强流脉冲离子束辐照对钛合金表面相结构的影响

利用X射线衍射(XRD)和能量色散的特征X射线谱(XEDS)扫描,对强脉冲离子束辐照钛合金的表面结构特征和成分分布进行了测试与分析。结果表明,试样钛合金为(α+β)型两相钛合金。当以低能流密度离子束辐照时,材料表面粗糙度的增加导致结构发生明显变化;随着离子束能流密度的增加,材料表面层出现微小非晶相;表面元素呈明显的层状均匀分布;多次脉冲离子束辐照下,表面形成Al2O3等氧化物,从而利于被辐照表面抗氧化性的提高。进一步提高离子束能流密度,多次脉冲辐照,材料表面形成了新相Al6MoTi和AlMoTi2。     

聚变堆两种候选钛合金的拉伸和疲劳性能

钛合金被选择为聚变反应堆的第一层围筒、再生区和磁性线圈的结构材料。钛合金之所以受到青睐,是由于其本身的高比强度、低弹性模量和低膨胀趋势,以及在受到辐照后其活性会很快降低等原因。此外,还因为钛合金有极好的耐蚀性和较好的可焊性,甚至在较厚的区域可焊性也很好。再者,钛合金的热应力参数很低,所以也适合作为承载热应力的部件。α相的钛合金被认为具有更好的耐辐照脆化性能,而（α＋β）相的钛合金则对氢脆具有最大的容许限度。在本项研究中,采用了这两个系列中的两种典型的工业用钛合金：Ti5Al2．4Sn和Ti6Al4V。报道了室温和450℃时的拉伸性能。在350℃条件下,开展了总应变范围为0．8％－2％的应变控制下的低周疲劳试验和分析。而且,还对两种合金变形之前和变形之后的微观组织进行了观测。两种合金都表现出了极好的力学性能,其力学性能与铁基马氏体钢的相当或者是更高。     

ITER反应堆活性区组件挠性附件所用合金Ti-4Al-2V（πT-3B）的辐照性能

钛合金由于具有优异的综合性能，如很好的抗冲击性能、强度、密度，以及低的热膨胀系数，因而成为制造国际聚变试验反应堆（ITER）活性区屏蔽组件挠性附件的备选材料。另一个很重要的原因是，钛合金在辐照后，其活性会很快降低，无需须专门存放。（α＋β）相钛合金比α相钛合金的强度更高，但开发进展较缓慢，有关这些材料辐照性能方面的数据很有限。在ITER的研究开发项目框架内，开展了α相钛合金Ti-4Al-2V（πT-3B）的中子辐照考验，在IVV-2M反应堆中，对合金的锻态试样进行了温度范围为240—260℃，中子剂量达（0．32～0．43）dpa（每晶格原子中的位错数量）的辐照试验。本文论述了合金在进行中子辐照前后其拉伸试验、低周疲劳试验和断裂强度试验的结果，并与（α＋β）相钛合金Ti-6Al-4V的结果进行了对比。     

强脉冲离子束在金属中引起的应力波效应

金属在强脉冲离子束辐照及其后的快速冷却过程中所经历的应力过程是强脉冲离子束金属材料改性的最重要的机制之一。对应于这种过程 ,金属材料的微观结构和微硬度发生了改变。本文以 4 5 #钢和纯铝为样品将实验中测量到的不同强度的强脉冲辐照后样品微硬度和微观结构的变化与热力学计算所描述的热力学过程相对照 ,解释了出现微硬度双峰是由于应力波的形成和传播使然 ,并预言了由于应力波的在样品背面的反射 ,在较强能通量的强脉冲离子束辐照下 ,样品背表面一定深度处也会出现微硬度增加的现象 ,该现象已被实验所证实。     

强流脉冲电子束表面处理对金属材料表层显微硬度的影响

强流脉冲电子束(HCPEB)是一种新型高效的材料表面处理手段.本文研究HCPEB处理对模具钢D2、金属间化合物Fe-40Al及镁合金AZ31和AZ91表层显微硬度的影响.HCPEB辐照引发极端温度应力复合作用,处理材料表层的显微硬度变化深度远超过热影响区范围,形成深层改性效果,实现材料表层强化处理.     

强流脉冲电子束处理纯钛的表面组织与性能

研究了强流脉冲电子束处理纯钛的表层组织、显微硬度和耐蚀性能变化.经多脉冲处理的样品表面逐渐趋于平整,表层中出现非晶和纳米晶分层结构.样品表层显微硬度由原始的178 Hv提高到292 Hv.在5%NaCl溶液中进行动电位极化曲线测定,发现经15次脉冲处理样品的耐腐蚀性能最佳,自腐蚀电位由-346.4 mV提高到-188....     

