金属离子高温注入原理与工艺研究*

采用离子与固体相互作用理论和辐照增强扩散理论建立了金属离子高温注入的传质模型,利用有效形成热理论建立了金属离子高温注入合成金属间化合物相形成预测模型。采用MEEVA源进行了Al离子高温注入镁合金AZ31表面改性。利用Rutherford背散射和X射线衍射方法分析了注入改性层的成分与相结构,利用动电位阳极极化测量及摩擦磨损试验测定了注入改性镁合金AZ31的耐腐蚀、抗磨损性能。计算的Al离子高温注入镁合金AZ31的成分—深度分布及金属间化合物Al12Mg17形成规律与试验测量结果相符。注入剂量为6×1016ions·cm-2的Al离子高温试样,腐蚀电位和孔蚀击穿电位分别达到-1180mV(SCE)和-480mV(SCE),维钝电流密度较原始镁合金试样的电流密度约降低1个数量级。高温注入镁合金试样的磨痕较窄,磨损量较原始试样减小约20%。Al离子高温注入显著改善了镁合金AZ31的耐腐蚀、抗磨损性能。     

Al离子高温注入Fe靶的表面合金化研究

利用能量120 keV的Al离子注入250和500℃的Rj靶,研究了高温注入条件下Fe靶表层合金化过程.Fe靶表 层A1的浓度一深度分布和相结构分别采用Rutherford背散射谱(RBS)和X射线衍射谱(XRD)分析.实验结果表明:注 入剂量为1×10"cm一。时, AI离子注入250和500℃Fe靶的注入深度分别为180和200 nrn,峰值浓度均为10％(原子 分数).离子注入层中形成了金属间化合物AllaFe4相,同时记录到少量残留氧造成的氧化物A1Ee03相.利用有效形成热模型 合理解释了Al离子高温注入Fe靶的合金相形成规律,利用相应金属离子高温注入金属靶传质模型可获得与实验相符的结果.     

Cr离子高温注入Al靶的传质模型

利用注入离子在固体中传输理论和辐照增强扩散理论建立了金属离子高温注入金属Al靶的传质模型,计算了金属离子高温注入的浓度-深度分布.在所建立的传质模型中采用动态Monte Carlo方法模拟离子注入过程,引入饱和浓度限模拟晶体靶局部饱和现象;采用基于辐照增强扩散的扩散方程描述注入粒子扩散过程;根据缺陷线性退火理论确定辐照增强扩散系数;结合杂质原子和非平衡空位扩散方程给出了注入粒子的浓度分布;在扩散方程中引入了空位源函数并考虑了离子溅射造成的表面退让效应.针对离子能量140keV,注入剂量2×10~(17)cm~(-2),温度250,400和510℃的Cr离子注入Al靶计算得到的浓度-深度分布与实验结果相符.     

氟离子注入对TiAlNb合金高温氧化性能的影响

采用等离子体氟离子注入,对TiAlNb合金基体进行了表面氟化处理,研究了不同注入剂量的试样在800 ℃和900 ℃下的高温氧化动力学行为.结果表明,氟离子注入可显著地改善钛铝合金的高温抗氧化性.X射线和扫描电镜对氧化层物相和组织结构分析结果表明,氟离子注入后的TiAlNb合金在高温氧化过程中生成了一层致密的Al2O3氧化阻挡层,该阻挡层能有效阻止氧向合金基体的扩散,从而大大提高合金的高温氧化抗力.     

RE++N+注入对压铸模具表面性能影响

将Ce-La离子和氮离子注入到压铸模和H13钢试样中.研究发现这种方法能提高H13钢试样表层的纳米硬度,50 nm深度处的纳米硬度从13.37 GPa提高到16.60 GPa,在350 nm深度附近存在一层相对较弱的原子结合层,注入层的弹性模量与硬度偏离直线关系;能提高注入层的高温抗氧化能力.在较低放大倍数下,用SEM未能观测到注入与非注入之间的微区形貌区别.进一步用XPS分析注入层成分,发现稀土Ce+的结合能为881.7eV和885.1eV;La+的结合能为834.3eV,836.2eV和837.7 eV,表明离子注入生成了新的未知铈化物、镧化物.     

Y，Er离子注入对γ—TiAl金属间化合物高温氧化性能的影响

采用金属蒸气真空电弧(MEVVA)离子源将稀土Y,Er离子分别注入γ-TiAl金属间化合物,注入能量为50～60 keV,注入剂量为1×1017 cm-2.研究了γ-TiAl在空气中800～900℃,200 h的循环氧化行为.结果表明,Y,Er离子注入γ-TiAl的氧化增重比原始试样均未见明显减小,同时出现了严重的氧化膜剥落现象.不同于稀土改善Fe,Co和Ni基高温合金抗氧化性能,Y,Er离子注入不具有增加氧化膜粘附性,改善γ-TiAl抗氧化性能的作用.     

