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。     

强脉冲离子束辐照GH202镍基高温合金表面改性

为改善GH202镍基高温合金的表面性能,使用成分为C~(n+)和H~+、加速电压为250kV的强脉冲离子束(IPIBs)对其进行表面辐照处理。采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度计等分别对不同参数辐照后的试样的表面形貌及性能进行测试。结果表明:辐照后GH202合金表面产生了熔坑,熔坑的尺寸随能量密度的增加而增加,最大可至70μm。熔坑的产生源于表层低熔点组分的喷发。表层的γ'相消失,辐照之后的试样表层产生了M_(23)C_6结构的碳化物并在辐照过程中受到压应力作用。辐照后试样表层近百微米深度内显微硬度均获得不同程度的提高。在高温氧化时,辐照后的样品表面更易于形成Cr_2O_3和Al_2O_3连续膜层氧化物,阻碍O元素向基体扩散,使得抗高温氧化性能得到改善。     

CoCrAlY表面改性后热障涂层高温氧化及热震性能

采用大气等离子喷涂技术（APS）在镍基高温合金表面制备了CoCrAlY粘结层,利用电子束蒸发镀膜在CoCrAlY表面蒸镀纳米铝膜,并使用强流脉冲电子束熔敷纳米铝膜进行表面改性,最后使用APS在表面改性后的CoCrAlY表面沉积陶瓷层制备了热障涂层.在空气环境中对热障涂层进行高温氧化试验和热震试验.结果表明,CoCrAlY表面改性后热障涂层经1 050℃静态空气氧化后,界面处生成的热生长氧化物（TGO）具有较高的连续性和致密性,有效阻碍了氧化的进一步发展且避免尖角型氧化物的形成,提高了热障涂层的抗氧化能力;在1 050℃高温加热后10℃水淬热震条件下,脱落率仅为2%左右.     

电子束表面熔凝处理对镍基高温合金熔凝层组织及其抗高温氧化性能的影响

采用电子束表面熔凝处理方法研究了电子束表面熔凝处理M38G高温合金熔凝层组织和熔凝层组织对高温氧化的影响。结果表明 :试样经电子束表面熔凝处理后 ,根据扫描电镜观察可见 ,在扫描速率不变的情况下 ,随着电子束作用能量的降低 ,其熔凝层组织明显细化 ,在试验条件下可达 2 μm左右。采用箱式电阻炉进行 10 0 0℃× 10 0h空气静态氧化试验 ,结果表明 :试样在 10 0 0℃氧化 10 0h后 ,所形成的氧化膜组织仍然比较细小 ,EDS分析结果显示氧化膜以氧化铬为主 ,氧化过程中形成的氧化膜未破裂 ,起到了对基体的保护作用。     

镍基合金GH4169电子束焊接头高温稳定性

重点研究在给定的不同高温条件下,GH4169电子束焊焊接接头所表现出的高温稳定性。采用金相、SEM和拉伸等实验对经过不同高温氧化时间的试样进行显微组织观察和力学性能分析。结果表明:GH4169电子束焊缝中心区为树枝晶和胞状树枝晶,由于高温氧化时间和第二相颗粒钉扎作用的相互影响,晶粒随着高温氧化不断长大,直到25h时,晶粒尺寸达到极大值;随后晶粒大小有减小的趋势,在50h以后,晶粒继续变得粗大。焊接接头在650℃的高温氧化下,25 h时机械拉伸性能达到最佳,在75 h时接头的机械拉伸性能低于常温接头的性能;焊接接头经过长时间的高温氧化,表面会生成较致密的氧化膜。     

低偏析高温合金M41的高温氧化性能研究

用Ｍ１７和Ｋ３合金作对比，着重研究了低偏析镍基铸造高温合金Ｍ４１的高温氧化性能进行了恒温氧化、循环氧化以及Ｘ射线衍时（ＸＲＤ）、扫描电镜（ＳＥＭ）、能谱分析（ＥＤＡＸ）等实验，结果表明，Ｍ４１合金的氧化速度随温度升高以加速度方式增长，但小于Ｋ３合金，温度越高，差别越大；在１０００℃以上，Ｍ４１合金的氧化动力学规律明显偏低于抛物线规律．Ｍ４１合金循环氧化性能优于Ｍ１７合金，氧化膜粘附性较好，基本不脱落，在过渡氧化阶段，该合金主要形成Ｎｉ和Ｃｒ的氧化物：稳态氧化阶段的氧化层主要由连续致密的Ｃｒ２Ｏ３，外氧化层和树根状Ａｌ２Ｏ３内氧化层构成．内氧化随时间延长，温度升高而加剧，离外氧化层／基体界面越近，内氧化物颗粒越细、越多．     

新型镍基高温合金950℃氧化行为的研究

利用静态增重法研究新型镍基高温合金950℃氧化动力学,氧化增重分段遵循抛物线规律.并且通过XRD、SEM和EDX等观察和分析.结果表明,新型镍基高温合金氧化膜的组成主要以Cr2O3为主,并且含有(Co,Ni)Cr2 O4,Al2O3及TiO2,在氧化过程中,发生了内氧化.     

