XỬ LÝ BỀ MẶT BẰNG CHÙM TIA NĂNG LƯỢNG CAO

xlbm bằng chùm tia năng lợng cao, Hà nội 1-2005

1
Chơng 6
Xử lý bề mặt bằng chùm tia năng lợng cao

6.1. Khái niệm chung
Xử lý bề mặt bằng chùm tia năng lợng cao đợc chia thành hai nhóm :
- Xử lý nhiệt bề mặt - không làm thay đổi thành phần hoá học.
- Xử lý tạo lớp phủ : cấy ion, khuếch tán hợp kim hoá bề mặt, - Có làm thay đổi
thành phần lớp bề mặt.
Đề cập cả hai nhóm trên bao gồm : Công nghệ, các chuyển biến xẩy ra, lĩnh vực áp
dụng : chống ăn mòn, mài mòn.
6.2. Xử lý nhiệt bề mặt
6.2.1.Đặc điểm
. Mật độ năng lợng cao, thờng trên 10
7
w/m
2
( có thể lên 10
11
đến 10
12
w/m
2
)
. Có thể xử lý cục bộ hoặc quét trên cả bề mặt
. Tốc độ xử lý cao, dải biến đổi rộng, có thể áp dụng cho mọi quá trình xử lý nhiệt :
Tôi, ủ
Ngời ta chiếu chùm tia laser hoặc chùm tia năng lợng cao khác lên bề mặt làm
nung nóng nhanh bề mặt vật liệu đến nhiệt độ xử lý, ngay sau đó lớp bề mặt đợc làm

nguội. nhờ truyền nhiệt vào phía bên trong. Lớp bề mặt đợc nung nóng có thể dày mỏng
khác nhau trong khoảng 10
-3
mm đến một vài mm tuỳ theo mục đích. Ví dụ, lớp chống ăn
mòn có thể mỏng nhng lớp chống mài mòn cần dầy hơn. Chiều dày lớp xử lý có thể điều
chỉnh theo thời gian lu của chùm tia trên mặt mẫu và đờng kính của chùm tia (d). Sơ đồ
thiết bị xử lý bằng chùm tia năng lợng cao đợc trình bày trên hình 6.1. Thiết bị bao gồm
ba bộ phận chính là :
Nguồn tia năng lợng cao : ống laser hoặc thiết bị sử dụng
Hệ thống lăng kính gồm : một lăng kính phản xạ toàn phần , một lăng kính hội tụ, để
hội tụ chùm tia năng lợng cao vào vùng bề mặt cần xử lý
Buồng xử lý : là buồng kín để có thể tạo môi trờng, bao gồm một cửa dẫn khí vào
và một cửa dẫn khí ra. Phía có chùm tia năng lợng cao chiếu tới đợc lắp một tấm kính
truyền qua. Chi tiết xử lý đợc lắp trên bàn di động : quay và tịnh tiến theo hai phơng để
có thể xử lý toàn bộ bề mặt chi tiết.
Hệ thống lăng kính và bàn di động có thể di chuyển theo phơng thẳng đứng để
thay đổi khoảng cách chiếu L và do đó thay đổi đờng kính d của chùm tia. Ngời ta chế
tạo các loại thuỷ tinh chuyên dùng cho laser và các tia năng lợng cao. Mặt khác, để giảm
tổn thất, ngời ta cố gắng rút ngắn đờng đi của chùm tia. Trong các máy chuyên dùng,
công suất của máy và mật độ chùm tia đã đợc thiết kế riêng cho đối tợng xử lý cụ thể,
do đó có thể không cần đầy đủ hệ thống lăng kính để giảm tổn thất.
6.2.2. Cơ sở chung
Để minh hoạ, chúng ta lấy trờng hợp xử lý thép làm ví dụ (các vật liệu khác có thể
đợc suy ra tơng tự từ các phân tích này).
Nhiệt độ nung tôi đối với thép trớc cùng tích phải trên A
C3
để chuyển biến austenit
xảy ra hoàn toàn. Khi nung tôi thông thờng, nhiệt độ nung không đợc cao quá để thép
không bị tổ chức hạt thô. Khi xử lý bằng chùm tia năng lợng cao, vì tốc độ nung và làm
nguội quá lớn, nên không sợ thép bị tổ chức hạt thô, trái lại không nung quá cao làm bay

