CN203833984U - 电子束调节系统、电子束处理装置与系统 - Google Patents

电子束调节系统、电子束处理装置与系统 Download PDF

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Abstract

本公开一般地涉及电子束调节系统、电子束处理装置与系统。一种用于电子束处理金属工件的表面部分的系统包括配置为发射具有第一能量分布的电子束的电子束发射器，以及设置在所述电子束发射器和所述金属工件之间并对由所述电子束发射器发射的电子束起作用以将所述第一能量分布改变为第二能量分布的机构，其中，所述第二能量分布被限制于将所述金属工件的表面部分保持在与预先选择的金属相相对应的温度范围内的电子束能量范围。本公开的一个实施例解决的一个技术问题是如何可靠地从金属工件的表面区域移除金属间化合物。

Description

电子束调节系统、电子束处理装置与系统
技术领域
所描述的实施例一般地涉及使用定向能量束的热处理。更具体而言，根据金属工件的所期望的金属态调节电子束。
背景技术
由于在机械加工操作期间所产生的热，各种类型的机械加工操作可导致存在于金属工件中的杂质沿着该金属工件的表面形成金属间化合物。沿着金属工件的表面形成的金属间化合物可能会阻止机械抛光操作实现所期望的表面光洁度。在对工件施加阳极化时，沿着金属工件的表面所形成的金属间化合物的存在还可导致条纹标记变得可见。
因此，需要的是一种从金属工件的表面区域移除金属间化合物的可靠的方法。
实用新型内容
本文描述了涉及用于调节电子束的方法和系统的各种实施例。
公开了用于电子束处理金属工件的表面部分的系统。所述系统被配置为将金属保持在预先选择的金属相中被处理。所述系统至少包括：(1)电子束发射器，其被配置为发射具有第一能量分布的电子束；以及(2)设置在所述电子束发射器和所述金属工件之间的机构，其对由所述电子束发射器发射的电子束起作用以根据预先选择的金属相将所述第一能量分布改变为第二能量分布。
公开了用于调节电子束的方法。所描述的方法在电子束热处理操作期间将金属工件保持在预先选择的金属相中。所述方法至少包括：(1)发射具有第一能量分布的电子束；以及(2)将所述第一能量分布改变为第二能量分布。所述第二能量分布包括与预先选择的金属相相对应的电子束能量范围。
公开了用于均质化铝基板的表面部分的电子束处理装置。所述电子束处理装置至少包括：(1)电子束发射器，其被配置为发射电子束，所述电子束包括具有将铝基板的表面部分从第一相改变为第二相的能量密度的中心部分；以及(2)设置在所述电子束发射器和所述铝基板之间的电子束调节元件。所述电子束调节元件包括金属基板以及主动冷却装置，所述金属基板限定孔缝，所述孔缝仅允许所述电子束的中心部分在电子束处理操作期间接触所述铝基板，所述主动冷却装置与所述金属基板热接触。所述主动冷却装置被配置为从所述金属基板移除热量。
本公开的一个实施例的一个目的在于提供一种从金属工件的表面区域移除金属间化合物的可靠的方法。
根据一个实施例，提供一种用于电子束处理金属工件的表面部分的系统，包括：配置为发射具有第一能量分布的电子束的电子束发射器；以及设置在所述电子束发射器和所述金属工件之间并对由所述电子束发射器发射的电子束起作用以将所述第一能量分布改变为第二能量分布的机构，其中，所述第二能量分布被限制于将所述金属工件的表面部分保持在与预先选择的金属相相对应的温度范围内的电子束能量范围。
根据一个实施例，所述机构包括光闸系统，所述光闸系统包括被布置为吸收入射电子束的所选择部分以及相关联的电子束能量的适应性的虹膜，所述适应性的虹膜限定允许入射于其上的基本所有的电子束以无障碍的方式通过的孔缝。
根据一个实施例，由所述适应性的虹膜吸收的电子束的所述所选择部分对应于与预先选择的金属相不一致的电子束能量。
