强流脉冲电子束照射下40Cr的表面形貌及XRD分析

利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对40Cr材料表面改性进行正交实验。利用光学显微镜和扫描电镜(SEM)进行材料表面的观察,获得表面熔坑形貌和密度随照射参数的变化规律,同时研究熔坑形貌和分布对材料表面粗糙度的影响。利用X射线衍射(XRD)对试样的表面进行分析对比,研究参数对40Cr改性表面组织的影响。结果表明:合理地选用电子束参数,能够有效降低材料的表面粗糙度;当靶距较远、轰击次数较多时,加速电压对表面处理结果的影响程度比较明显,材料表面出现新的FeCr0.29Ni0.16C0.06奥氏体成分。     

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。     

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。     

强流脉冲电子束作用下TC4表面Cu合金化及性能的研究

目的提高TC4合金表面硬度、耐磨和耐腐蚀性能,拓宽其在工业领域的应用范围。方法利用强流脉冲电子束(HCPEB)对表面预置纯Cu粉末的TC4合金进行表面合金化处理。采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、激光共聚焦显微镜(LSM)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)详细表征表面合金层的相组成和微观结构。结果 HCPEB辐照合金化Cu处理后,样品表面形成数微米的合金层,主要存在相为α?、β、Cu Ti2和Al2Cu,主要组织为等轴晶β相和板条马氏体组织α?相。HCPEB辐照合金化过程中诱导表面产生位错和孪晶等变形结构。此外,显微硬度测试结果表明,HCPEB辐照合金化Cu处理后,样品表面硬度增加,其中30次辐照后,样品表面显微硬度达到最大,与原始样品相比提高了约17%。电化学实验结果表明,合金化处理后,样品表面腐蚀性能提高,与原始样品相比,30次辐照后,腐蚀电位提高302 mV,腐蚀电流密度降低3.397 A/cm2,耐腐蚀性能最佳。摩擦磨损试验结果表明,合金化处理后,样品表面摩擦系数降低,磨损量减少,而30次辐照后,摩擦系数和磨损量达到最低,分别为0.36和2.959×10-3 mm3/(N·m),耐磨性得到提高。结论 HCPEB辐照合金化Cu处理后,样品表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性能提高,而30次辐照处理后样品的表面性能最佳。     

强流脉冲电子束表面合金化热应力耦合场数值模拟

根据强流脉冲电子束表面合金化的特点,建立了相应的数学物理模型,以3Cr2W8V模具材料为基体,以Al为合金化元素,对电子束照射材料表面所产的热应力进行了数值模拟,并将数值模拟分析结果与实验结果进行了对比分析,结果表明:有限元模拟显示3Cr2W8V电子束合金化Al样品(Al层厚度t=2 μm)冷却后的表层4μm范围内的点残余拉应力达到材料的屈服极限750 MPa,理论上材料将发生屈服.通过金相观察,样品表面有大量熔坑形貌,但并未出现明显裂纹,说明3Cr2W8V样品表面屈服形式主要为熔坑.另外,3Cr2W8V材料表层10 μm范围内主要受残余拉应力,残余拉应力大小约为650 ～ 750 MPa.随着深度的增加,残余拉应力值急剧减小,并在距离表层20μm处受最大残余压应力,最大残余压应力值约为120 MPa,并随着深度的继续增加,残余压应力值缓慢减小.     

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%。     

316L不锈钢强流脉冲电子束表面钛合金化及其耐蚀性

利用强流脉冲电子束对不锈钢表面进行了快速钛合金化。将精细钛粉预涂在基体表面后采用强流脉冲电子束对其进行后处理。在电子束对表面的快速加热熔化、混合及增强扩散效应的作用下,部分钛熔入基体表层形成一层富钛层。由于钛的添加有利于形成α相,合金层由α相和γ相混合组成。在模拟体液中的动态极化测试表明,316L医用不锈钢经强流脉冲电子束表面钛合金化后,其在模拟体液中的耐腐蚀性能获得了显著的提高。     