hơi và biến đổi thành phần bề mặt thép. Ta có : A
C3
< Ts < T
f
. Trong đó : A
C3
là nhiệt độ
ứng với giới hạn hoà tan hoàn toàn ferit vào austenit khi nung của thép trớc cùng tích
xlbm bằng chùm tia năng lợng cao, Hà nội 1-2005

2
khảo sát, Ts là nhiệt độ xử lý, T
f
là nhiệt độ chảy của thép. Biết nhiệt dung riêng của thép
C = 3 J/cm
3
.độ.

Hình 6.1. Sơ đồ xử lý bằng laser
















Hình 6.2. Các vùng khi phủ Ni lên thép và xử lý bằng laser, Q = 7.10
7

w/m
2

Nếu coi phải nung thép lên 1000
o
C ( tính tròn cho dễ theo dõi) vậy ta cần khoảng 3
KJ/(cm
3
bề mặt) để đạt nhiệt độ trên Ac
3
. áp dụng công thức truyền nhiệt, tính gần đúng
cho vách thẳng với thời gian quét (t) là thời gian truyền nhiệt giữa chùm tia và bề mặt,
chiều sâu lớp xử lý (e) đợc coi là lớp bề mặt có nhiệt độ từ Ac
3
đến Ts, ta có quan hệ
sau:

LASER
Thấu kính hội tụ
Buồng xử lý
Chi tiết xử lý
Khí vào
L
Khí ra
Bàn di đ
ộ
n
g

Thấu kính phản xạ

(5)
Ba
y
hơi
(4)
Chảy
Ni&Fe
(1')
ủ Ni
(1)
ủ Fe
Chảy Fe&Ni
không đồng đều
3
50
X àm
100
0,5
t,s
0
xlbm bằng chùm tia năng lợng cao, Hà nội 1-2005

3
t
T
AT
e
S
CS

3
2

(6.1)
trong đó : là hệ số truyền nhiệt của tia laser và bề mặt thép, ~ 5,4mm
2
/s,
t là thời gian quét (thời gian chùm laser chiếu lên bề mặt chi tiết tại mỗi điểm).
Giả thiết rằng, thép nghiên cứu có Ac
3
=900
o
C , Ts =1300
o
C ta có :
e[mm] = 1,4
t
hoặc t 0,7e
2
(6.2)
Biết mật độ năng lợng Q của laser, ta cũng xác định đợc nhiệt độ xử lý Ts theo
công thức :
Ts = A.


Q. (t)
0,5
(6.3)

Trong đó : là hệ số dẫn nhiệt của thép, A là hệ số phân bố nhiệt , A = 1 đến 2.

= 60 mm
2
. S
1/2
.J
-1
(đối với thép),
Q là mật độ năng lợng hấp phụ đo bằng [W/m
2
] hoặc [W/mm
2
].
Nếu coi A=1 từ (6.3) ta suy ra :
5,0
)(60
1
t
TQ
S
=

Thay các giá trị vào ta có :
[
]
2
5,05,0
/

)(
22
)(60
1
1300 mmW
tt
Q =

và thay t
0,7. e
2
ta đợc Q 26/ e [w/mm
2
]. Khi cần lớp xử lý mỏng thì mật độ năng
lợng Q cần cao, thời gian quét phải nhỏ. Ngợc lại, thời gian quét càng lớn thì lớp xử lý
càng dầy do đó mà Q . t = const để Ts = const Phơng trình (6.3) là nghiệm của phơng
trình truyền nhiệt một chiều, chỉ đúng khi coi truyền nhiệt chỉ xẩy ra theo phơng pháp
tuyến với bề mặt xử lý , có nghĩa là khi d rất lớn hơn e, trong đó d là đờng kính chùm tia,
đồng thời vận tốc quét V rất cao. Từ đó có điều kiện sau :
5,3
4