根据一个实施例，所述机构包括掩模，所述掩模包括被配置为允许入射于其上的基本所有的电子束以无障碍的方式通过的固定的孔缝。
根据一个实施例，所述固定的孔缝对应于所述第二能量分布。
根据一个实施例，所述系统是用于在金属加工操作之后处理所述金属工件的系统，在所述金属加工操作中金属间化合物颗粒形成在所述金属工件中。
根据一个实施例，所述金属加工操作为摩擦搅拌焊。
根据一个实施例，所述机构是被主动冷却以移除由所述电子束传递到所述机构的能量的机构。
根据一个实施例，所述工件耦接到在电子束处理操作期间被主动冷却的工件操纵器。
根据一个实施例，所述机构为聚焦所述电子束以使得基本所有的电子束被改变为具有所述第二能量分布的磁透镜。
根据一个实施例，提供一种调节用于处理金属工件的表面部分的电子束的系统，包括：用于发射具有第一能量分布的电子束的电子束发射器；以及将所述第一能量分布改变为第二能量分布的机构，其中，所述第二能量分布被限制于将所述金属工件的表面部分保持在与预先选择的金属相相对应的温度范围内的电子束能量范围。
根据一个实施例，所述机构是用于改变入射到所述金属工件的电子束的直径的机构。
根据一个实施例，所述系统进一步包括用于将主动冷却施加到工件和用于在电子束处理操作期间改变能量分布的机构二者的主动冷却装置。
根据一个实施例，用于将所述第一能量分布改变为所述第二能量分布的机构包括用于聚焦所述电子束的磁透镜。
根据一个实施例，由所述电子束引起的预先选择的金属相导致在所述金属工件的经处理表面的20微米内的金属间化合物被分解。
根据一个实施例，提供一种用于均质化铝基板的表面部分的电子束处理装置，包括：配置为发射电子束的电子束发射器以及设置在所述电子束发射器和所述铝基板之间的电子束调节元件。所述电子束包括具有通过沉积导致所述表面部分的温度增加到与金属相的改变相对应的相变温度或高于该相变温度的热量到铝基板的表面部分中而将所述表面部分的金属相从第一金属相改变为第二金属相的能量密度的中心部分。所述电子束调节元件包括：金属基板，该金属基板限定在电子束处理操作期间仅允许所述电子束的具有与沉积到所述表面部分中的热量相对应的能量分布的中心部分接触所述铝基板的孔缝；以及与所述金属基板热接触并配置为从所述金属基板移除热量的主动冷却装置。
根据一个实施例，所述电子束具有10J/cm2的最大能量密度。
根据一个实施例，所述电子束调节元件的所述金属基板是由具有相比与所述铝基板相关联的熔点更高的熔点的金属制成的金属基板。
根据一个实施例，所述主动冷却装置包括多个冷却管道。
根据一个实施例，所述金属基板包括配置为根据所述铝基板正被作用的面积而改变所述孔缝的尺寸的虹膜。
本公开的一个实施例的一个技术效果是能够从金属工件的表面区域可靠地移除金属间化合物。
通过随后结合附图的详细描述，本实用新型的其他方面以及优点将会变得明晰，所述附图通过举例的方式示出了所描述实施例的原理。
附图说明
通过参照随后的描述和所附附图可以更好地理解所描述的实施例。另外，通过参照随后的描述和所附附图可以更好地理解所描述的实施例的优点，其中：
图1示出了配置为辐照工件的示例性电子束发射器；
图2A示出了沿着直线路径移动的电子束的足迹；
图2B示出了详述电子束的能量分布的曲线图；
图2C示出了在给定的温度范围内具有预先选择的金属相的金属的相图；
图2D示出了电子束中的电子的能量分布；
图3A示出了配置为阻止电子束的较低能量的外围部分撞击工件的掩模；
图3B示出了在电子束横过工件时图3A的掩模如何阻挡电子束的外围、低能量部分的俯视图；
图4A示出了示例性的摩擦搅拌焊操作的透视图；
图4B示出了图4A的示例性摩擦搅拌焊操作的截面侧视图；
图5A-5C示出了正经受摩擦搅拌焊操作的示例性便携式计算设备外壳；
图6示出了表示特定精加工方法的框图，该方法适于将电子束辐照施加到经摩擦搅拌焊的铝基板；
图7A示出了铝基板在电子束辐照操作之前的俯视图；