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W18Cr4V高速钢表面处理

利用solo-强流脉冲电子束(HCPEB)装置对W18Cr4V高速钢进行表面辐照处理.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、EDS能谱仪、超微载荷显微硬度计研究了该钢HCPEB处理后的表面形貌、表层组织结构、元素成分、显微硬度的变化.结果表明,HCPEB辐照处理使该钢表面出现火山口状熔坑、微小孔洞引起的波动起伏形貌,表层组织由回火马氏体变为极细奥氏体,熔化层碳元素含量的提高,增加了奥氏体常温稳定性.由于HCPEB辐照处理高速钢表层温度场及应力场的变化,试样在距表面以下300μm范围内出现显微硬度提高,最高硬度比基体提高约30%.     

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.     

M50钢强流脉冲电子束表面改性层的结构与性能

采用强流脉冲电子束技术在不同的能量密度下对M50钢进行表面改性处理,研究不同辐照能量下改性层的表面形貌、硬度及相组成.结果表明,M50钢表面经过电子束改性处理后表层发生熔化,形成了类似火山坑的缺陷,表面粗糙度上升.经过电子束辐照后,重熔层的晶粒明显细化,随着辐照能量密度的增加,残留奥氏体含量逐渐上升,表层的硬度逐渐下降.由于碳化物的溶解,材料的耐腐蚀性能上升.     

强流脉冲电子束表面处理

以T8钢、D2模具钢和AZ91HP镁合金为试验材料,利用强流脉冲电子束(加速电压为27 keV,脉冲持续时间约为1 μs,能量密度约为2.2 J/cm2)在试样表面进行辐照处理,研究了处理试样的表层组织、相结构及性能变化规律.另外,结合电子束能量沉积过程中瞬时温度和应力的作用特点,详细讨论了表面熔坑及深层硬化现象的形成机理.     

Surface modification of Al-Pb alloy by high current pulsed electron beam

Al-Pb alloy was modified by high current pulsed electron beam and the microstructure, hardness and tribological characteristics were characterized by scanning electron microscopy, electronic microanalysis probe microanalysis, Knoop hardness indentation and pin-on-disc type wear testing machine. The results show that the microstructure and hardness can be greatly improved, and the modification layer consists of a molten zone, an overlapped zone of heat-affected and quasistatic thermal stress-affected zone and a transition zone followed by the substrate. The tribological properties of high current pulsed electron beam irradiated Al-Pb alloy are correspondingly improved largely. Optical observation and scanning electron microscopy analysis reveal that the low wear rate and lowest level in coefficient of friction at high load level for irradiated Al-Pb alloy are due to the formation of a lubricious tribolayer covering the worn surface, which is a mixture of Al2O3, Pb3O4 and silicate. The wear mode varies from oxidative wear at low load to film spalling at high load and, finally, adhesive wear.     

回火对强流脉冲电子束辐照M50钢重熔层耐蚀性能的影响

利用强流脉冲电子束技术对M50钢进行了辐照处理,并对重熔层在550、600和675 ℃条件下进行了回火处理。采用XRD、SEM和电化学综合测试系统等手段分析了不同处理方式对重熔层组织和耐蚀性能的影响。结果表明,M50钢经过强流脉冲电子束辐照后表层的碳化物溶解,马氏体转变被抑制,耐腐蚀性能上升。经过回火处理后,重熔层内残留奥氏体分解,耐蚀性能逐渐降低。     

TA15钛合金强流脉冲电子束表面改性

研究强流脉冲电子束(HCPEB)处理TA15钛合金的表层组织和耐蚀性能变化.结果表明,样品表面凹凸不平,最外表面有2～3 μm的单一α′马氏体重熔层,次层为3～5 μm的热影响区.在5%NaCl溶液中进行动电位极化曲线测定,经5次脉冲处理样品的腐蚀速度最小.经强流脉冲电子束处理的TA15合金表层晶粒细小,成分均匀,有利于形成致密的钝化膜,增大极化电阻,降低腐蚀速度.