YG8硬质合金强流脉冲电子束表面改性层的组织和性能

对YG8硬质合金试样进行强流脉冲电子束(HCPEB)表面辐照处理。利用扫描电镜和X射线衍射方法分析样品表层显微组织结构变化,测量基体及改性样品的表面显微硬度和耐磨性能。结果表明,随着脉冲次数增加,试样表面熔化程度增加,WC晶粒细化,形成了2μm的重熔层。表面改性层形成WC_(1-x)、Co_3W_9C_4相。经25次脉冲处理样品的表面显微硬度增加到2105 HK。磨痕深度较基体降低约86%,磨损率降至17.9 mm~3·min~(-1),约为基体试样的48%。     

强流脉冲电子束表面改性 1. 2344 钢的显微组织和性能

目的在1.2344钢表面获得一层硬度较高的强化层。方法利用强流脉冲电子束技术,在相同的加速电压下,采用不同的脉冲次数对1.2344钢表面进行改性处理,研究处理前后样品的表层显微组织和性能变化规律。结果经强流脉冲电子束处理后,试样表面形成了形状各异、大小不一、分布不均的熔坑,并且随着脉冲次数的增加,熔坑数量逐渐减少,熔坑的直径变大。当脉冲次数大于50次时,试样表面出现奥氏体相,表面显微硬度提高了14.5%。结论强流脉冲电子束处理可使试样表层的晶粒变小,晶粒细化和表面宏观残余应力的共同作用促使试样显微硬度增加。     

强流脉冲电子束作用下纯钛的微观组织结构变化及其性能研究

目的提高纯钛表面的耐腐蚀性能。方法本实验主要分两步进行,首先进行金相样品的制备,然后利用强流脉冲电子束对材料表面进行改性处理,最后利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、硬度检测,电化学检测等检测手段进行探讨研究。结果扫描电镜分析结果表明,强流脉冲电子束处理后,样品表面出现了熔坑,并且随着脉冲次数的增加,熔坑数量逐渐减少,这主要归因于强流脉冲电子束的净化除杂作用。X射线衍射分析发现,强流脉冲电子束处理后,衍射峰出现了宽化和向高角度偏移现象,主要归因于脉冲处理后合金表面的晶粒细化和表面应力、晶格常数的降低。另外,电化学测试表明,强流脉冲电子束处理后金属表面的耐腐蚀性明显增加,自腐蚀电流密度从强流脉冲电子束处理前的27.3μA/cm~2变化到25次脉冲处理后的6.3μA/cm~2,主要归因于强流脉冲电子束的净化除杂作用以及熔坑等结构缺陷的消失。显微硬度分析发现,经过强流脉冲电子束处理后由于样品表面的残余应力和孪晶等结构缺陷的存在,样品表面硬度明显降低。结论强流脉冲电子束处理后,纯钛的耐腐蚀性能增加,晶粒细化,硬度有所降低。     

电子束改性40Cr材料表面微动摩擦磨损性能分析*

利用强流脉冲电子束技术对齿轮常用材料40Cr进行表面改性,利用光学显微镜、X射线衍射仪、粗糙度仪、显微硬度仪和摩擦摩损仪对比分析40Cr材料表面电子束改性前后的材料表面形貌、组织和力学性能及其对摩擦磨损性能的影响。结果表明:40Cr材料经电子束处理后,表面粗糙度增加,截面硬度在表层1mm内增加,材料表层组织结构由于重熔快冷发生变化而产生残余奥氏体,硬度和组织的变化都起到改善材料微摩擦磨损性能的作用。电子束改性样品摩擦因数在实验初期相对稳定,随着摩擦磨损试验的进行,摩擦因数急剧升高并接近于电子束改性前的样品。微动摩擦性能得到提高,磨损量相当于改性前的26.4%,降低近4倍。     