图7B示出了图7A中所描绘的铝基板在电子束辐照操作之后的俯视图；
图8A示出了由场发射扫描电子显微镜提供的铝基板在电子束辐照操作之后的截面侧视图；以及
图8B示出了图8A的铝基板的电子背散射衍射截面侧视图，其示出了铝基板在电子束辐照操作之后的颗粒结构。
具体实施方式
在本部分中描述根据本申请的方法和装置的代表性应用。提供这些实例仅仅是为了添加上下文和有助于对所描述的实施例的理解。因此，对于本领域技术人员将是明显的是，所描述的实施例可在没有这些特定细节的一些或全部的情况下实现。在其他情况下，没有详细描述众所周知的处理步骤，以避免不必要地模糊所描述的实施例。其他应用是可能的，这样下面的实例不应被理解为是限制。
在随后的详细描述中，参照了形成为说明的一部分的附图，其中通过描述的方式示出了根据所描述实施例的特定实施例。虽然足够详细地描述了这些实施例以使得本领域技术人员能够实现所描述的实施例，但应当理解，这些实例不是限制性的；这样，可使用其他实施例，并且可做出变型而不偏离所描述实施例的精神和范围。
描述了用于热调节金属工件的表面的方法和相关联的装置。本文中所描述的实施例涉及以使得底层金属保持在预先确定的金属相中的方式来热调节金属工件的方法。换言之，描述了适合用于电子束处理的技术和装置。在该讨论的上下文中，可以将电子束(也称为e-beam)处理描述为其中具有与金属工件的所选择相相对应的能量范围的电子可被聚集为具有足以热调节金属工件的功率密度的束的处理。这样，所描述的电子束处理限制金属表面仅暴露于具有与所期望的金属相相对应的能量范围的那些电子。例如，阻止具有在预先确定的能量水平之下的动能的那些电子冲击金属表面使得金属表面的温度保持在与预先确定的金属相相对应的相变温度之上。在一个实施例中，机械装置可用于从电子束吸收具有在预先确定的能量水平之下的能量的那些电子。机械装置可采用例如具有电子束不透的部分的掩模的形式，其中该电子束不透的部分由对入射于其上的电子不透(即吸收)的材料形成。这样，掩模可包括电子束可穿透的部分，当该电子束可穿透部分相对于电子束适当地放置时，仅具有在预先确定的阈值之上的动能的那些电子可冲击金属表面。这样，金属表面被加热到根据所期望的金属相的相变温度之上的温度。应当注意到，在某些情况下，当第二阈值对应于不需要的或非最佳的金属态时，也可以防止具有在第二阈值之上的动能的电子冲击金属表面。
电子束通常具有包括峰值束电流的能量分布，峰值束电流与用于加速电子的加速电压对应。当电子束处理金属时，这些较低能量的电子可能是成问题的。具体来说，入射在金属表面上的电子的动能可加热金属表面到熔化温度之上，这具有基本去掉金属表面部分的金属间化合物的效果。不幸的是，暴露于较低能量电子(比如在电子束的外围部分中的电子)的金属部分不具备足够的动能以熔化较低能量电子所撞击的金属表面的那些部分。与所打算的去掉表面的金属间化合物相反，以这样的方式加热表面实际上导致金属间化合物形成或生长。该问题的一个解决方案是掩蔽掉电子束的外围部分，由此仅允许束的具有足够大的能量的一部分接触金属，所述能量大得足以熔化束的该部分所接触的金属部分。
在一个实现中，钨或不锈钢掩模可放置在电子束发射器和金属的表面部分之间。可主动冷却掩模以防止掩模材料过热。一般而言，掩模材料应当相比电子束所施加于的材料具有更高的熔点。在另一个实现中，可利用磁透镜以提供具有较低的能量变化的束的方式聚焦电子束。在某些情况下，这种束聚焦可允许利用电子束而不需要掩模。
下面参照图1-8B来讨论这些以及其他实施例；然而，本领域技术人员将容易地清楚，本文中给出的关于这些附图的详细描述仅是用于说明的目的，而不应解释为是限制。