铸造镍基高温合金K35的高温氧化行为

测定了铸造镍基高温合金K35在850-1000℃温度范围内的氧化动力学曲线；并计算出其氧化激活能Qp1=274kJ／mol，Qp2=315kJ／mo1．其氧化动力学曲线都符合抛物线规律．900℃以下，K35合金属于完全抗氧化级；900-1000℃为抗氧化级．X射线衍射、扫描电镜和能谱分析表明，K35合金的氧化膜分为3个区域：外层是性质疏松的Ti及Cr氧化物混合层，并含有少量尖晶石Nicr2O4与NiAl2O4；中间层是性质致密的Cr2O3氧化层；内层(过渡层)是A12O3．     

镍基高温合金GH4282的凝固和偏析行为

采用差示扫描量热（DSC）分析、显微组织观察和热力学计算相结合的方法对镍基高温合金GH4282的凝固过程和元素偏析行为进行研究,得到了合金的凝固顺序以及元素偏析特征。结果表明,GH4282合金的凝固顺序为：γ基体、MC碳化物以及少量的硼化物。由DSC测得的合金GH4282合金的固-液相温度范围为1316~1367 ℃,MC、M6C型碳化物和γ′相的溶解温度分别为1338 ℃、1092 ℃和1003 ℃。热力学计算结果表明,GH4282合金在凝固过程C、B、Ti和Mo偏聚于枝晶间,Al偏析于枝晶干,Cr、Fe和Co几乎不发生偏析,这与铸态组织观察到的元素偏析特征是一致的。     

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。     

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%。     

纯镁在强流脉冲电子束轰击下的表面熔化和汽化行为

采用熔化和汽化两种模式对纯镁表面进行了脉冲电子束轰击处理，并在实验和理论基础上用数值方法模拟了温度场、熔化过程及汽化过程的演化。结果表明，在熔化模式下，次表层先熔化和准静态压应力共同作用导致次表层液滴喷发，形成典型的火山口形貌，并产生强的瞬间冲击热应力；在汽化模式下，沸腾在表层一定范围内同时进行，使得表面起伏不平，并产生大量小液滴，在电子束流中，这些小液滴被充上负电，并在电场力的作用下重新返回表面，从而解释了汽化后的特殊表面形貌。汽化量的计算值与实测值也符合较好。     

预氧化温度对GH3128合金抗高温循环氧化性能的影响

采用热重法并结合SEM、EDAX等分析手段,研究了预氧化温度对GH3128合金抗高温(1100℃)循环氧化性能的影响。结果表明:在适当温度下进行预氧化处理可有效提高合金的抗高温循环氧化性能。GH3128合金经预氧化处理后抗高温循环氧化性能的优劣主要取决于两种因素的综合作用,其一是合金表面元素Cr的选择性氧化,形成致密均匀的保护性预氧化膜,提高合金抗高温循环氧化性能;其二是合金中元素Ti、Cr的晶界偏析加剧,加速晶界氧化并导致显微裂纹等缺陷产生,降低合金的抗高温循环氧化性能。900℃预氧化处理的GH3128合金试样具有最佳的抗高温循环氧化性能,该温度下预氧化膜形成较好且合金元素Ti、Cr的晶界偏析作用相对较弱。     

强流脉冲电子束轰击产生表面熔坑的数值模拟研究

在纯A1强流脉冲电子束表面改性实验的基础上，通过数值计算方法对其温度场和熔化过程进行了模拟，给出了脉冲半高宽度为0．5μs、能量为3J／cm^2电子束轰击铝靶后：熔化深度约为2．5μm，与TEM的观察结果一致，熔化从0．4μs开始到1．6μs结束，最先完全熔化的位置约为1．4μm，亚表层首先熔化并且迅速膨胀(沉积的能量在最大射程的1／3处达到最大值)，体积膨胀力大约为275MPa，引起了熔体从亚表层通过表层向外喷发，熔体的喷发速度约为1330m／s，随后表面从内向外经历速率为10^9K／s的冷却过程，因而使得表面形成类似于火山坑状的“熔坑”。验证了SEM和TEM的实验结果。     

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…     

强流脉冲电子束处理50BA钢耐腐蚀性能

目的研究强流脉冲电子束(HCPEB)对50BA钢表层组织和表面耐腐蚀性能的影响。方法对50BA钢进行不同脉冲次数的表面处理,用扫描电镜观察组织变化,并在NaCl和去离子水配成的3.5%NaCl腐蚀溶液中(室温)进行动电位极化曲线测试。结果经HCPEB处理后,50BA钢试样表层晶粒细化且产生了细小均匀分布的针状马氏体,随着脉冲次数的增加,表面趋于光滑。试样表面的自腐蚀电位从-0.660 V提高到-0.629 V,腐蚀电流从1.48×10~(-6) A降低到8.36×10~(-7) A。随着脉冲次数的增加,试样表面的腐蚀电流降低,腐蚀电位升高,腐蚀速率降低,腐蚀倾向性减小,其中50次脉冲处理后试样表面的耐蚀性能最好。结论经HCPEB处理后,表层组织发生相转变,表面趋于光滑和获得的均匀细小针状马氏体从理论上解释了50BA钢耐腐蚀性能的提高。为了提高50BA钢的耐腐蚀性,应将脉冲次数控制在30次以上,且越高越好。     

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。