专利名称：一种电子束表面微造型的方法
技术领域：
本发明是一种电子束表面微造型的方法，属于电子束表面加工技术领域。
背景技术：
传统的表面处理方法大多局限于毛化技术领域，目前主要利用喷丸、电火花、激光等不同的加工技术实现，但毛化技术只能对材料表面进行粗糙化处理，产生凹坑和不规则突起等表面形貌，其中喷丸和电火花毛化技术所产生的形貌均匀性较差，形貌尺寸不可控，高度和密度也不可控，难以实现均匀的、规则的表面形貌制备，且加工效率较低、有粉尘污染，不利于环保。激光毛化技术所产生的表面形貌最大高度小于50微米，加工过程中可能导致表面形貌被环境气体污染。传统的电子束加工技术也可应用于表面加工领域，但其对电子束功率和扫描控制要求不高，加工精度不高，无法实现高效、均匀性较好的表面微造型制备。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足设计提供了 一种电子束表面微造型的方法，其目的是利用电子束的扫描，实现金属材料的表面形貌制备，达到加工的表面均匀性较好、突起密度高度可控、表面纯净的目的，本发明方法是在真空环境中进行，可以避免粉尘危害，绿色环保，通过自动化控制，加工效率高。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:该种电子束表面微造型的方法，该方法是利用小功率、高品质电子束，通过电磁场控制进行扫描，按一定的轨迹作用于金属表面，产生几微米到几百微米的微小突起，其特征在于:电子束的扫描轨迹(2)由多条向中心O汇集的线段(I)组成，每两条线段(I)不相交，相邻两线段(I)的夹角相等，夹角大小的范围是5 120°，各线段(I)长度相等，电子束是从线段⑴距离中心O最近的端点开始向外沿线段⑴进行扫描到另一端点。所述电子束的功率为10 1000W，束流直径为0.3 0.7mm,电子束的扫描速度为
0.1 5m/s。将多个扫描轨迹(2)排成常规阵列和交错阵列，常规阵列是矩阵阵列的排列方式，相邻两行扫描轨迹(2)之间的行间距相等，相邻两列扫描轨迹(2)之间的列间距相等；交错阵列是在常规阵列基础上，插入扫描轨迹(2)，插入的每一个扫描轨迹(2)位于常规阵列相邻两行和相邻两列扫描轨迹(2)中间。常规阵列与交错阵列各自的行间距和列间距取决于微小突起的密度。所述扫描轨迹(2)、常规阵列和交错阵列的图形可以通过常规绘图软件灵活编辑，通过扫描控制软件进行读取或者数据传输。扫描速度可以通过扫描频率改变，扫描能量可以通过加速电压和束流改变。通过这些参数的设定，利用电磁场的规律性变化来实现电子束的复杂扫描控制，从而达到本发明的目的。
图1为本发明技术方案中扫描轨迹的示意2为本发明技术方案中扫描轨迹排列的常规阵列的示意3为本发明技术方案中扫描轨迹排列的交错阵列的示意图
具体实施例方式以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述:参见附图1 3所示，该种电子束表面微造型的方法，该方法是利用小功率、高品质电子束，通过电磁场控制进行扫描，按一定的轨迹作用于金属表面，产生几微米到几百微米的微小突起，其特征在于:电子束的扫描轨迹2由多条向中心O汇集的线段I组成，每两条线段I不相交，相邻两线段I的夹角相等，夹角大小的范围是5 120°，各线段I长度相等，电子束是从线段I距离中心O最近的端点开始向外沿线段I进行扫描到另一端点。所述电子束的功率为10 1000W，束流直径为0.3 0.7mm,电子束的扫描速度为
0.1 5m/s。将多个扫描轨迹2排成常规阵列和交错阵列，常规阵列是矩阵阵列的排列方式，相邻两行扫描轨迹2之间的行间距相等，相邻两列扫描轨迹2之间的列间距相等；交错阵列是在常规阵列基础上，插入扫描轨迹2，插入的每一个扫描轨迹2位于常规阵列相邻两行和相邻两列扫描轨迹2中间。采用上述方法对TC4钛合金薄板进行电子束表面微造型的过程的步骤为:1.将钛合金薄板放在真空室的工作台上，将电子束设备准备就绪；2.借助于常规绘图软件编辑扫描轨迹2，相邻两线段I夹角为45°，各线段长度为0.2_。并在扫描轨迹2的基础上，借助常规绘图软件编辑常规阵列和交错阵列，其中常规阵列行间距为0.5mm、列间距为0.5mm ;交错阵列行间距为0.2mm、列间距为0.2mm ；3.将编辑好的常规阵列和交错阵列读入控制软件中，并上传到电子束设备的控制系统中；4.设置电子束设备的加速电压为150kV，加热阴极灯丝，调整聚焦电流使得作用在工件表面的束流直径为0.6mm ;设置电子束加工设备束流2mA、扫描速度0.5m/s ；5.分别选择已上传的常规阵列和交错阵列，打开束流开关，从CCD观察系统观察扫描过程；6.扫描完成后，关断束流，关闭扫描功能；7.真空室放气，将试板拿出，通过检测，表面均匀性很好。本发明与现有技术相比，具有以下优点:1.实现了金属表面微观造型，达到均匀性较好、密度高度可控的表面形貌；2.该方法加工效率很高，扫描的速度和能量可以随时设定，而且真空环境中还可以避免污染。
权利要求
1.一种电子束表面微造型的方法，该方法是利用小功率、高品质电子束，通过电磁场控制进行扫描，按一定的轨迹作用于金属表面，产生几微米到几百微米的微小突起，其特征在于:电子束的扫描轨迹(2)由多条向中心O汇集的线段(I)组成，每两条线段(I)不相交，相邻两线段(I)的夹角相等，夹角大小的范围是5 120°，各线段(I)长度相等，电子束是从线段(I)距离中心O最近的端点开始向外沿线段(I)进行扫描到另一端点。
2.根据权利要求1所述的电子束表面微造型的方法，其特征在于:所述电子束的功率为10 1000W，束流直径为0.3 0.7mm,电子束的扫描速度为0.1 5m/s。
3.根据权利要求1所述的电子束表面微造型的方法，其特征在于:将多个扫描轨迹(2)排成常规阵列和交错阵列，常规阵列是矩阵阵列的排列方式，相邻两行扫描轨迹(2)之间的行间距相等，相邻两列扫描轨迹(2)之间的列间距相等； 交错阵列是在常规阵列基础上，插入扫描轨迹(2)，插入的每一个扫描轨迹(2)位于常规阵列相邻两行和相邻两列扫描轨迹(2)中间。
全文摘要
本发明是一种电子束表面微造型的方法，该方法是利用小功率、高品质电子束，通过电磁场控制进行扫描，按一定的轨迹作用于金属表面，产生几微米到几百微米的微小突起，其特征在于电子束的扫描轨迹(2)由多条向中心O汇集的线段(1)组成，每两条线段(1)不相交，相邻两线段(1)的夹角相等，夹角大小的范围是5～120°，各线段(1)长度相等，电子束是从线段(1)距离中心O最近的端点开始向外沿线段(1)进行扫描到另一端点。本发明与现有技术相比，具有以下优点1．实现了金属表面微观造型，达到均匀性较好、密度高度可控的表面形貌；2．该方法加工效率很高，扫描的速度和能量可以随时设定，而且真空环境中还可以避免污染。
文档编号B23K15/06GK103111749SQ20131004108
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者王西昌, 巩水利, 许恒栋, 毛智勇, 左从进 申请人:中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所