喷丸处理对45钢表面Al+注入层抗高温氧化性的影响

为改善45钢的抗高温氧化性能，在其表面制备单一Al⁺注入层和喷丸+Al⁺注入层。检测表征改性层的表面粗糙度、显微硬度、微观形貌、以及铝元素含量，并进行600℃、200 h下的抗高温氧化性能试验。研究结果表明：喷丸处理45钢表面呈现出凹坑、丘陵状、具有近似等轴状纳米晶结构，Al⁺注入使纳米晶进一步细化。喷丸处理使45钢的表面粗糙度Ra从0.42 μm增至1.15 μm，显微硬度、注入铝元素含量及氧化增重分别从单一Al⁺注入层的257 HV_0.05增至喷丸+Al⁺注入层的最高505 HV_0.05，从3.7%增至4.2%和从14.8 mg·cm^-2降至8.3 mg·cm^-2。即喷丸处理有效增强了45钢表面Al⁺注入层的抗高温氧化性能。     

镧离子注入对纯锆抗高温氧化性能的影响

对纯锆表面注入了1×10~(16)ions/cm~2～1×10~(17)ions/cm~2的镧离子,并在500℃条件下进行了空气氧化增重研究。用XPS分析了注入的镧、锆的价态;用AES分析了镧锆氧三元素的深度分布;用0.3°小角X光掠射(GAXRD)分析了高温氧化时氧化锆的相转变。结果表明,纯锆表面注入La离子后,其抗高温氧化性能显著提高,且注入剂量越大效果越强,注入氧化膜以La_2O_3和ZrO_22种形式存在;由于La离子的注入,促使形成大量四方相氧化锆(t-ZrO_2),而且减少四方相氧化锆(t-ZrO_2)向单斜相氧化锆(m-ZrO_2)的转变,这是纯锆氧化速率降低的根本原因。     

乙烯装置压缩系统腐蚀原因分析

乙烯装置压缩系统由注油改为注水后产生了腐蚀,分析其主要原因是由于裂解气中硫化物高温裂解之后转化为H2s等酸性物质,并溶解在水中,导致该系统pH值较低所致.从工艺和材料方面提出了相应的防腐蚀对策,介绍了在各段压缩机出口线注入缓蚀剂的工艺防腐蚀方法.     

升温离子注入对医用材料Ti6A14V表面改性影响

对Ti6A1 4V合金进行温度范围从 1 0 0℃到 6 0 0℃ ,注入剂量为 4× 1 0 1 7ions.cm- 2 氮离子等离子体源离子注入 (N-PSII)。用俄歇能谱仪 (AES)对注入样品进行元素深度分布剖面分析。用显微硬度计及针盘磨损试验机测试表面改性的效果。利用X射线衍射 (XRD)分析表面改性层结构的变化。利用光学显微镜观察磨痕宽度。分析发现 ,当温度从 1 0 0℃升到 6 0 0℃时 ,注入层厚度明显增加。其中 ,高温注入时获得较高的表面硬度和较好抗磨损性。XRD分析发现 ,随温度升高注入层表面形成TiN和Ti2 N析出相。     

汽包焊接修复整体热处理技术及应用

结合某火电机组汽包管接头更换修复工程,用有限元计算与现场测量相结合的方法,对修复热处理温度场和焊后热处理工艺进行研究。结果表明,修复过程中汽包筒体存在周向、纵向和内外壁温差,汽包结构特点和热处理工艺是影响温度场的主要因素;空气自然对流冷却状态下,吊杆温度超过400℃。周向分区控温、在300和400℃设置保温段和以压缩空气对吊杆强制冷却等措施,有效地控制了汽包温差和吊杆温度,并在修复工程中得到了成功应用。     

环境温度和旧砂温度对生产线用粘土型砂性能的影响

稳定地保证粘土型砂的性能和质量是生产线用粘土砂型铸造生产中的关键问题之一。影响型砂性能的因素很多,其中环境温度和旧砂温度对生产线用粘土型砂性能的影响较大。从江铃铸造厂某造型生产线上现场的环境温度和旧砂温度和型砂性能的检测数据入手,对比分析了生产线上环境温度和旧砂温度变化与型砂性能的关系,跟踪了环境温度和旧砂温度变化对铸件缺陷率的影响;根据该造型生产线目前存在的旧砂温度过高、铸件缺陷率较大现状,提出了改进型砂质量和减少铸件缺陷的建议。     

��ѧ���¼����е�����ԭ��

 与其它测温技术相比，光学测温技术具有非接触、实时和无损等优点，在国防、军事和工业生产中具有极其重要的作用。文章介绍了常见的4种技术——激光光谱测温技术、全息干涉测温技术、基于CCD的三基色测温技术和红外辐射测温技术，其中又以红外辐射测温技术应用最为广泛。简单地介绍了前3种技术，而对红外测温技术的原理、方法和具体应用则进行了详细的论述。     