Vd
hay 07,0
Vd


Nếu các điều kiện trên không thoả mãn thì cần áp dụng mô hình truyền nhiệt 2 hoặc
3 chiều. Trong trờng hợp áp dụng mô hình truyền nhiệt 3 chiều ta có công thức :

Q Vd
Ts =

0,848 . ( )
-0,497
(6.3')
2
d 4
Về mặt vật liệu, cần quan tâm đến quá trình khuếch tán, hoà tan và đồng đều cacbit.
Nếu gọi e là chiều dầy của lớp xử lý, t là thời gian quét tính bằng giây, Q mật độ năng
lợng hấp phụ Q
[w/m
2
] , [w/mm
2
], là khoảng cách khuếch tán do bằng [mm] , Vc và Vr
lần lợt là vận tốc nung nóng và làm nguội lớp xử lý [độ/s]. Nếu ta lấy e= 0,1mm, t= 5.10
-3
s
và Q = 3,1. 10
2
w/mm
2
thì = 1,4 àm và tốc độ làm nguội khoảng 1,3.10
5
độ/s .
Bảng 6.1
e[mm] t[s] Q[w/m
2
] Q[w/mm

2
]
[mm] VrVc[độ/s]
0,001
0,01
0,1
1
5.10
-7

5.10
-5
5.10
-3
5.10
-1

3,1.10
10
3,1.10
9
3,1.10
8
3,1.10
7

3,1.10
4

3,1.10

3
3,1.10
2
3,1.10
1

1,4.10
-5

1,4.10
-4

1,4.10
-3

1,4.10
-2

1,3.10
9

1,3.10
7

1,3.10
5

1,3.10
3

Với các tốc nguội mô tả trong bảng 6.1, chúng ta có thể nhận đợc các tổ chức
ngoài cân bằng, tuỳ theo bản chất của hợp kim và nếu đợc xử lý làm nóng chảy lớp bề
mặt, ta có thể nhận đợc các tổ chức giả ổn định, các tổ chức vi tinh thể, vô định hình.
xlbm bằng chùm tia năng lợng cao, Hà nội 1-2005

4
6.3. Xử lý hợp kim hoá bề mặt
Để xử lý hợp kim hoá bề mặt thì nhiệt độ lớp bề mặt phải cao hơn nhiệt độ chẩy và
thấp hơn nhiệt dộ bay hơi của vật liệu. Khi nóng chẩy, ngoài lợng nhiệt cung cấp để nung
nóng kim loại, còn phải kể đến ẩn nhiệt nóng chẩy (thờng đợc coi bằng 40% lợng nhiệt
cung cấp để nâng nhiệt độ của kim loại đến nhiệt độ chảy) . Từ tổng lợng nhiệt cần thiết
để làm nóng chảy phần kim loại nằm dới chùm tia laser với độ sâu e, ta có thể chọn đợc
mật độ năng lợng của chùm tia và tốc độ quét cần thiết. Tính đến hệ số hấp phụ nhiệt,
có giá trị khoảng tử 50 đến 80%, ta phải chọn thiết bị laser và hệ thống lăng kính để có
mật độ năng lợng cần thiết tơng thích với tốc độ quét của chùm tia.
Ưu điểm chính của xử lý làm nóng chẩy lớp bề mặt là tạo lớp hợp kim hoá bề mặt
nhằm bảo vệ chống ăn mòn và mài mòn hợp kim. Ngời ta có thể phủ sơ bộ nguyên tố
cần hợp kim hoá lên bề mặt bằng các phơng pháp : ngng tụ kim loại bay hơi, điện phân,
sơn phủ , sau đó đem xử lý bằng chùm tia năng lợng cao để hợp kim hoá bề mặt . Ngời
ta cũng có thể phun trực tiếp nguyên tố hợp kim lên bề mặt trong quá trình xử lý nóng
chẩy. Phơng pháp này tuy rất tiện lợi nhng kết quả thờng không ổn định. Ngoài việc tạo
lớp hợp kim hoá bề mặt, xử lý làm nóng chảy bề mặt còn có tác dụng tăng độ xít chặt, tạo
các pha và tổ chức mong muốn, tăng liên kết giữa lớp phủ và nền.
Quá trình xử lý bằng chùm tia năng lợng cao có thể thực hiện trong không khí,
trong môi trờng bảo vệ cũng nh trong môi trờng khí hoạt tính, tuỳ theo môi trờng sử
dụng mà ta có thể nhận đợc các lớp hợp kim, lớp ôxyt hoặc nitrua,
ảnh hởng của lớp nóng chẩy đến sự hình thành lớp xử lý đợc đặc trng bằng đại
lợng không thứ nguyên S (Surface Tension Number)

