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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

HCPEB作用下镀铝CoCrAlY涂层的表面微观结构状态

采用大气等离子喷涂在GH4169镍基高温合金表面沉积CoCrAlY涂层,利用电子束蒸发镀膜技术在涂层表面沉积纳米铝膜,分别对镀铝前后的涂层使用强流脉冲电子束进行辐照处理,对处理前后的涂层表面进行成分及结构分析.XRD结果显示,经过HCPEB轰击之后,涂层表面纳米铝膜重熔,钴类氧化物消失,新增铝相,且随着轰击次数增加,β-CoAl含量增加.结构分析表明,电子束轰击可以使原始涂层表面尖角、孔洞、夹杂等消失,形成非常致密的凸起胞状体纳米超细晶结构,有利于抑制腐蚀性气体的侵入,同时铝含量的增加有利于抗氧化性能的提高.     

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。     

Microstructures and corrosion mechanism of AISI 304L stainless steel irradiated by high current pulsed electron beam

AISI 304L austenite stainless steel was irradiated by a high-current pulsed electron beam (HCPEB) source in different process. The microstructures were investigated in detail by electron microscopy. The relationship between corrosion resistance and the microstructures has been established. Our experimental results suggest that much abundant defect structures were formed within the irradiated surface which promoted the formation of a compact and thick passive layer during the process of corrosion experiment in simulated sea water. This passive layer effectively prevented corrosive anionic species from passing through the surface oxidation layer and delayed the corrosion process, leading to the improvement of irradiated materials’ corrosion performance. However, the craters on the treated surfaces may be turn into new active points on the metal surface which favored local pitting. Our experimental results demonstrate the potential of proper HCPEB processing for improving the corrosion resistance of metallic materials.     

强流脉冲电子束改性过程温度场数值模拟

强流脉冲电子束表面改性过程具有非稳态、有内热源的温度场特点,利用ANSYS软件对其温度场进行了数值模拟。以纯镁板材为实验材料,采用强流脉冲电子束装置对试样表面进行了脉冲次数为10次的辐照处理。建立了强流脉冲电子束表面改性过程内热源的一维物理模型,并在实验和理论基础上对电子束改性过程中的温度场演化进行了数值模拟。模拟结果显示,所建立的物理模型与实验结果较为吻合。     

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。     

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。     

强流脉冲电子束辐照YG8硬质合金的组织与性能

采用强流脉冲电子束(HCPEB)表面改性技术对YG8硬质合金表面进行辐照处理试验。利用金相显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜对处理样品的表层组织进行分析,测量改性样品的显微硬度和摩擦磨损性能指标。结果表明,强流脉冲电子束处理使YG8样品表层重熔平整,WC颗粒形状圆整并与粘结剂Co基体发生溶解扩散,表层显微硬度增加到3523.6 HK,耐磨性提高约19%。     

强流脉冲电子束改性过程温度场数值模拟

强流脉冲电子束表面改性过程具有非稳态、有内热源的温度场特点,利用ANSYS软件对其温度场进行了数值模拟。以纯镁板材为实验材料,采用强流脉冲电子束装置对试样表面进行了脉冲次数为10次的辐照处理。建立了强流脉冲电子束表面改性过程内热源的一维物理模型,并在实验和理论基础上对电子束改性过程中的温度场演化进行了数值模拟。模拟结果显示,所建立的物理模型与实验结果较为吻合。     

Tempering Behavior of M50 Steel with Different Austenite Proportion Induced by High Current Pulsed Electron Beam

M50 steel was irradiated by high current pulsed electron beam(HCPEB)with different pulses.The subsequent tempering was carried out between 500 and 625℃.Microstructure evolution was analyzed by scanning electron microscopy and X-ray diffraction.It is found that the HCPEB treatment could constrain martainsite transformation in the surface layer of the samples.Tempered behavior of HCPEB remelted layer strongly depends on the proportion of retained austenite.Austenite saturated more carbon and metallic elements depict higher tempering stability.During tempered process,carbides precipitates among the grain and phase boundaries.The decreased solution of the elements promotes the retained austenite into martensite.     

