哈氏合金X电子束表面处理微观组织研究

哈氏合金因其优良性能被广泛应用于航空工业,利用强流脉冲电子束(HCPEB)轰击哈氏合金X表面对其进行改性,并对其显微组织进行分析和讨论。利用扫描电子显微镜(SEM)观察腐蚀后试样,利用电子背散射衍射(EBSD)观察未腐蚀试样。结果表明：从扫描电镜照片可以看到,未轰击试样晶界被腐蚀,轰击后试样表面存在约为2μm的重熔层,腐蚀程度减轻,晶界处出现颗粒状碳化物；从EBSD结果可知,轰击5次试样晶粒尺寸最小,轰击5次和10次试样晶粒取向性更好,多为[101]和[110]。实验表明强流脉冲电子束轰击能够使哈氏合金X表面出现重熔层,并改变其晶粒大小和晶体取向。     

AZ31镁合金表面强流脉冲电子束铝合金化研究

利用强流脉冲电子束对AZ31镁合金表面进行快速铝合金化,分析了表面合金化层的显微结构,测量了铝合金化前后,AZ31镁合金的腐蚀性能与耐磨性能.结果表明,经电子束轰击后表层出现了典型的熔坑形貌;耐磨性能测试表明,加速电压为27 kV,脉冲5次的试样比原始试样的相对耐磨性提高6倍,同时合金化也提高了在5%的NaCl溶液中的耐腐蚀性能.     

Improvement of Wear Resistance of Magnesium Alloy AZ91HP by High Current Pulsed Electron Beam Treatment

MAGNESIUM ALLOYS exhibit high strength toweight ratio and stiffness and are finding theirapplications in air,automobile and electronic industries.Despite the worldwide growing interests inmagnesium alloys,their inferior wear resistance is aserious impediment.Considering that wear is asurface-related behavior,surface modification canresolve the problem.Recently,intense and pulsed energetic beams areemerging as new and effective methods for surfacemodification.The High Current Pulsed Ele…     

Improvement of wear resistance of AZ31 and AZ91HP by high current pulsed electron beam treatment

The surface modification of magnesium alloys （AZ31 and AZ91 HP） was studied by a high current pulsed electron beam（HCPEB）. The results show that the cross-sectional microhardness of treated samples increases not only in the heat affected zone（ HAZ）, but also beyond HAZ, reaching over 250μm. This is due to the action of quasi-static thermal stress and the shock thermal stress wave with materials, which result in its fast deformation on the surface layer and so increases microhardness. For the AZ91HP alloy, a nearly complete dissolution of the intermetallic phase Mg17Al12 is observed, and a super-saturated solid solution forms on the re-melted surface, which is due to the solute trapping effect during the fast solidification process. Measurements on sliding wear show that wear resistance is improved by approximately 5.6 and 2.4 times for the AZ31 and AZ91HP respectively, as compared with as-received samples.     

Mechanisms of nanostructure and metastable phase formations in the surface melted layers of a HCPEB-treated D2 steel

This work investigates the mechanism of surface modification associated with the high-current pulsed electron beam (HCPEB) treatment of a D2 steel with increasing numbers of pulses. The surface layers were melted and resolidified but the treated surfaces showed very different features. This variation is essentially due to the different levels of homogeneity and carbide dissolution. It is demonstrated that the presence of carbides served as nucleation sites for the surface eruption phenomenon that creates craters on the surface. After a sufficient number of pulses, most of the carbides in the surface layer were dissolved and an almost crater-free homogeneous melted layer consisting of a very stable nano-austenite structure was formed. The HCPEB technique is thus demonstrated to be a versatile technique for surface microstructure modification involving, in the case of steels, austenite stabilization and ultrafine grain formation.     

强流脉冲电子束对3Cr2W8V微摩擦磨损性能的影响

分别制备了常规热处理、强流脉冲电子束直接处理和强流脉冲电子束合金化Al处理的3Cr2W8V模具钢试样,使用金相显微镜、表面粗糙度测试仪,硬度测试仪对处理层的显微结构、表面粗糙度及截面硬度进行分析,采用HSR-2M微摩擦磨损试验机对处理层摩擦磨损性能进行测试。结果表明:试样原始表面粗糙度的大小对处理后粗糙度的影响较大;电子束处理后截面硬度均有所提高,其中3Cr2W8V电子束合金化Al的峰值硬度相对于原始样品升高了10%,而3Cr2W8V电子束直接照射样品的峰值硬度相对于原始样品升高了24%～33%;经电子束照射后的试样在微摩擦实验中摩擦系数均出现突然增大现象,增大后的摩擦系数与原始样品相当。3Cr2W8V电子束合金化Al样品、3Cr2W8V电子束直接照射样品的磨损量相对于原始样品分别下降22.7%、72.7%。     