图1示出了示例性电子束发射器100的框图。电子束处理器100包括等离子体阴极，通过该等离子体阴极发射电子束。可以和本实施例一起使用的一个具体的电子束实施例在论文[V.N.Devjatkov等，Installation for Treatment of Metal Surface by Low Energy ElectronBeam,7th International Conference on Modification of Materials withParticle Beams and Plasma Flows，Tomsk Russia，2004年7月25-29日，第43-48页]中充分地描述，其全部内容通过引用并入于此。应当注意，在并入的论文中所描述的处理涉及钛和钢电子束抛光，而本实施例一般地涉及从铝基板移除金属间化合物。铝电子束处理需要电子束发射器使用相比与钢和钛一起使用的电子束显著不同的参数和束宽度。例如，适于铝的电子束可具有约20-30mm的有效直径，与之相比，与钛或钢的常规电子束处理相关联的电子束一般具有小得多的有效电子束直径。在图1中描述了示出与电子束处理器100相关联的组件的框图。电子束发射器102可发射电子束104，电子束104一般具有高斯分布，其中刚好在20-30mm的直径外部，与电子束104相关联的功率水平下降到最大功率的约60％。在约46mm直径处，有效性完全下降。此外，电子束可有效地抛光铝表面达偏离轴约30度，束的有效性在该点处迅速下降。应当注意，在一些应用中，可将电子束的直径减小到约10mm。电子束发射器102电耦接到触发器106、电弧(arc)108以及加速电压源110。所发射的电子束104可与工件112的表面接触。工件操纵器/散热器114可相对于电子束104移动工件112，以保持电子束104稳定地跨工件112的表面扫描。发现当应用到铝时，以下参数使用电子束处理器100产生可接受的结果：在5到25keV之间的加速电压；在20到300A之间的束电流；伴随有在0.3-20Hz之间的脉冲重复率的在约50到200μs之间的电子束脉冲持续时间。
图2A示出了以由箭头202表示的方向和速度经过直线路径的电子束104。电子束的速度可为约30mm/s。电子束104包括高能量区域204和低能量外围区域206。电子束104内的能量分布由曲线208表示。电子束104内的能量分布本质上是高斯的，并且如同所描绘的，朝向束的外围部分减弱。当电子束104施加到金属基板时，低能量外围区域206可表示电子束104的不包含足以熔化金属基板的表面的能量的部分。虽然在离散位置中描绘了各个束斑，但应当理解，电子束104可被配置为以恒定速度沿着金属基板的表面移动，而不是在位置之间周期性地移动。
图2B示出了能量密度分布曲线208的更详细的视图。一般而言，电子束的能量密度在束中心处最大，并朝向电子束的外围区域减弱。更具体而言，如图2B所示，电子束能量密度为电子束几何形状的函数，其中最大密度Emax出现在束中心R0能量处，并朝向电子束的外围区域减弱。而且，阈值210限定了对于电子束104使特定金属基板的表面过热所需的最小能量。RL表示激光的可用于引起金属基板的所期望的相变的最大半径。对应于位于RL和RB之间的区域的束的部分可将额外的热量注入金属基板，导致在工件内形成金属间化合物。应当注意，虽然可向电子束104增加额外的能量，可以想象该能量可增加曲线208在能量阈值210之上的部分，但这样的能量增加可导致能量耗散问题，并且在一些情况下，如果由于热量深深地透入到表面中而使金属基板过度软化，则可能出现金属基板的变形。由于这些原因，能量密度分布曲线208具有上限和下限。在一个实施例中，用于电子束104的能量密度的上限可以为约10J/cm2。图2C中表示的相图提供对电子束104的能量输出的限制的进一步了解。
