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。

强流脉冲电子束改性粘结层温度场研究

为探究不同能量密度、不同脉宽时间对粘结层沿深度温度的影响以及对表层温度的影响,通过运用有限元分析软件ABAQUS,模拟运算了强流脉冲电子束轰击粘结层表面过程中粘结层内部温度场的分布情况并对不同条件下的温度场分布进行了分析。结果显示,能量密度为4 J/cm^(2)、脉冲时间为6.0μs,或能量密度达到6 J/cm^(2)时、脉宽在1.5μs以上时可使粘结层发生部分熔化从而达到改性的效果。

强流脉冲电子束中影响潘宁放电因素的模拟分析

为研究强流脉冲电子束内部潘宁离子源电离情况的影响因素,文章基于有限元仿真软件建立二维轴对称模型对其内部磁场和电子分布进行仿真,再从阳极电压、磁场强度、气压三个方面对氩气潘宁放电及径向分布的影响进行了模拟仿真研究,对电离情况和电子分布随这三个因素变化的情况进行了分析。仿真结果表明:在较高气压状态下,电场较小时,电场对电离度的影响是正相关;电场较大时,电场对电离度的影响是负相关。磁场增大会提高电离率,提升到1 T之后磁场强度提高不会影响电离率。电磁场对电子径向分布影响不明显。气压与电离度呈正相关。此外,气压越小,电子径向分布越均匀。

重载CAPE船强流受限水域旋回靠泊

为解决大型重载好望角型(CAPE)船狭窄港池受复杂流水影响的操作难题,本文以青岛港董家口港区D2/D3泊位为例,通过分析航行环境、靠泊难点和关键因素,提出了重载满载CAPE船乘潮旋回靠泊的航行方法,为大型船舶受限水域旋回靠泊提供相关数据和资料,并对董家口港靠泊D2/D3常规操作提供实践参考。

直线感应加速器中四极磁铁聚焦强流电子束研究

为获取小尺寸束斑,研究了直线感应加速器(LIA)产生的强流电子束在四极磁铁作用下的聚焦特性,并对限制最小束斑尺寸的因素进行了分析。结果表明,使用聚焦能力强、像差小的四极磁铁作为聚焦元件具有获取小尺寸束斑的潜力。使用数值模拟程序完成了四极磁铁聚焦束线的初步设计,并在直线感应加速器平台上开展了实验研究,获得了对称性较好、横向尺寸小于2 mm的X射线焦斑,验证了四极磁铁聚焦强流电子束获取小尺寸束斑的可行性。同时,提出了优化的四极磁铁聚焦束线设计方案,预期可在同样入射电子束条件下获得横向尺寸约1 mm的束斑。

强流脉冲电子束M2高速钢表面改性组织和耐磨性能

目的 改善M2高速钢表面组织,提高其耐磨性和红硬性。方法 利用强流脉冲电子束(HCPEB)进行M2高速钢表面辐照改性处理,工作参数包括加速电压25 kV,脉冲宽度2.5μs,能量密度4 J/cm^(2),脉冲次数3、8和15次。采用MEF-4型光学显微镜和Zygo 9000型3D表面光学轮廓仪观察辐照前后样品表面形貌。采用XRD-6000型X射线衍射仪分析改性层组成。采用DMH-2LS型努氏显微硬度计测量样品表面和截面硬度。采用CFT-I型摩擦磨损试验机测量表面耐磨性能。在600℃下保温1 h后空冷,测量样品表面硬度变化用以比较红硬性。结果 HCPEB改性M2高速钢样品表面重熔并出现熔坑,随脉冲次数增加,熔坑数量减少且尺寸增加,表面粗糙度下降,15次脉冲处理样品表面形成大量孪晶,熔坑内部出现熔孔和微裂纹。重熔层组织细化致密,碳化物类型改变,碳化物颗粒尺寸减小,残余奥氏体数量增加。相对于未改性样品,15次脉冲处理样品表面硬度提高53.5%,磨损体积减小16.5%,红硬性提高19.2%。结论 HCPEB可有效改善M2高速钢表面组织,使表面显微硬度、耐磨性和红硬性指标均有明显提高。

基于CST的强流电子枪的电磁聚焦模拟

强流电子枪的工业应用必须具备良好的聚焦性能,静电透镜能够控制电子束的发射和电子束会聚的最小束腰位置,发散后的电子束进入磁透镜需要磁透镜对电子束进行精确聚焦。磁透镜对电子束的聚焦性能受到电子束的尺寸影响,也受到磁透镜中心轴与电子束中心对中和自身磁场径向均匀度的影响。利用CST仿真软件对强流电子枪的静电透镜参数和磁透镜结构进行优化,并总结了相关规律,仿真结果表明增大聚束极的相对偏压,会减小阴极输出的电子束束流大小,但是聚束极对电子束的会聚能力增强,从而电子束最小束腰位置距离阴极的表面距离更近。与开启式磁透镜相比,屏蔽式磁透镜的磁场在中心区域更加集中,磁场强度更大。磁透镜半径越大在轴上的磁通量密度越小,但是磁透镜半径越大在中心产生的径向磁场均匀度越好。磁屏蔽铁壳间隙越大,磁透镜在中心位置的径向磁场分布均匀度越高,磁透镜在中心位置的磁通量密度随着屏蔽铁壳间隙的增大而降低。