TiN涂层轴承钢电子束辐照过程电子行为及温度特性研究

目的研究辐照过程中电子行为及温度场的分布规律。方法采用束斑直径为60 mm,平均能流密度为12 J/cm~2,脉冲时间为3μs的电子束,对表面有2μm厚TiN涂层的9Cr18轴承钢进行强流脉冲电子束辐照模拟,通过建立Monte-Carlo仿真模型,揭示入射电子的平均分布特性及其辐照过程中不同时刻温度场形态。结果通过仿真电子辐照行为,发现在入射电子能量大于25 ke V时电子能够穿透TiN层,进入轴承钢基体中。由于两层物质密度差异,导致在二者交界处轴承钢一侧存在电子能量沉积曲线尖峰,入射电子能量大于35 ke V时峰值已经超过涂层内部能量沉积系数最大值,形成特殊的能量沉积形式。结合对辐照温度场的模拟仿真,结果显示,由于交界线处钢一侧能量沉积量大,加热效率高。内部加热速度比表面更快,减小了二者间的温度梯度。同时由于两层物质存在熔点差异,在控制能量的情况下,可以达到两层交界处轴承钢发生少量熔化,TiN涂层不发生熔化的现象。结论通过控制电子束能量,控制温度场分布形态,实现基体侧熔化,而涂层不发生熔化的特殊改性现象,这为提高涂层膜基结合力提供了新思路。     

强流脉冲电子束轰击作用下的扩散模型及其数值计算

在温度场和应力场计算的基础上建立了强流脉冲电子束轰击作用下的扩散模型，并给出了数值方法及其数值解。该模型与方法同样适用于其它高能束流作用下的扩散过程。计算表明，浓度扩散流仍然是影响扩散的主要因素；而轰击超过一定次数后，扩散的作用将减弱；当边界条件为表面扩散时，扩散进行较快，这是表面涂覆加脉冲电子束后处理快速表面合金化工艺的理论基础。对实验结果和理论结果的对比分析表明，在脉冲轰击下，扩散激活能随空位浓度的增加而下降，从而加速扩散过程；在表面有熔化的情况下，则液态时的对流混合作用是主导因素。     

强流脉冲电子束作用下CrFeCoNiMo0.2高熵合金微观结构变化与耐蚀性能研究

目的 提高CrFeCoNiMo0.2高熵合金的耐腐蚀性能。方法 采用强流脉冲电子束(HCPEB)辐照非等原子比CrFeCoNiMo0.2高熵合金(HEA)表面。通过X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析了辐照表面的微观结构和腐蚀形貌。利用CHI760C电化学工作站，在质量分数为3.5%的NaCl溶液中，研究HCPEB辐照处理前后合金的抗腐蚀性能。结果 XRD分析表明，辐照样品表面发生了明显的取向变化，在(200)晶面上表现出择优取向。微观结构观察表明，在HCPEB辐照后，合金表面发生重熔，形成熔坑和厚度约为3~5 μm的致密重熔层。随着脉冲数量的增加，凹坑的密度和尺寸明显减小。此外，HCPEB处理消除了烧结合金中的孔隙和成分偏析，实现了组织和成分的均匀化。动电位极化曲线表明，与烧结样品相比，辐照样品在3.5%（质量分数）的NaCl溶液中具有更正的腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度。Nyquist和Bode图的结果表明，在HCPEB辐照后，样品表面具有良好的电容行为和耐腐蚀性，其中辐照次数为30次时，样品的耐腐蚀性能最好。结论 HCPEB消除了烧结合金表面的组织缺陷，促使表面的元素分布更加均匀，进而提高了CrFeCoNiMo0.2高熵合金的耐腐蚀性能。     

GH80A经强流脉冲电子束改性后的高温氧化行为研究

目的 提高燃气轮机叶片材料镍基高温合金GH80A的抗高温氧化性能。方法 利用强流脉冲电子束（High-Current Pulsed Electron Beam, HCPEB）技术对GH80A合金进行表面处理。研究HCPEB辐照前后GH80A的微观结构变化及在850 ℃恒温氧化后的氧化动力学行为及氧化机制。利用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对HCPEB诱发的微观结构和氧化产物进行了表征。结果 HCPEB辐照后,GH80A合金表面发生熔化,形成厚约3 μm的重熔层,重熔层内形成大量的位错滑移,且晶粒明显得到细化。850 ℃高温氧化实验结果表明,氧化100 h后,原始样品氧化增重最大,生成的氧化膜较厚,且存在大量裂纹,所生成的Cr2O3发生了挥发,导致氧化膜疏松多孔,基体发生了严重的内氧化。HCPEB辐照20次后,样品氧化增重最小,100 h氧化后形成的氧化膜主要由外层TiO2和内层Cr2O3构成。外层连续致密的TiO2抑制了保护性氧化膜Cr2O3的挥发,因此生成的Cr2O3氧化膜连续、致密、无剥落,对基体起保护作用。结论 HCPEB辐照后,GH80A合金的抗高温氧化性能明显提升,20次辐照样品的抗高温氧化性能最佳。