'.Q.d

S =
V.
.à
Trong đó

'
là đạo hàm của sức căng bề mặt theo nhiệt độ,
d



'
=
dT
d đờng kính chùm
Q là mật độ năng lợng hấp thụ, = = Thời gian lu của
V Vận tốc quét
chùm tia trên bề mặt. S tăng khi tăng

'
và giảm hệ số dẫn nhiệt và độ sệt của vật liệu
lỏng
à.
Ngày nay, ngời ta đã hợp kim hoá bề mặt bằng các nguyên tố : Al, B, Cr, Ni, Si.
Kết quả cho thấy, lớp bề mặt đồng đều, chất lợng tốt khi S > 10.000. Sự phân bố các
vùng theo thời gian lu (hình 6.2.), khi mật độ năng lợng hấp phụ không đổi (Q=7.10
7

W/m
2

) . Ta nhận thấy là : vùng (4) thích hợp để nhận đợc lớp hợp kim Ni - Fe đồng đều.
Chỉ khi đã nhận đợc hợp kim lỏng đồng đều thì mới có khả năng thu đợc lớp kết tinh đa
tinh thể đồng đều. Trờng hợp là gang , sau khi xử lý làm nóng chảy lớp bề mặt ngoài
cùng, đợc làm nguội nhanh (tốc độ nguội 10
2
đến 10
3
độ/s) gang sẽ kết tinh theo hệ
thống giả ổn định - gang trắng (hình 6.3.). Lớp tiếp giáp phía trong, không đợc nóng chảy,
chỉ có tác dụng xử lý nhiệt (tạo ra tổ chức mactenxit). Bên trong nữa là vùng không đợc
xử lý với tổ chức peclit + ferit ban đầu.
Để xử lý tạo lớp hợp kim hoá bề mặt ta cần có thiết bị để tạo đợc mật độ năng
lợng hấp phụ từ 10
6
đến 10
8
w/m
2
, thời gian lu của laser trên bề mặt vào khoảng 10
-2

đến một vài giây, tổn thất nhiệt thờng không quá 50%. Để giảm tổn thất nhiệt, cũng nh
khi xử lý nhiệt bề mặt, ngời ta thờng phủ thêm một lớp hấp phụ nhiệt. Các lớp hấp phụ
nhiệt thờng dùng là graphit, Mn
3
(PO
4
)
2
, Zn, Nếu không sợ cacbon làm xấu tính chất của