电子束对稀土铝硅合金表面形貌及硬度的影响

目的利用强流脉冲电子束改性Al-17.5Si-0.3Nd合金表面,提高合金表面的显微硬度。方法通过场发射扫描电镜(FESEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)以及维氏显微硬度计等一系列先进的检测手段,对改性后合金表面的微观形貌和性能变化进行研究。结果 SEM以及EPMA分析结果显示强流脉冲电子束处理后,合金表面形成了铝基体以及无微裂纹的晕圈结构,并且改性后合金表面上各种元素分布均匀。XRD结果显示强流脉冲电子束处理后,合金表面无新相形成,所有衍射峰发生了宽化以及偏移现象。随着脉冲次数的增加,衍射峰先向高角度偏移,后向低角度偏移。其中,5次脉冲试样的偏移角度最大。另外,显微硬度测试结果显示,铝基体的硬度随脉冲次数增加而递增,硬度值由原始样品的534.95 MPa增加到25次脉冲的1258.59 MPa;相对地,晕圈组织的硬度随脉冲次数的增加而递减,硬度值由原始样品的10 067.7 MPa下降到25次脉冲的1390.29 MPa。结论强流脉冲电子束改性后的合金表面晶粒细化显著,表面硬度总体上有所提高。     

强流脉冲电子束处理对SKD11钢表面形貌和性能的影响

利用强流脉冲电子束对SKD11模具钢进行辐照处理.通过金相显微镜、三维轮廓形貌仪对处理样品表面进行形貌观察,发现处理表面有熔坑现象产生,熔坑面密度及处理面粗糙度随脉冲处理次数的增加而减少.对于初始少量脉冲处理时,样品表层显微硬度较原始样品低,且随处理次数增加而降低,但在高电压和更多脉冲处理时,显微硬度值有所回升.处理样品的截面显微硬度呈特殊的振荡式分布.摩擦磨损性能测试表明,在低电压(19.8kV)处理情况下,耐磨损性能得到改善,脉冲次数为8次时处理样品的耐磨性达到最佳.     

调质钢电子束表面处理组织及性能分析

利用强流脉冲电子束对调质钢(40Cr)进行表面处理,分析处理后试样表面形貌、组织结构以及截面显微硬度.研究表明:40Cr钢经电子束处理后,近表层晶粒明显细化,分布着细小针状组织,表层熔化厚度约为2~3 μm.表层几百微米显微硬度明显增加,8次和25次轰击后,峰值硬度在次表层约80 μm处,增幅达50 %左右,硬度影响深度分别为750 μm和1 500 μm.     

镁稀土合金Mg-Gd-Y-Zr及Mg-Nd-Zn-Zr的强流脉冲电子束表面改性研究

采用强流脉冲电子束技术对Mg-Gd-Y-Zr和Mg-Nd-Zn-Zr两种镁稀土合金进行表面改性处理,并研究了处理后镁合金表层的相组成、形貌和性能变化。结果表明:Mg-Gd-Y-Zr合金经脉冲电子束处理后表层的Mg5Gd转变为Mg3Gd,而Mg-Nd-Zn-Zr合金表层的Mg12Nd相消失形成过饱和固溶体。两种稀土镁合金经脉冲电子束处理后均发生熔化和部分汽化,在快速凝固后表面形成波状形貌,且表面生成大量孪晶。脉冲电子束处理使得两种镁合金表面硬度显著提高。在模拟体液中的腐蚀测试结果显示,上述合金经强流脉冲电子束表面处理后自腐蚀电位均提高,但腐蚀电流密度有所增加。脉冲电子束处理后镁稀土合金表面组织成分均匀化、晶粒细化,稀土元素在镁中的固溶以及缺陷的生成导致表层硬度的提高和耐腐蚀性的改变。     

强流脉冲电子束2Cr13钢的表面改性

利用HOPE-I型强流脉冲电子束(HCPEB)装置处理2Cr13马氏体不锈钢。通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度检测和摩擦磨损测试方法对表面显微组织和力学性能进行分析。结果表明:处理样品表面产生熔坑,主要由样品表层的(FeCr)23C6型碳化物选择喷发造成。原始样品主要为马氏体Fe-Cr(α)相,处理后样品表层中碳化物经喷发和液相溶解后减少,相反奥氏体相含量增加。由于表面碳化物的去除和高奥氏体含量的形成,处理样品表面显微硬度降低,截面显微硬度呈波动分布。使用加速电压27kV和15次脉冲处理后,磨痕深度由原始样品的7.3μm降低到5.1μm,耐磨性能提高了约30%。     

强流脉冲电子束表面改性AZ31镁合金的耐磨耐蚀性能

选用强流脉冲电子束对AZ31镁合金进行表面改性处理,分析了改性后的AZ31镁合金表面显微结构,测量处理前后AZ31镁合金的耐磨性能和耐蚀性能。结果表明,脉冲电子束处理后AZ31合金表面出现了典型的熔坑形貌,同时熔坑周围有应力波作用产生的褶痕。由电子束快速凝固作用所产生的表层晶粒细化和固溶强化显著提高了AZ31合金的耐磨性。此外,电子束表面改性导致表层镁、铝元素含量及分布形式发生变化。样品表层铝元素的升高是改善其腐蚀性能的主要原因。     