图2C示出了描述金属材料的四个不同相的一般相图。纵轴表示金属材料的温度，横轴表示金属材料的组成。电子束可用于将足够的能量传递到材料的至少一部分，以将该部分的温度提升到该材料从一个相改变为另一个的相变温度。例如，当金属材料具有对应于X0的组成并在相I中时，电子束辐照可在材料超过温度T0时导致材料改变到相II。在所描述的实施例的上下文中，从相I到相II的相改变可表示金属材料正变得过热。过热状态允许在材料的经电子束处理部分中的诸如金属间化合物的杂质分解；然而，如示图中所描绘的，如果过热相状态由相II表示，则为使金属材料保持在该特定的金属相中，材料必须保持在T0和T1之间的温度处。温度一般对应于电子束的特定能量分布和电子束的扫描速度。电子束较快的扫描速度对于以较快的速度精加工更多的部件可以是更有效率的。较快的扫描速度一般对应于电子束较高的能量输出，因此电子束的能量密度和扫描速度被平衡以对应于正被电子束处理的材料表面的与金属材料的所期望的金属相相对应的温度范围。应当注意到，虽然组成X0具有与在其处到达相III的T1对应的上限，但不同的组成可具有大得多的范围，可在该范围内保持单一的相。例如，在所描绘的相图中，当一组成向X0的左侧轻微地偏移时，可实现高得多的上温度界限；然而，在许多情况下，所期望的与特定组成相关联的冶金性质可能不允许这样的偏移。
图2D表示电子束内的激发电子的电子能量。在该示例性图中，电子的能量分布对应于如图2C中所示的组成X0。在曲线图左侧的电子没有足以驱动金属材料从Gamma状态进入到Beta状态中的能量，而中间的电子可驱动金属材料到T0和T1之间的温度。在曲线图右侧的电子可驱动金属材料通过Beta状态并进入到Delta状态中，由此推进金属材料脱离给定应用的所期望的状态。通过减少电子束的整体能量，曲线图可被偏置使得束仅包括三个状态中的两个。例如，通过减少电子束能量，只有具有足以到达Beta相的能量的电子可出现在束中。由于较低能量的电子一般沿着束的外围部分被发现，掩蔽掉外围部分可产生较窄的束，所述束使得其所接触到的金属材料的所有部分进入到Beta相中。在一些电子束配置中，可以掩蔽掉电子束的外围部分和中心部分以产生Beta相变。作为改变电子束的能量水平的替代方案，电子束横过金属材料的速度也可使得与Eb0和Eb1相关联的值偏移。
图3A示出了用于掩蔽掉电子束的下降到一定能量水平之下的部分的装置。可从与图1中所描绘的电子束发射器102类似的电子束发射器发射电子束104。随着电子束104朝向工件112行进，其可受到一些分散，如所描绘的。因此，将掩模302定位于很靠近工件112可能是有益的，由此允许与工件112接触的电子束104的尺寸通过掩模302中的开口而被精确地控制。由于掩模302因电子束104的外围部分与其接触而经受加热，所以为了防止掩模302在电子束发射器的操作期间熔化或经受变形，掩模的材料属性和足够的冷却可能是重要的。掩模302一般应当由相比工件112具有更高熔点的材料构成。例如，当工件112由铝合金(诸如AISA A6063)制成时，掩模302可由钨或不锈钢制成。主动冷却可有助于防止在掩模302内积累热量。主动冷却可通过放置除热组件与掩模302热接触而被配置。在一个实现中，多个冷却管道304中的每个可经由散热器306热耦接到掩模302。每个冷却管道304可经由导热膏而热耦接到散热器306，由此允许在冷却管道304和散热器306之间有效率的导热转移。主动冷却也可施加到工件112。通过放置工件112与工件散热器308直接热接触，通过电子束104传给工件112的能量可以用各种形式的主动冷却有效率地被耗散。如所描绘的，多个冷却管道304与工件散热器308热接触，以允许从工件112进行有效率的热量耗散。应当注意，可使用各种其他形式的热量耗散，或者在其中电子束辐照仅为周期性的一些情况下，则不需要利用主动冷却。还应当注意，掩模302可具有很多尺寸、形状以及构造。在一些实施例中，掩模302限定具有根据电子束104的直径的尺寸和形状的固定的圆形开口。在其他实施例中，掩模302可以为适应性的虹膜，其配置为提供可在电子束的操作期间改变的孔缝。这样，可针对工件112当前正被作为目标的部分而设定电子束的尺寸。这样的构造对于使电子束104适应于具有各种材料组成的工件也可以是有用的。在又一个实施例中，掩模302可以形成通道，电子束可沿着该通道来回移动，如图3B所描绘的。