xlbm bằng chùm tia năng lợng cao, Hà nội 1-2005

5
lớp phủ thì sơn phủ một lớp graphit trớc khi xử lý bằng laser sẽ có tỷ lệ hấp phụ nhiệt
cao. ảnh hởng của nhiệt độ, tốc độ quét đến hệ số hấp phụ năng lợng
đợc trình bày
trên hình 6.4. Ta thấy, khi có các lớp hấp phụ graphit, phốt phát Mn, Sơn, thì tỷ lệ nhiệt
hấp phụ lên tới 60 đến 80% (b). Lớp nóng chảy hấp phụ tốt khi đợc để trần ( không có lớp
hấp phụ), hệ số hấp phụ nhiệt
lên tới 80-90% (a). Khi xử lý nhiệt, vật liệu ở trạng thái
rắn, có lớp hấp phụ thì hấp phụ nhiệt tốt hơn. Khi xử lý tạo lớp nóng chảy bề mặt, tuy ở
trạng thái nóng chảy bề mặt để trần hấp phụ nhiệt tốt, song trớc khi nóng chảy, lợng
nhiệt mất đi do phản xạ rất lớn (trên 80%), các tia phản xạ có thể làm hỏng thiết bị, hỏng
sơn quét tờng và ảnh hởng đến an toàn lao động của công nhân.
6.4. Các thiết bị Laser
Theo môi trờng khuếch đại tia laser ta có các loại :
- Laser khí : CO
2
, He-Ne, Ar
+
. Ngời ta sử dụng chủ yếu laser CO
2
với bớc sóng
10,6
àm cho các công nghệ xử lý bề mặt.
- Laser màu (môi trờng khuếch đại lỏng)
- Các laser rắn chủ yếu dùng loại YAG (Grenat d' Alumin et d'Ytrium ) có Nd, bớc
sóng 1,06
àm cả hai loại đều có thể là các sóng liên tục hoặc là dạng xung.
Laser CO

2
công nghiệp có công suất 2 đến 3 KW, các loại khác còn đang thử
nghiệm .Trong trờng hợp xử lý bằng chùm electron hệ số hấp phụ năng lợng có thể đạt
từ 80 đến 100% . Công suất 30KW có khi tới 100KW.
Khi sử dụng các thiết bị laser có công suất lớn thì rất khó làm đồng đều lớp xử lý vì
thời gian lu quá ngắn, nhiệt độ bề mặt quá cao làm bắn toé, bay hơi vật liệu. Phạm vi mật
độ năng lợng và lĩnh vực áp dụng đợc trình bày trên hình 6.5. Ta thấy, mật độ năng
lợng cao Q=10
8
-10
12
w/cm
2
thì thời gian lu rất ngắn 10
-8
đến 10
-6
thờng đợc áp dụng
để xử lý tạo lớp siêu tinh thể, vô định hình. Mật độ năng lợng thấp , thời gian lu dài dùng
để tôi bề mặt .Vùng trung gian đợc sử dụng khi hợp kim hoá bề mặt, hàn, khoan, cắt vật
liệu :
Q, w/cm
2
t, s Công dụng
10
6
-10
8
10
-6

- 10
-4
dùng cho khoan và cắt
10
4
- 10
6
10
-2
hợp kim hoá bề mặt hoặc hàn
10
-4
-10
-6
xử lý làm nhỏ hạt tinh thể
10
2
- 0,5 - vài chục giây, dùng cho tôi (thép)
6.5. Cấy ion
Khác với các lớp phủ ion tạo bằng công nghệ cấy ion trong PVD, cấy ion ở đây sử
dụng điện áp rất cao (hàng 100 kV) để cấy các ion lạ vào mạng tinh thể của vật liệu nền.
Do đặc điểm hình thành, lớp xử lý khi cấy ion chỉ cỡ 1000-2000 A (cấy ion trong PVD tạo
lớp phủ hàng mm cho nên còn gọi là lớp phủ ion). Các ion lạ làm xô lệch mạng tinh thể
của vật liệu nền và hầu nh không làm thay đổi thành phần hoá học, hoặc lớp xử lý quá
mỏng nên ngời ta đã bỏ qua lợng vật chất của nó.
6.5.1. Các cơ sở chung
Nguyên lý làm việc của thiết bị cấy ion đợc trình bày trên hình 6.6. Ngời ta đa khí
hoạt tính vào buồng ion hoá (1) đặt trong buồng kín đợc tạo chân không bằng bơm
khuếch tán (10
-5

đến 10
-8
bar). ở đây khí hoạt tính bị ion hoá, dới tác dụng của từ trờng
hàng 100 kV, các cation đợc chuyển đến catôt dới gia tốc. Chùm cation phải đi qua một
màn chắn (2) để tập trung vào vùng xử lý. Sau khi qua màn chắn, các cation đợc cấy lên
bề mặt chi tiết.
Đặc điểm
xlbm bằng chùm tia năng lợng cao, Hà nội 1-2005

6
Có thể cấy đợc tất cả các loại ion của các nguyên tố : N, Cr, Mo, Ti, B, C,
Cấy lên các vật liệu : Thép, hợp kim Ti, hợp kim Al, ceramic, riêng polymer các nhà
nghiên cứu còn đang xem xét, liệu khi xử lý, ngay cả ở nhiệt độ thờng, chùm ion có phá
huỷ liên kết trong các phân tử polyme không ?.