强流辐照对钛合金表面形貌及成分的影响

用强流脉冲离子束技术对钛合金进行了表面轰击,利用原子力显微镜(AFM)在微观尺度上对离子束诱发的表面形貌进行了分析.结果表明,在单脉冲能量密度为～1.44 J/cm2,1次辐照表面开始熔化,5次辐照,轰击表面形成密度较大的块状熔坑,高度差较原始表面增长了约200 nm.用能量色散的特征X射线谱(XEDS)分析了辐照表面...     

强脉冲离子束在金属中引起的应力波效应

金属在强脉冲离子束辐照及其后的快速冷却过程中所经历的应力过程是强脉冲离子束金属材料改性的最重要的机制之一。对应于这种过程，金属材料的微观结构和微硬度发生了改变。本文以45＃钢和纯铝为样品，将实验中测量到的不同强度的强脉冲辐照后样品微硬度和微观结构的变化与热力学计算所描述的热力学过程相对照，解释了出现微硬度双峰是由于应力波的形成和传播使然，并预言了由于应力波的在样品背面的反射，在较强能通量的强脉冲离子束辐照下样品背表面一定深度处也会出现微硬度增加的现象，该现象已被实验所证实。     

Xe~+离子辐照诱导国产T91及316Ti钢微结构变化研究

对国产T91及316Ti钢进行室温下200keV的Xe~+离子辐照,使用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等检测方法研究不同损伤剂量下辐照对材料相的稳定性和微观结构变化的影响。研究结果表明:T91钢辐照后未发生明显相变,而316Ti发生了γ(FCC)→α(BCC)的马氏体相变,且随辐照损伤剂量的增加,α相含量增加,相变的主要驱动力为辐照离子在辐照层的聚集从而产生的剪切应力;T91钢中的M_(23)C_6颗粒随辐照损伤剂量的增加,非晶化越来越明显,主要是由于辐照粒子的轰击削弱了M_(23)C_6颗粒晶格的稳定性,晶格塌陷成为非晶状态;316Ti钢在较低辐照损伤剂量(4.6dpa)下出现黑斑结构,而在高辐照损伤剂量(37.1dpa)下黑斑结构进一步聚集形成位错环。     

C离子辐照对核级石墨微观组织损伤研究

利用中国科学院近代物理研究所的320 kV加速器，分别在室温和180℃不同剂量下采用1.08 MeV的C⁴⁺辐照核级石墨。采用扫描电子显微镜(SEM)、聚焦离子束显微镜(FIB)、透射电子显微镜(TEM)研究离子辐照温度、辐照剂量对石墨微观组织、晶体结构的影响。结果表明：未辐照石墨微结构由填充颗粒和粘结剂组成，填充颗粒区域包含大量的微裂纹，粘结剂区域由细石墨微晶、微裂纹、QI粒子、混层石墨等组成。随着辐照剂量的增加，石墨表面的平整度逐渐变差，孔隙密度和平均孔隙尺寸均有所增加，辐照缺陷增加；低剂量辐照(0.02 dpa)对石墨微观组织、晶体结构影响不大，辐照区域与未辐照区域无明显区别；中等剂量的辐照(0.2 dpa)会使石墨基体中微裂纹发生闭合，沿辐照深度方向出现辐照分界线；高剂量的辐照(2 dpa)导致辐照区域内几乎所有微裂纹的闭合，辐照分界线更明显，辐照深度加深；180℃辐照2 dpa,结构变得无序，石墨发生了非晶化，说明C离子辐照导致石墨微结构发生了损坏。     

强脉冲离子注入中的脉冲能量效应研究

在脉冲离子束流密度为15120A/cm2、脉宽为50150ns、加速电压为150260kV范围内,在11014cm-2的低注量水平上, 研究了高功率Cn++H+混合离子束注入45号钢样品的强脉冲能量效应。摩擦磨损和微观硬度测量以及SEM和X射线衍射分析表明,上述低注量强脉冲离子束注入可以改变材料 表面的微观结构和力学特性,而且强烈依赖于单个脉冲离子束的功率密度和能量密度。在相同离子注量条件下,普通C++H+离子注入对45号钢样品表面微硬度和摩擦系数未 见明显影响。直接证明了强脉冲能量效应在离子注入中是相对独立于注入元素掺杂效应的又一可利用的重要效应。基于一维导热模型,讨论了强脉冲能量效应以及脉冲离 子束功率密度对离子束材料表面改性的作用。     

脉冲离子束轰击靶的热效应数值模拟

分析了脉冲离子轰击靶膜和衬底的热效应,在能量较低的情形下,离子轰击处理为靶膜表面热流输入。采用有限元程序,对能量为600keV、束流为12mA的不同束斑半径的脉冲离子流轰击Cu基Ti靶的热传导进行了数值计算,得到了热传导清晰物理图象。     

