電子束重熔

電子束重熔冶煉的關鍵技術是電子槍，電子槍中燈絲被加熱後，表面產生大量熱電子，熱電子在高壓電場作用下加速、偏轉、聚焦，向陽極方向高速運動，並獲得很高的動能。

電子在同金屬（陽極）碰撞時，動能變成熔化爐料的熱能。熔化後的金屬液滴經真空精煉後，滴入水冷銅坩堝中逐步凝固成錠，再經引錠系統從底部拉出 ^[1]  。

純銅的電子束重熔：將經純銅棒安裝在水平或垂直進料機構上，設備準備完畢後開始抽真空，電子槍中的電子束經偏轉聚焦後，轟擊在所熔金屬棒料上，進行滴熔，精煉後的融滴落入水冷結晶器中冷卻順序凝固，經引錠系統拖出 ^[2]  。

鈮是一種難熔金屬，由於它在高温下有較好的機械性能而被廣泛應用於航空航天等領域，但是鈮合金的氧化行為使它的應用受到限制。塗層是保護基體並提高性能的有效手段，硅化物塗層作為鈮合金的高温保護塗層，在高温氧化時，塗層表面形成玻璃態氧化物膜，延長塗層的高温使用壽命，且硅化物可以封閉塗層中的裂紋。這一現象受到學者們的廣泛關注，並開始進一步提高硅化物塗層的抗氧化性能。

塗層的電子束重熔可以進一步改善塗層組織及提高性能。Weisenburger 對鎳基合金表面CoNiCrAlY 塗層進行了電子束重熔研究，處理後超音速火焰噴塗塗層和真空等離子噴塗塗層的表面粗糙度分別由62μm和47μm下降至3.7μm和8.0μm，近表層30μm到40μm厚度範圍內氣孔被徹底消除，高温氧化實驗塗層氧化膜增長速率降低。Hamatani 對CoCrW合金表面應用高速火焰熱噴塗法制備的NiCrFeSi 塗層進行電子束重熔研究，指出塗層氣孔數量、表面粗糙度和塗層/基體界面粘結強度是優化電子束改性工藝參數的標準。Utu 研究了電子束重熔對高速火焰熱噴塗方法制備的CoNiCrAlY 塗層耐腐蝕性能的影響，電子束重熔技術可以顯著降低塗層氣孔和氧化物含量。研究發現塗層組織結構的均勻性對電子束工藝參數中電流強度最為敏感，電流強度增加，改性層厚度增加，塗層組織均勻性提高。工件移動速度降低，則塗層熔化和氣體溢出時間增加，塗層氣孔和氧化物含量降低，電子束重熔處理塗層耐腐蝕性能有較大程度的提高。

電子束重熔處理後，硅化物塗層表面陶瓷晶粒粒度降低，表面粗糙度降低，塗層緻密度增強，表面層孔隙率降低。電子束重熔對硅化物塗層的二次燒結作用，塗層表面陶瓷顆粒燒結作用增強，增強了塗層/基體之間的元素滲透，提高了塗層/基體的粘結強度。

硅化物重熔處理後，高温抗氧化性能和抗熱震性能提高，塗層/基體獲得了更好的冶金結合，使塗層/基體變形協調性增強，塗層/基體的界面裂紋產生的傾向降低，塗層組織更加緻密，對裂紋擴展的阻礙作用進一步增強 ^[3]  。

ZL109 鑄鋁合金是製造發動機活塞及高温下工作零件的重要材料。發動機活塞工作時需承受高温及較高壓力，同時還要承受在氣缸中的往復運動受到的摩擦阻力，由於其特殊的工作環境條件對其耐蝕性、耐磨性有着較高的要求。為了進一步提高ZL109 鋁合金活塞壽命，仍需探索優化其組織及性能的方法和手段。利用脈衝高能束進行金屬材料表面加工和改性技術得到迅速發展。電子束重熔技術是高能束表面改性技術的一種，據文獻表明，電子束重熔處理可以使金屬表面組織細化並改善耐磨性、硬度等性能。

1.電子束重熔處理ZL109 鋁合金表面後，快速熔化和冷凝使粗大的初生硅和共晶硅相得到細化，組織分佈更加彌散緻密。

2.電子束重熔處理ZL109 鋁合金後，提高了Si 在鋁基體中的固溶度，對基體起到強烈的固溶強化作用，同時粗大初生硅和共晶硅的晶粒細化也是改性層硬度提高的原因之一。

3.電子束重熔處理後的ZL109 鋁合金改性層沒有新相生成，改性層中Si 元素更加充分均勻的溶於Al 基體中，形成緻密均勻的固溶體，細晶強化的結果使耐磨性也提高了。

4.電子束重熔處理後的ZL109 鋁合金改性層組織緻密，快速的冷凝使提高了Si 元素的固溶度，固溶度的增加有利於提高材料整體的極化電阻，進而增加了電極電位，使得合金的耐蝕性得到顯著改善 ^[2]  。