业中也得到了初步应用，将来也定会有十分美妙的前景。

载能束改变材料表面的结构，可以使材料表面的抗磨损性大大提高。1978年，英国哈威尔原子能中心的研究者N·E·W哈特勒公布了用氮离子注入能提高钢的抗磨能力，大大激起了人们的兴趣。用氮离子注入人工髋关节材料钒铝钛进行表面改性，已发现其耐磨性能提高到原来的1000倍，效果特别奇妙。经过载能束加工的金属，其表面会形成扩散层，使材料的抗磨、抗腐蚀的性能都大大提高。如将铝蒸气扩散到钢上，铝的扩散层对钢起着很好的防护作用。激光表面处理在工业上已获得广泛应用，如对邮票打孔机的滚筒经激光处理之后，把一个滚筒原先只能打印150万张的记录提高到1500万张，就是一个成功的例子。

伴随科技的不断发展，载能束的改性技术，从精细工艺、精致图案到较大的面积，定能无所不包地解决表面改性问题。这巧夺天上之作，前途一片光明。