箍缩反射离子二极管产生的强流脉冲离子束特性

通过对离子束流密度分布的测量和对被离子束轰击的铜箔不同半径处表面微观形貌的分析,研究了200kV箍缩反射离子二极管产生的离子束特性。结果表明：轴线上离子束流密度最大。     

C276合金的抗辐照性能研究

C276合金为包壳部件的候选材料之一，本文拟对其抗辐照性能进行研究。对C276合金进行质子及多束粒子辐照，利用纳米硬度仪、透射电镜、拉曼成像仪等研究了C276合金在辐照前后的试样。结果表明：在质子及多束粒子辐照下，辐照损伤区域发生C偏析和位错环硬化；在H或He单束辐照条件下，在35.0 μm或3.5 μm深度处，拉曼光谱中的碳峰相对强度较大且碳峰红移，引起此处的纳米硬度较其他深度处的高；试验得到的损伤峰对应的深度与模拟计算得到的吻合。可推知，C276合金在质子及多束粒子下的辐照硬化是辐照偏析及可能的位错环硬化综合作用的结果。     

钛离子注入9Cr18钢的强流脉冲电子束后处理

对９Ｃｒ１８钢经Ｔｉ＾＋离子注入后又使用脉冲强流电子束进行了表面辐照处理用ＡＥＳ分析了注入层的成分,考查了电子束处理前后的硬度,并讨论了脉冲强流电子对离子注入金属材料表面成分产生辐照增强扩散的影响。     

Wear and corrosion resistance of AZ31 magnesium alloy irradiated by high-intensity pulsed ion beam

The wear and corrosion resistance of AZ31 magnesium alloy irradiated by high-intensity pulsed ion beam (HIPIB) at an ion current density of 100–300 A/cm² with shot number of 1–10 are investigated by sliding wear test and potentiodynamic polarization measurement. The surface and cross-sectional morphologies, phase structure and surface microhardness of the irradiated AZ31 magnesium alloy samples are characterized by scanning electron microscopy (SEM), optical microscopy, X-ray diffraction (XRD) and Vickers tester, respectively. The HIPIB irradiation produces the hardened surface layers and improves abrasive wear resistance of all the samples. The wear volume of the irradiated samples at 200 A/cm² and 300 A/cm² with 10 shots as well as 100 A/cm² with 5 shots is about four times less than that of the original sample. The apparent increase in corrosion resistance is achieved for all the irradiated samples in 0.01 mol/l NaCl solution with a pH value of 12. The corrosion potential and pitting breakdown potential for the samples irradiated at 100 A/cm² with 5 shots are 560 and 630 mV higher than those of the original sample, −1560 mV and −1300 mV (SCE), respectively. It is found that the combined improvement in wear and corrosion resistance of AZ31 magnesium alloy is achieved by HIPIB irradiation, which is ascribed to the microstructural refinement and the chemical homogeneity of the irradiated magnesium alloy.     

Increasing of Hardness of Titanium Using Energetic Nitrogen Ions from Sahand as a Filippov Type Plasma Focus Facility

In this paper a 90 kJ plasma focus facility was used to the bombardment of the titanium substrate using nitrogen ion beams. From x-ray diffraction patterns, we investigated the structure properties of titanium nitride layer has been successfully deposited on the titanium substrate such as grain size microstrain and dislocation density. In this work we observed the growth of in grain size with increasing a number of deposition shots. Decrease in dislocation density and microstrain at higher deposition is the another results we observed in this work. The topography and morphology of TiN samples was studied by scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy images. From SEM micrograph, damage of surface and creation of pits and cracks was reported. The goniometric test indicate increasing in contact angle of water drop for irradiated samples in respect to the unirradiated samples. The Knoop microhardness of the samples is increased about 500%. With increasing of nitrogen ion flux, the microhardness increases.     

Corrosion characteristics of Hastelloy N alloy after He+ ion irradiation

With the goal of understanding the invalidation problem of irradiated Hastelloy N alloy under the condition of intense irradiation and severe corrosion, the corrosion behavior of the alloy after He⁺ ion irradiation was investigated in molten fluoride salt at 700 °C for 500 h. The virgin samples were irradiated by 4.5 MeV He⁺ ions at room temperature. First, the virgin and irradiated samples were studied using positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) to analyze the influence of irradiation dose on the vacancies. The PALS results showed that He⁺ ion irradiation changed the size and concentration of the vacancies which seriously affected the corrosion resistance of the alloy. Second, the corroded samples were analyzed using synchrotron radiation micro-focused X-ray fluorescence, which indicated that the corrosion was mainly due to the dealloying of alloying element Cr in the matrix. Results from weight-loss measurement showed that the corrosion generally correlated with the irradiation dose of the alloy.