强流脉冲电子束作用下Cu表面合金化Mo研究

钼(Mo)与铜(Cu)之间属于二元互不固溶体系,然而结合了Mo的高温硬度和强度以及Cu的导电导热等优异性能的Cu-Mo复合材料却在电触头、散热元件等领域有着重要的应用。存在的问题是Cu-Mo之间的固溶度极低,难以实现合金化,从而极大地限制了Cu-Mo复合材料优异性能的发挥。该研究尝试采用强流脉冲电子束(HCPEB)技术实现Cu-Mo互不固溶体系的合金化,从而达到改善材料表面力学性能的目的。利用HCPEB辐照预制Mo涂层粉的Cu基体进行辐照,研究不同脉冲次数对样品固溶度、相结构和表面硬度的影响。结果表明,HCPEB辐照可以有效提高Cu-Mo互不固溶体系的固溶度,15次辐照后,Mo在Cu基体中的固溶度达到最高;随辐照次数增加,Cu(Mo)固溶体受热脱溶影响导致合金层中的固溶度反而有所降低。微观结构图像显示,15次HCPEB辐照后样品表层中可观察到大量的球形以及摩尔形态的Mo颗粒;当辐照次数增加到35次后,Mo颗粒大多倾向于分布在晶体缺陷处,且脱溶析出的Mo颗粒与基体存在一定的取向关系。性能测试结果表明,HCPEB合金化处理后Cu(Mo)合金化表层的硬度与辐照次数呈统一变化趋势,即随辐照次数增加显著提升,固溶强化、位错强化和弥散强化机制的共同作用是合金化表层性能改善的原因之所在。

强流脉冲电子束作用下纯铜的微观结构与腐蚀性能

为考察辐照对纯铜材料的影响,利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对多晶纯铜进行表面辐照处理,详细考察了辐照前后材料表面的微观结构状态和腐蚀性能。海水腐蚀极化曲线及电极化阻抗谱实验结果表明:十次强流脉冲电子束辐照后,纯铜的抗腐蚀性能显著提高。透射电子显微镜观察表明,HCPEB辐照在材料表层诱发了大量的过饱和空位缺陷,空位缺陷的凝聚可形成空位型位错圈和堆垛层错四面体(SFT)等空位簇缺陷。空位簇缺陷有助于形成厚而致密的表面钝化膜,钝化膜具有阻挡腐蚀性阴离子的能力,从而提高材料的抗腐蚀性能。

强流脉冲电子束作用下Ti2AlNb微观结构状态与耐腐蚀性能研究

利用强流脉冲电子束(HCPEB)对Ti2AlNb合金进行辐照处理,利用X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)对辐照后合金的显微组织结构进行分析,结果表明,辐照后表面形成大量火山状熔坑,随着辐照次数的增加,熔坑的密度显著减少,辐照后合金发生α+β→O相变,β和O相显著细化;辐照后表层形成了一层厚度约为4μm的重熔层,重熔层中Al发生过饱和固溶而富Al;辐照在亚表层产生高幅值的应力和温度梯度,造成亚表层发生强烈塑性变形,生成高密度的位错,孪晶和层错等缺陷结构。辐照后试样的耐腐蚀性能得到了提高,这主要归因于辐照后产生的表面净化效应和成分均匀化,表面富Al生成致密的Al_(2)O_(3)保护膜以及Al的增强扩散修复腐蚀过程中损耗的Al_(2)O_(3)膜,提高了Ti2AlNb合金的耐腐蚀性能。

强流脉冲电子束作用下TiCN涂层微观结构变化与性能研究

采用化学气相沉积(CVD)技术在硬质合金基体表面制备TiCN涂层,随后利用强流脉冲电子束(HCPEB)对TiCN涂层表面进行辐照处理。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等仪器观察了HCPEB辐照前后TiCN涂层的微观结构变化,并对比分析了其显微硬度和耐磨性能。结果表明:HCPEB辐照前后TiCN涂层的相组成保持不变,但相衍射峰的位置发生偏移且有所宽化,表明涂层晶粒细化,同时涂层内部应力状态发生改变;辐照后涂层表面粗大的晶粒消失,涂层变得光滑平整;随着辐照次数的增加,涂层的厚度逐渐减小。显微硬度和摩擦磨损试验结果表明,HCPEB辐照显著增加了TiCN涂层的表面显微硬度,其耐磨性能得到显著提升。涂层表面粗糙颗粒的消除、涂层晶粒细化、高密度晶体缺陷的形成以及涂层内部残余应力的改变是HCPEB辐照TiCN涂层性能改善的主要原因。

脉冲电子束作用下Cu-W互不固溶体系固溶拓展研究

Cu-W复合材料由于兼具铜的导热性与导电性以及钨的高强度与高温性能而被广泛应用于电力、电子、塑性成形等众多领域。本研究利用电子束快速凝固的特点,提高Cu-W互不相溶合金体系的固溶度,以改善材料性能。采用粉末冶金法制备Cu-W复合材料,并利用强流脉冲电子束(High Current Pulsed Electron Beam,HCPEB)技术对其进行表面改性,研究不同处理工艺参数对样品固溶度和表面硬度的影响。结果表明:在球磨过程中形成了Cu(W)固溶体,球磨5 h时粉末固溶度的提升最为明显。差示扫描量热分析仪(Differential Scanning Calorimeter,DSC)表明,固溶体在烧结的加热过程中会发生脱溶反应。利用强流脉冲电子束对烧结试样表面进行辐照处理,结果表明:HCPEB辐照可有效提高Cu-W互不固溶合金体系的固溶度,致使辐照表面形成Cu(W)过饱和固溶体合金化层。W在Cu基体中的固溶度随辐照次数而增加,10次辐照后Cu(W)固溶体中溶质元素(W)的重量百分比达到了1.63%;辐照表面的硬度随着固溶度的增加而显著增加,固溶强化和弥散强化效应是辐照表面性能改善的根本原因。