Mg元素对强流脉冲电子束改性后Al-20Si合金表面微观组织及性能的影响

目的通过添加Mg元素改善Al-20Si合金的组织,提升其表面力学性能。方法运用场发射扫描电镜(FESEM)、显微硬度计及多功能材料表面性能试验仪等一系列检测手段,考察Mg元素对强流脉冲电子束改性Al-20Si合金表面效果的影响,及合金表面微观组织和表面力学性能的变化。结果 Mg元素能与硅相形成更细小的Mg_2Si相来细化初生硅相,同时可改善强流脉冲电子束处理后铝硅合金表面产生的微裂纹。材料表面经强流脉冲电子束改性后,所有的衍射峰发生了宽化及偏移。两组合金铝基体的显微硬度随着脉冲数的增加而逐渐递增,Al-20Si合金铝基体的显微硬度由745.5MPa增加到2170.7MPa,Al-20Si-5Mg合金的铝基体显微硬度由1061.3 MPa增加到2403.6 MPa,Mg元素的添加可提高Al-20Si合金的硬度。另外,通过往复摩擦试验发现,Mg元素及强流脉冲电子束都能提高材料的耐磨性。结论 Mg元素能改善强流脉冲电子束处理后Al-20Si合金表面的微观组织,添加Mg元素后,Al-20Si合金表面的力学性能得到提高。     

强流脉冲电子束对TC4钛合金表面形貌的影响

采用强流脉冲电子束对TC4钛合金表面进行处理,研究了电子束处理后TC4钛合金的表面形貌、表面粗糙度变化。结果表明,电子束处理对表面粗糙度的影响与预处理试样表面状态有关:当预处理试样表面粗糙度大于0.031μm时,电子束处理后其粗糙度降低,在该条件下表面层的缺陷较多,表面熔化占主导作用;当预处理试样表面粗糙度为0.031μm时,电子束处理后粗糙度增大,此时表面熔坑形成占主导作用。因此电子束处理有增加或减小粗糙度的双重特性,这取决于表面熔化和熔坑形成两种机制的强弱状态。当预处理试样的粗糙度大于0.468μm时,由于电子束处理过程中的热力耦合过程,处理后表层极易形成裂纹。     

Surface composite microstructure and improved mechanical property of YG10X cemented carbide induced by high current pulsed electron beam irradiation

The surface microstructure evolution and its effect on mechanical property was systematically investigated for YG10X cemented carbide irradiated by high current pulsed electron beam (HCPEB) with a steady energy density of 6 J/cm² and different pulse numbers. The surface morphology was characterized by optical microscopy (OM), three-dimensional laser scanning microscopy (LSM) and scanning electron microscopy (SEM); and energy dispersive spectrometry (EDS) and X-ray diffractometry (XRD) was carried out to reveal the elemental profile and phase transformation under HCPEB irradiation. During the HCPEB-induced rapid re-melting and re-solidification process, the redistribution of chemical elements, grain refinement and phase transformation WC(hex) → graphite + β-WC_1-x(fcc) occurred. Moreover, the preferential precipitation of nano-grained graphite in the Co-rich region of melt pool was discovered. The drastic structural change led to a maximum ~34% increment of the initial state in microhardness and about a two third reduction in friction coefficient.     