图3B示出了经掩蔽的电子束发射器的俯视图。通过在电子束104两侧布置掩模302，电子束的外围部分不再落在工件112上。取而代之地，与电子束104的低能量外围区域206相关联的能量由掩模302吸收并由冷却管道304耗散。这样，可使工件112的邻近于高能量区域204的部分的加热最小化，由此大幅减少金属间化合物沿着工件112的表面部分的产生。
在一个特定的实施例中，经掩蔽的电子束可用于处理已经经受摩擦搅拌焊(FSW)操作的金属基板的表面。图4A示出了代表性FSW操作的透视图。FSW用于将两块金属402和404连接在一起。要被连接的金属的表面钳在一起。FSW操作涉及FSW工具406。FSW工具406为旋转工具，其通常至少包括肩部408和销410。在一些实施例中，销410的直径可以为约3mm。通过在由工具旋转箭头指示的方向上快速旋转FSW工具406，销410可产生摩擦，其将足以搅拌起在金属块402和金属块404之间的界面两侧的金属的热量传给焊接区域。这样，将金属块402和404连接到一起的经摩擦搅拌焊的区域412被形成。图4B示出了图4A的示例性FSW操作的截面侧视图A-A。在FSW操作期间，FSW工具406的肩部区域408至少接触到金属基板的顶表面。由于在FSW操作期间引入到金属基板的热量，销410产生围绕销410延伸的经摩擦搅拌焊的区域412。
图5A示出了可由FSW操作形成的示例性便携式计算设备外壳500。计算设备外壳500可由两个分开的外壳组件502和504构成。通过分别机械加工外壳组件，可在FSW操作中使块连接到一起之前，将特征部刻到每个组件中。一旦两个外壳组件形成，则这两个块可被结合在一起，如图5B所示。在图5B中，在FSW操作开始之前，可将压力施加到每个外壳组件502和504。FSW操作可将外壳组件502和504牢固地连接到一起。不幸的是，在FSW操作中所涉及的热量可使得金属间化合物在摩擦搅拌焊区域中生长，由此当使用传统精加工方法时，在经摩擦搅拌焊的区域和外壳500的其他部分之间产生显著的美观差异。这种差异可使得精加工过的部分在美观上是不可接受的。例如，沿着表面出现的金属间化合物可导致表面的一些部分在机械抛光操作期间剥落(脱片通常称为橙皮(orange peel))。在许多情况下，由金属间化合物导致的剥落阻止通过机械抛光手段在整个基板上产生密勒表面(miller surface)。图5C示出了电子束可如何用于使经摩擦搅拌焊的区域过热。束足迹506示出了当电子束经过围绕外壳500的与经摩擦搅拌焊的区域的位置相对应的路径508时电子束的位置。电子束从焊接区域的表面移除增大的金属间化合物，允许后续的精加工操作横跨外壳组件502及504和经摩擦搅拌焊的区域之间的过渡区产生一致的光洁度。
图6示出了表示适于将电子束辐照施加到经摩擦搅拌焊的铝基板的特定精加工方法600的框图。在第一步骤602中，第一铝块和第二铝块通过摩擦搅拌焊(FSW)操作连接在一起。摩擦搅拌焊操作趋于增加在铝基板内的金属间化合物的尺寸。在步骤604中，电子束辐照被施加到所连接的第一铝块和第二铝块的FSW区域。与电子束辐照相关联的电子束可被掩蔽，以使得入射到铝基板的束的整个部分具有足以熔化该入射的束与其接触的铝的能量。这阻止电子束的不具有足以熔化铝表面的能量的外围部分导致会在铝表面内形成更多的金属间化合物的加热。在步骤604之后，进入到铝基板的表面中约20和30微米的金属间化合物可被基本分解。在步骤606，化学抛光操作施加到金属的FSW区域。化学抛光操作可用于使经连接的第一和第二块的表面光滑。在步骤608，可进行机械抛光操作以实现所期望的表面光洁度。该方法可产生一致的表面，横跨该表面可施加阳极化，留下一致且合意的表面光洁度。这可以用细研磨料完成。在一个特定的实施例中，可以利用金刚石磨膏研磨料。这样的精加工步骤从铝基板的表面移除不超过约5微米。