316L不锈钢强流脉冲电子束表面改性研究Ⅱ.在模拟体液中的腐蚀行为

采用电化学阻抗谱(ElS)和动态极化的方法研究了316L不锈钢经过强流脉冲电子束表面改性后在模拟体液中的腐蚀行为.结果表明,电子束轰击可以有效地提高316L不锈钢在模拟体液中的耐腐蚀性.经过改性的样品其界面电容下降,极化电阻升高.5次轰击后的样品表面因其火山坑的中心位置残存MnS夹杂或小孔而更易发生点蚀.20次轰击后的样品具有最佳的耐蚀性,其腐蚀电流密度降至原始样品的1/15左右,这主要归因于电子束轰击对材料表面的选择性净化效应及反复重熔对表面缺陷的修复.     

高速钢M2强流脉冲电子束表面改性研究

为了改善高速钢M2的表面强度和耐蚀性能,利用强流脉冲电子束（HCPEB）对高速钢M2进行了表面改性处理,辐照次数分别为1,3,5,7,9次。采用扫描电子显微镜、显微硬度计、能谱仪和盐雾腐蚀试验机测试辐照前后试样表面形貌、硬度、元素分布和耐蚀性能,并分析变化规律。结果表明：强流脉,中电子束辐照处理使高速钢表面极速加热又快速冷却,产生表面淬火作用,导致碳化物溶解,马氏体溶碳量增大,试样表面的显微硬度提高,出现表面光滑化,表面层晶粒细化,改善了耐腐蚀性能。     

LY12铝合金电子束表面改性层组织结构及腐蚀性能

对LY12铝合金表面进行高能电子束轰击改性处理,结果表明,合金表面出现熔坑,随轰击次数增加,熔坑数量减少,但直径变大。XRD分析得出,处理后,改性层中存在α-Al和第二相CuMgAl2,CuAl2,重熔层再结晶有择优取向。电化学腐蚀实验显示,经过轰击处理后,自腐蚀电位可从-626.92mV提高到-523.33mV,自腐蚀电流由1.09×10-7 A降低至3.12×10-9 A,耐腐蚀性能有明显提高。     

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.     

脉冲电子束与喷砂复合处理对MCrAlY涂层表面粗糙度及结合强度的影响

采用强流脉冲电子束(high-current pulsed electron beam,HCPEB)技术与喷砂技术对MCrAlY金属粘结层表面进行复合处理,考察处理前后MCrAlY涂层形貌和表面粗糙度的变化及其对粘结层与YSZ陶瓷层之间结合强度的影响.结果表明,HCPEB轰击处理后,涂层表面发生重熔,形成大量的连续起伏的胞状凸起结构,重熔层组织较为致密. HCPEB与喷砂复合处理后,凸起结构最表层发生粗化,涂层表面形成大量的连续均匀的锯齿状凹凸点,进而使涂层表面进一步粗化,表面粗糙度增加.拉伸试验结果显示,经过复合处理的MCrAlY涂层与YSZ陶瓷层之间的结合强度明显提高. HCPEB与喷砂复合技术不仅强化了陶瓷面层与粘结层之间的结合,同样也保证了涂层界面的完整性及均匀性.     

镁合金AZ91HP强流脉冲电子束表面处理及抗蚀性能研究

研究了强流脉冲电子束表面处理对镁合金AZ91HP腐蚀性能的影响。通过动电位极化曲线测定，处理样品在5％NaCl溶液中的抗蚀性能有显著改善。72h盐浸失重法测试中，处理样品的腐蚀速度最大可以降低一个数量级。扫描电镜(SEM)及电子探针(EPMA)分析发现，强流脉冲电子束轰击处理在AZ91HP样品表层引发快速熔凝过程，进而导致镁、铝元素的含量及分布形式发生变化。样品表面重熔层中Al元素的过饱和固溶及成分均匀化是改善其腐蚀性能的主要原因。