SPA��H��װ��������ѧ�����о�

 钢的高温力学性能是确定连铸工艺参数的重要依据。文章利用Gleeble1500试验机进行了集装箱板的高温热塑性试验,研究了集装箱板热塑性与温度的关系。通过绘制形变温度与断面收缩率的关系曲线,找出了该钢的低塑性温度区,即裂纹敏感点。运用扫描电镜对试样裂纹敏感点拉断后的断口形貌进行观察。随后,分析了相应钢在各温度区域的断裂机理,并讨论了铸坯质量与高温力学性能的关系。     

ZL107合金热力学显微组织分析

应用热力学计算对平衡条件下ZL107合金组织进行了定量分析,研究了化学成分和温度对ZL107合金组织的影响规律,并对该合金的显微组织进行了观察。结果表明,ZL107合金中Al2Cu强化析出相开始析出温度及数量主要取决于Cu含量,增加Cu含量可以提高Al2Cu相数量及析出温度。在210℃以上时效会导致Al2Cu相数量下降。热力学计算确定的最佳固溶温度和时效温度分别在510～520℃和150～200℃之间,热力学计算结果和试验结果相符。     

热环境下飞行器壁板的振动疲劳分析

针对高超声速飞行器热力环境引起的壁板振动疲劳问题,旨在研究温度变化对壁板结构振动特性及疲劳寿命的影响。首先分析壁板三维瞬态耦合传热和热应力,获得壁板的温度场和应力场;然后依次探讨温度场、应力场及其耦合效应对壁板振动模态与疲劳寿命的影响。分析过程中,考虑温度变化造成弹性模量减小对壁板刚度的影响,引入由热环境引致的附加热应力刚度矩阵以及附加热变形刚度矩阵。结果显示:温度变化引起的材料力学性能退化使壁板结构各阶次模态频率随之下降,温度梯度对振动模态的影响明显,热力耦合效应使壁板的振动疲劳寿命缩短。     

铁路钢轨铝热焊接接头的低温力学性能试验

青藏铁路等低温地区铁路的建设与维护,对钢轨铝热焊接接头的低温力学性能的研究提出了迫切的要求.通过U71Mn和U75V两种钢轨的铝热焊接接头低温拉伸试验,得到了两种钢轨铝热焊接接头各温度下的强度与塑性指标,分析了各指标随温度的变化规律.结果表明,两种钢轨铝热焊接接头的规定非比例延伸强度均随温度的降低而提高,而抗拉强度均随温度的降低而降低;两者的屈强比均随温度的降低而升高,断后伸长率和断面收缩率均随温度的降低而减小,塑性变差,低温冷脆倾向增加;U71Mn钢轨接头的断后伸长率和断面收缩率均较U75V钢轨接头大,塑性更好.在寒冷地区的铁路建设中,宜优先选用U71Mn钢轨及相应的铝热焊接材料.     

不完全再结晶Fe40Mn10Cr25Ni25高熵合金的室温及低温力学性能

采用冷轧和退火热处理工艺制备了不完全再结晶结构的Fe₄₀Mn₁₀Cr₂₅Ni₂₅高熵合金,分析了合金的室温(298 K)及低温(77 K)拉伸时的力学性能。结果表明,合金具有优良的室温及低温力学性能,合金在低温拉伸时强度和塑性均得到了提高,其室温强度和断后伸长率分别为880 MPa和18%,低温强度和断后伸长率分别为1360 MPa和36%。合金在室温变形以位错滑移为主,低温变形以位错滑移和孪生为主。室温拉伸时,粗晶晶粒先于细晶晶粒变形,导致试样内部产生了应变梯度,提高了合金的加工硬化率,使合金在室温下具有良好的强塑性。低温拉伸时,粗晶晶粒中形成了大量的变形孪晶,从而提高了合金的低温力学性能。     

Effects of temperature boundary conditions on equiaxed dendritic growth in phase-field simulations of binary alloy

By the phase-field approach, the dendritic growth in binary alloy melt was simulated respectively using two types of temperature boundary conditions, i.e., the constant temperature boundary by which the boundary temperature was fixed at the initial temperature, and Zero-Neumann temperature boundary. The influences of the temperature boundary conditions on numerical results are investigated. How to choose appropriate temperature boundary conditions is proposed. The results show that: 1) when the computation region is limited to a changeless size, the Zero-Neumann and constant temperature boundary conditions lead to the different dendritic growth behaviors, and the Zero-Neumann condition is preferable to the constant temperature condition; 2) when the computation region is enlarged continually with the computational time according to the increasing thermal diffusion scale, the two types of temperature boundary conditions achieve the consistent tip velocities and tip radii, and they both are appropriate choices.     

我国钢铁发黑技术的应用和发展

简要介绍了钢铁发黑的几种方法,包括碱性高温发黑、常温发黑、余热成膜发黑。碱性高温发黑的工艺成熟,膜层为磁性氧化铁,装饰性和耐磨性好;常温发黑的设备简单,适用于单件或小批量生产;余热发黑是利用工件自身余热成膜,具有节电、节水、无污染、无排放、操作简便的优点,而且形成的保护膜是高分子材料,耐腐蚀性高。因此,余热发黑技术在处理需回火的零部件上优势明显。