图7A和7B示出了在电子束辐照前后用场发射扫描电子显微镜观察的铝基板之前和之后的样子。在图7A中，沿着铝基板的表面存在大量的黑色颗粒。黑色颗粒表示金属间化合物。在施加电子束辐照之后，基本所有的金属间化合物已从铝基板的表面分解，由此提供沿着铝基板的表面的基本均质的区域。这防止金属间化合物干扰后续的横跨铝基板的表面部分的精加工操作。应当注意到，所配置的电子束辐照对于下至约30微米的深度分解金属间化合物一般是有效的。
图8A示出了已经经受电子束辐照的铝基板800的由场发射扫描电子显微镜获取的截面侧视图。因此，在表面附近不存在金属间化合物。第一金属间化合物802位于进入铝基板800的表面约30微米。这允许一定量的表面层在机械抛光操作期间被移除而不遇到金属间化合物。此外，后续的阳极化处理通常浸入到铝基板的表面中约20-30微米。因此，电子束辐照也防止金属间化合物和阳极化层之间的干扰。图8B示出了铝基板800的电子背散射衍射截面侧视图。在该视图中示出了铝基板800的颗粒结构。这示出了电子束辐照如何使得铝基板800的沿着铝基板表面的颗粒结构更大。
所描述的实施例的各种方面、实施例、实现或特征可单独使用或以任何组合的方式使用。所描述的实施例的各种方面可通过软件、硬件或者硬件和软件的组合实现。所描述的实施例也可具体实现为计算机可读介质上的用于控制生产操作的计算机可读代码或计算机可读介质上的用于控制生产线的计算机可读代码。计算机可读介质为可存储之后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储设备。计算机可读介质的实例包括只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、HDD、DVD、磁带以及光学数据存储设备。计算机可读介质也可分布在网络耦接的计算机系统之上，以使得计算机可读代码以分布式方式存储和执行。
为了说明的目的，上面的描述使用特定术语以提供对所描述的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将是明显的是，不需要特定的细节以实践所描述的实施例。因此，呈现特定实施例的上述描述出于说明和描述的目的。它们不旨在穷尽或将所描述的实施例限制为所公开的精确形式。对于本领域普通技术人员将是明显的是，根据上述教导很多修改和变型是可能的。

Claims (20)

1.一种用于电子束处理金属工件的表面部分的系统，其特征在于，所述系统包括：
配置为发射具有第一能量分布的电子束的电子束发射器；以及
设置在所述电子束发射器和所述金属工件之间并对由所述电子束发射器发射的电子束起作用以将所述第一能量分布改变为第二能量分布的机构，其中，所述第二能量分布被限制于将所述金属工件的表面部分保持在与预先选择的金属相相对应的温度范围内的电子束能量范围。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机构包括光闸系统，所述光闸系统包括被布置为吸收入射电子束的所选择部分以及相关联的电子束能量的适应性的虹膜，所述适应性的虹膜限定允许入射于其上的基本所有的电子束以无障碍的方式通过的孔缝。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，由所述适应性的虹膜吸收的电子束的所述所选择部分对应于与预先选择的金属相不一致的电子束能量。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机构包括掩模，所述掩模包括被配置为允许入射于其上的基本所有的电子束以无障碍的方式通过的固定的孔缝。