Việc lựa chọn cặp : ion cấy và vật liệu chi tiết phải căn cứ vào bản chất vật liệu,
mục đích xử lý để khi các ion đợc cấy lên bề mặt vật liệu, sự xô lệch mạng tinh thể làm
cải thiện các tính chất của nó phù hợp với yêu cầu đề ra.
Trên đây mô tả thiết bị và quá trình xảy ra khi cấy ion sử dụng khí hoạt tính là loại
khí một loại nguyên (ví dụ N
2

). Thông thờng, để cải thiện các tính chất của lớp xử lý, ngời
ta phải sử dụng các loại khí nhiều loại ngyên tử, ví dụ NH
3
. Trờng hợp sử dụng khí đa
nguyên tử ngời ta phải sử dụng thiết bị cấy ion nằm ngang (hình 6.7.). Hệ thống ion hoá
(phân huỷ) khí hoạt tính khá lớn không thể nằm trong cùng một buồng với các bộ phận
khác đợc do đó thiết bị phải đợc đặt nằm ngang.









Hình 6.7. Sơ dồ thiết bị cấy ion nằm ngang
Khí hoạt tính đợc đa vào buồng phóng điện (1) để phân ly dới tác dụng của từ
trờng. Sau khi bị ion hoá, các cation đợc gia tốc trong điện trờng 20 - 100 kV (2) dới
áp suất khí
5.10
-5
torr và đợc dẫn qua thiết bị lọc từ tính (3). Trong thiết bị lọc, các ion
đợc phân loại, lựa chọn loại cần thiết để cầy lên bề mặt chi tiết (4). Các ion bị loại sẽ bị
màn chắn quang học đẩy ra ngoài.
Tác dụng của các ion trên bề mặt
Các ion xen vào mạng tinh thể của chi tiết có tác dụng :
Thay đổi tổ chức, tăng mật độ lệch, tạo ra các pha mới, làm biến cứng bề mặt
Tạo ứng suất nén d trên bề mặt làm tăng giới hạn mỏi.
Chi tiết

Ion hoá
Khí vào
Màn chắn
Hình 6.6. Sơ dồ thiết bị cấy ion thẳng đứng
V
arc
Khí vào
Chi tiết
Màn chắn e
Phân loại từ tính
Buồng ion hoá
Cửa gia tốc
1
2
3
4
xlbm bằng chùm tia năng lợng cao, Hà nội 1-2005

7
Hợp kim hoá bề mặt : tăng tính chịu ăn mòn hoặc mài mòn hoặc cả hai.
Các thông số cơ bản
Bản chất của vật liệu chi tiết, của ion cấy lên
Mật độ ion cấy [ion/cm
2
]
Vận tốc ion cấy lên bề mặt : điện áp gia tốc, bản chất ion quyết định chiều sâu lớp
xử lý (hình 6.8.) : điện áp gia tốc càng cao thì chiều sâu X càng lớn, nồng độ bề mặt càng
nhỏ.