强流脉冲电子束表面改性FeCrAl涂层的显微组织及耐高温腐蚀性能研究

目的改善FeCrAl涂层表面组织,提高其耐高温盐溶液腐蚀性能。方法用电弧喷涂方法在45碳钢表面制备FeCrAl(Cr 25.5%,Al 5.5%,Fe余量)涂层。用强流脉冲电子束(HCPEB)对FeCrAl涂层进行表面改性处理,工作参数为:脉冲宽度200μs,能量密度分别为20、25、30、40 J/cm^2。处理脉冲次数均为1次。通过金相显微镜和扫描电子显微镜对改性层形貌进行分析,通过电子探针方法测量改性前后涂层中Fe、Cr、Al和O元素的分布变化,利用X射线衍射分析对比改性层的相成分组成。在温度650℃下,以Na2SO4+K2SO4饱和盐溶液为腐蚀介质,测试FeCrAl涂层的高温腐蚀性能,并对腐蚀表面形貌进行分析。结果HCPEB处理FeCrAl涂层发生表层重熔,原始粗糙疏松的涂层组织变得光滑致密,表面出现分离的球冠状凸起,凸起内部由排列紧密的Fe-Cr柱状晶组成,Al元素向凸起结构的表面和周围凹陷处聚集。随HCPEB处理能量密度增大,凸起结构尺寸增加,涂层表面的Fe2O3相消失,α-Al2O3相含量增多。经120h高温腐蚀后,原始涂层腐蚀增重63.8 mg/cm^2,HCPEB能量密度20 J/cm^2处理的样品腐蚀增重51 mg/cm^2。结论使用HCPEB在脉冲宽度200μs和能量密度20 J/cm^2下处理FeCrAl涂层后,其高温腐蚀增重较原始涂层减少20%,而使用过高的HCPEB能量密度处理会导致FeCrAl涂层表面结构和耐高温腐蚀性能变差。     

强流脉冲电子束作用下镍基高温合金GH3039表面铬合金化及其抗高温氧化性能研究

目的改善GH3039合金的抗高温氧化性能。方法在GH3039合金表面涂抹Cr粉末,然后借助于强流脉冲电子束装置(简称HCPEB)对该合金表面进行相应的处理,而后分别使用X射线衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)对合金表面进行观察,对比处理前后的物相和微观结构变化,然后以850℃恒温环境为基础,对样品合金化前后的氧化动力学与氧化机制进行相应的测试与分析。结果该合金在HCPEB辐照处理后,其表层已经形成了相应的滑移带,表层晶粒显著细化,尤其是30次辐照样品中形成了尺寸约为100 nm的纳米晶结构。恒温氧化试验的测试结果显示,通过100 h的氧化处理,原始样品氧化增重数值最大,与此同时生成的氧化膜整体偏厚,达到6μm,有一定程度的裂纹与孔洞,基体发生了严重的内氧化。通过辐照处理30次后的合金化样品,氧化100 h后的增重数值最小,由此生成的氧化膜厚度仅仅约为3μm,同时氧化膜的主要构成为氧化铬,该氧化膜还呈现出连续生长属性,相应结构具有致密性且没有剥落,对基体有较为明显的保护功能。结论HCPEB辐照可以将Cr原子熔入GH3039合金表层,快速实现Cr表面合金化。合金表面Cr含量的提高以及在微结构促进元素扩散的共同作用下,该合金抗高温氧化性能得到显著优化。     

强流脉冲电子束处理对Al-20Si合金微观组织和显微硬度的影响

研究了强流脉冲电子束处理对过共晶铝硅合金Al-20Si组织结构和显微硬度的影响.通过扫描电镜和X射线衍射对改性表面的组织特征进行了分析.扫描电镜结果表明,在电子束所诱导的顶部熔化层中,初生硅溶解在铝基体中形成了铝硅过饱和固溶体.相邻初生硅颗粒由于硅元素的扩散融合成大的初生硅颗粒.X射线衍射分析表明电子束处理后铝的晶格常数下降,晶格畸变增加.显微硬度测试结果指出初生硅的表面硬度在电子束处理后从中心向边缘呈现梯度分布,并且初生硅的中心硬度随脉冲次数的增加而减小.这表明强流脉冲电子束技术在处理过共晶铝硅合金初生硅组织中有着良好的应用前景.     

Corrosion Resistance of AZ91 Mg Alloy Modified by High-Current Pulsed Electron Beam

The high-current pulsed electron beam(HCPEB) treatment with current density 6 J/cm~2 was applied on AZ91 Mg alloy to improve its corrosion resistance. Results showed that the net-like Mg_(17)Al_(12) disappeared on the surface of AZ91 Mg alloy after irradiation by HCPEB, which was instead of supersaturated Al element on the surface. Nevertheless, the application of HCPEB also led to the formation of crater-like and groove-like structures as well as micro-cracks on the surface of AZ91 Mg alloy. After HCPEB treatment by 3, 5 and 10 pulses, the AZ91 Mg alloy exhibited better corrosion resistance.However, the increasing amount of micro-cracks reduced the anti-corrosive properties of AZ91 Mg alloy as the pulse increased to 20 and 30.