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述固定的孔缝对应于所述第二能量分布。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统是用于在金属加工操作之后处理所述金属工件的系统，在所述金属加工操作中金属间化合物颗粒形成在所述金属工件中。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述金属加工操作为摩擦搅拌焊。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机构是被主动冷却以移除由所述电子束传递到所述机构的能量的机构。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述工件耦接到在电子束处理操作期间被主动冷却的工件操纵器。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机构为聚焦所述电子束以使得基本所有的电子束被改变为具有所述第二能量分布的磁透镜。
11.一种调节用于处理金属工件的表面部分的电子束的系统，其特征在于，所述系统包括：
用于发射具有第一能量分布的电子束的电子束发射器；以及
将所述第一能量分布改变为第二能量分布的机构，其中，所述第二能量分布被限制于将所述金属工件的表面部分保持在与预先选择的金属相相对应的温度范围内的电子束能量范围。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述机构是用于改变入射到所述金属工件的电子束的直径的机构。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：
用于将主动冷却施加到工件和用于在电子束处理操作期间改变能量分布的机构二者的主动冷却装置。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，用于将所述第一能量分布改变为所述第二能量分布的机构包括用于聚焦所述电子束的磁透镜。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，由所述电子束引起的预先选择的金属相导致在所述金属工件的经处理表面的20微米内的金属间化合物被分解。
16.一种用于均质化铝基板的表面部分的电子束处理装置，其特征在于包括：
配置为发射电子束的电子束发射器，所述电子束包括具有通过沉积导致所述表面部分的温度增加到与金属相的改变相对应的相变温度或高于该相变温度的热量到铝基板的表面部分中而将所述表面部分的金属相从第一金属相改变为第二金属相的能量密度的中心部分；以及
设置在所述电子束发射器和所述铝基板之间的电子束调节元件，所述电子束调节元件包括：
金属基板，该金属基板限定在电子束处理操作期间仅允许所述电子束的具有与沉积到所述表面部分中的热量相对应的能量分布的中心部分接触所述铝基板的孔缝；以及
与所述金属基板热接触并配置为从所述金属基板移除热量的主动冷却装置。
17.根据权利要求16所述的电子束处理装置，其特征在于，所述电子束具有10J/cm2的最大能量密度。
18.根据权利要求17所述的电子束处理装置，其特征在于，所述电子束调节元件的所述金属基板是由具有相比与所述铝基板相关联的熔点更高的熔点的金属制成的金属基板。
19.根据权利要求18所述的电子束处理装置，其特征在于，所述主动冷却装置包括多个冷却管道。
20.根据权利要求18所述的电子束处理装置，其特征在于，所述金属基板包括配置为根据所述铝基板正被作用的面积而改变所述孔缝的尺寸的虹膜。
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