Mật độ dòng điện [
àA/cm
2
] quyết định thời gian lu t, giống nh khi xử lý bằng chùm
tia năng lợng cao, thời gian lu t là thời gian mà chùm ion cấy lên bề mặt tại mỗi điểm.
Thông thờng ngời ta thực hiện công nghệ cấy ion ở nhiệt độ thờng, tuy nhiên khi tăng
mật độ dòng điện I và thời gian lu t thì nhiệt độ bề mặt T có thể tăng lên. Ví dụ, khi cấy N
lên thép ngoài hiệu quả tăng nhiệt độ do chùm ion cấy lên bề mặt, ngời ta còn tăng nhiệt
độ bề mặt lên trên 200
o
C, nhờ đó mà tạo ra cacbo-nitrit có tính chịu mài mòn cao.
Nhờ cấy ion thích hợp ta có thể tạo đợc lớp bề mặt vô định hình : ví dụ khi cấy B
hoặc P lên bề mặt Fe, Co hoặc Ni , hoặc ngay cả lên bề mặt chi tiết bằng thép không rỉ.
Tuy nhiên do hạn chế của thiết bị cũng nh điều kiện hoá lý không cho phép, nên không
phải lúc nào cũng cấy đợc các ion với nồng độ mong muốn. Ví dụ, rất khó cấy với mật độ
lớn các nguyên tố có nhiệt độ chảy cao, bền ăn mòn. Ngợc lại, rất dễ nhận đợc lớp cấy
ion mật độ cao các nguyên tố nh N chẳng hạn. Do các khó khăn trên, ngời ta đã đề ra
một kỹ thuật cấy ion mới là : dùng chùm ion bắn phá lên bề mặt chi tiết đã đợc phủ sơ bộ
các nguyên tố định cấy lên bề mặt. Tuy rằng cơ chế không hoàn toàn giống với cấy ion
nêu trên, song nhờ nó mà lĩnh vực áp dụng của kỹ thuật cấy ion đợc mở ra rộng hơn. Ba
dạng công nghệ đợc phát triển là :
Cấy ion nhờ va chạm : động năng của các ion đợc truyền cho các nguyên tử trong
lớp phủ sơ bộ làm ion hoá và đẩy nó vào nền. Thực chất là tạo lớp hợp kim nhờ động năng

va chạm.
Tạo các cascad : khi năng lợng và thời gian lu của chùm ion trên mặt chi tiết (đã
đợc phủ sơ bộ) đủ lớn, sẽ hình thành các vùng nhỏ liên kết với nhau. Trong mỗi vùng là
hỗn hợp của các ion ta gọi là cascad.
Khuếch tán dới chùm tia : ngời ta sử dụng chùm ion của các nguyên tố nặng với
mật độ lớn. Nhiệt độ bề mặt sẽ tăng lên, đồng thời ngời ta cũng nung nóng chi tiết bằng
nguồn năng lợng khác. ở nhiệt độ cao và hoạt tính lớn (do chùm ion bắn phá lên) , quá
trình khuếch tán xảy ra mạnh
Cả ba dạng công nghệ này đều sử dụng chùm ion của các nguyên tố : Ar, Kr, Xe,
N, đều có áp dụng công nghiệp rất hiệu quả. Ngời ta không ngừng hoàn thiện các thông
số kỹ thuật nhằm tăng chiều dày lớp xử lý.
Ưu điểm của công nghệ
20
10
0
X,
1000
2000
C,%
Q
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Hình 6.8. Phân bố nồng độ ion theo
chiều sâu X và mật độ năng lợng Q
Q1>Q2>Q3>Q4>Q5
xlbm bằng chùm tia năng lợng cao, Hà nội 1-2005

8
Tạo lớp quá bão hoà bề mặt có cấu trúc khác với hợp kim truyền thống, nếu đợc
nung nóng lên nhiệt độ đủ cao, quá trình tiết pha và kết tinh lại sẽ đa hợp kim trở về bình
thờng.
Xử lý ở nhiệt độ thấp
Bám dính lý tởng
Nhợc : Lớp xử lý quá mỏng (thực tế tính chất của vật liệu đợc cải thiện ở độ sâu
lớn hơn chiều dày lớp xử lý) song áp dụng cho cơ khí còn hạn chế
Chỉ làm việc đợc ở nhiệt độ thấp, ở nhiệt độ cao, sự khuếch tán sắp xếp lại các
nguyên tử làm mất tác dụng của lớp xử lý.
Thiết bị quá đắt tiền.