材料表面分析技术在激光表面改性中的应用姓名：孟威学号：0100509035激光加工的实质是激光将能量传递给被加工材料，被加工材料发生物理或化学变化，从而达到加工的目的。按照激光与被加工工件之间作用机理的不同，可将激光加工分为两类：一类是激光热加工，一类是激光冷加工。激光表面改性技术属于激光冷加工。激光表面改性技术包括：激光表面相变硬化、激光表面合金化与熔覆、激光表面非晶化与微晶和激光冲击强化等。利用激光表面改性技术可以极大地提高零件表面的机械、物理和化学性质，现在已经广泛应用于工业生产。激光表面相变硬化是用高能量激光束照射材料表面，使表面温度达到相变温度点以上，当激光束移开后，由于基体的传热使表面快速冷却（自淬火），从而使材料表面硬化的一项技术；激光表面熔化可使材料表面得到细晶组织、非晶态和亚稳相，在满足材料表面某些方面需要，如耐磨性、耐蚀性、防止氧化等方面显示出独特的优点；激光表面合金化是利用激光照射使材料表面熔化并提供给表面（预覆或喷射）的合金元素的物质熔化、混合均匀，以便在材料表面形成一个理想的合金层，从而改善材料表面性质的工艺；激光表面涂覆和激光表面合金化技术相似，激光表面涂覆经常用来提高材料的耐磨性、耐蚀性和耐高温性能；激光表面冲击硬化是利用激光脉冲使材料表面薄层（几个原子厚）快速蒸发，在表面原子移走的时候，发生动量脉冲并产生一个冲击波或应力波，对材料表面产生残余压应力，从而达到改善材料疲劳寿命的目的。激光表面改性技术是材料重要的表面改性技术。金属对激光吸收的特征长度极短，金属表面状态与能量吸收率的关系极为敏感，因此，表面加工对金属材料的光吸收特性与激光加工质量的影响的研究引起了人们普遍的重视与兴趣。而对材料的表面分析技术的要求也越来越高，表面分析技术直接影响激光加工质量。因此，对材料表面加工之前需对材料的表面状态进行细致的分析。1表面分析技术表面分析是指用以对表面的特性和表面现象进行分析、测量的方法和技术，它的对象包括表面的微观结构、化学组成、电子结构和原子运动。对于化学成分的分析可以分为定性和定量两种。根据被分析的区域，又可分为点、线、面和深度剖面等分析模式，原则上可以给出元素在样品上的三维分布情况。最常用的剖面分析方法是利用离子（或中性原子）的溅射效应，将表面逐层剥去，与此同时利用表面分析仪器记录表面信息。表面分析方法的基本原理是用各种入射激发粒子（或场），使之与被分析的表面相互作用，然后分析出射粒子（或场），出射粒子可以是经过相互作用后的入射粒子，也可以是由入射粒子激发感生的另一种出射粒子。所有出射粒子都是信息载体，携带着被分析表面的信息。这些信息包括出射粒子（或场）的强度、空间分布、能量（动量）分布、质荷比、自旋等。分析这些出射粒子可以获得表面的信息。因此入射粒子和样品表面的互作用是各种表面分析方法的基础。表面分析方法用的激发粒子和出射粒子（信息载体）主要有电子、光子、离子、中性粒子和场等，由它们形成了各种常用的表面分析手段。在应用时应根据各种分析方法和分析试样的性能，如分析灵敏度下限，分析元素范围，对样品的破坏程度，空间分辨率的要求等综合考虑而决定选择何种分析仪器和分析步骤，在具体分析时经验往往是很重要的。值得指出的是各种分析方法都有其局限性，因此选择多种方法，以求获得信息的互补是很重要的。表面分析技术在材料科学中应用非常广泛，已用于研究界面脆裂、表面偏析、腐蚀、氧化、磨损、润滑、碳化、氮化等。表面分析可大致分为表面形貌分析、表面成分分析和表面结构分析三类。表面形貌分析指宏观几何外形分析，主要应用电子显微镜（TEM、SEM等）、场离子显微镜（FIM）、扫描探针显微镜（SPM，如STM、AFM等）等进行观察和分析。表面成分分析包括表面元素组成、化学态及其在表层的分布（横行和纵向）测定等，主要应用X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、电子探针、二次离子质谱（SIMS）和离子散射谱（LSS）等。表面结构分析指研究表面晶相结构类型或原子排列，主要应用低能电子衍射（LEED）、光电子衍射（XPD）、扫描隧道显微镜和原子力显微镜等。由于各种方法的原理、适用范围均有所不同，因而从不同层面给人们提供了认识微观世界的手段。1.1表面形貌分析用于表面形貌分析的方法主要是各种显微分析技术，如透射电子显微镜、扫描电子显微镜、场离子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等。⑴透射电子显微分析简单地说，透射电镜（TEM，TransmissionElectronMicroscope）就是一种用高能电子束做光源，用电磁透镜做放大镜的大型电子光学仪器；目前影响电镜分辨本领的电磁透镜球差已减小到接近于零，使电子显微镜的分辨率得到了很大提高，透射电镜的分辨率达到了0.1~0.2nm。例如采用横截面（Cro