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。

一种用于强流脉冲离子束的束流输出稳定性实时监测方法

强流脉冲离子束辐照后的材料表面状态对束流强度具有极高的敏感性.因此,在辐照实验中监测束流输出的稳定性,并及时识别出参数抖动较大的脉冲,对于实验结果的分析和表面改性效果的优化具有重要意义.本文利用塑料闪烁体构建了一种时间分辨为6 ns的快响应脉冲X射线诊断系统,成功捕获了外磁绝缘离子束二极管工作时产生的X射线.同时,通过红外相机和法拉第筒对离子束流的能量密度和电流密度进行测量.分析结果显示,轫致辐射强度和离子束发射强度均取决于二极管加速电压,导致X射线强度和离子束流能量密度呈现正相关趋势.当离子电流密度发生抖动时,X射线信号幅值表现出良好的变化跟随性,能够对偏离预设参数区间的脉冲做出响应.这说明本文提出的非拦截式诊断方法能够有效地实时监测强流脉冲离子束束流输出的稳定性.

强流离子源灯丝电源设计与分析

灯丝电源是中性束注入器等离子体发生器电源系统的重要组成部分,为了满足其低电压大电流输出特性要求,提出了带平衡电抗器双反星形整流电路的拓扑结构的电源设计方案。该拓扑结构与三相桥式整流电路相比较在采用相同器件下可达到更高功率,减少交流侧输入电流谐波并提高功率因素。分析了该拓扑结构下整流输出特性和所含的谐波分量,根据设计指标计算了整流变压器和平衡电抗器的相关参数,最后通过仿真和实验结果验证了这一拓扑结构的可行性。

强流脉冲电子束熔覆Al-Pb合金涂层的显微组织与摩擦磨损性能

为改善Al-Pb合金的表面硬度和耐磨性能,利用强流脉冲电子束(high current pulsed electron beam,HCPEB)对涂敷在纯铝(Al)表面的铅(Pb)层进行辐照合金化处理,制备具有优异性能的Al-Pb合金化层。采用3D激光扫描显微系统(laser scanning microscope,LSM)测量表面粗糙度;利用带能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)的场发射扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)分析辐照合金化前后Al-Pb涂层的微观形貌、结构与元素分布;随后使用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)观察合金层的物相组成;利用透射电镜(transmission electron microscope,TEM)精细表征Al-Pb合金层的微观结构,最后测试辐照前后样品表面的显微硬度、平均摩擦因数与磨损率并分析硬度及磨损增强机理,探究和总结材料表面性能强化机制,建立辐照合金层表面-微观组织-表面性能之间的内在联系。结果表明:经过HCPEB辐照处理后,Al基体与Pb涂层呈现良好的冶金结合,并在30次辐照后制备了10.2μm厚的Al-Pb合金层;与纯铝及原始涂层相比,辐照30次后(111)Al晶面衍射峰发生了宽化,同时衍射峰的位置也向低角度发生微小移动,这表明基体表面Al晶粒在HCPEB表面合金化处理后得到了显著的细化且晶胞发生膨胀,晶格常数增大;HCPEB诱发样品表面形成了亚晶、位错、位错胞、少量的Al(Pb)固溶体以及大量纳米级富Pb颗粒。性能测试结果表明,经电子束辐照后Al-Pb涂层表面的硬度和耐磨性显著提高。

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。

基于COMSOL的强流脉冲电子束能量分布仿真研究

以麦克斯韦电磁场理论为基础,建立了基于COMSOL Multiphysics有限元软件的强流脉冲电子束混合场仿真模型。通过数值计算,得到了强流脉冲电子束磁场、阳极的放电波形,以及强流真空二极管内部潘宁放电的电子密度分布,分析了氩气气压、磁场电流、阳极、阴极电压等因素对强流脉冲电子束能量分布的影响规律,以期在最小的输入能量下,获得最强的辐照效果。该仿真对于强流脉冲电子束技术在金属和半导体表面处理行业的广泛应用具有良好的参考价值。

强流脉冲电子束处理CuCr50(Cr)合金的组织及性能

对强流脉冲电子束(HCPEB)处理表面镀Cr膜的CuCr50合金的显微组织、物相组成、导电性及耐腐蚀性能进行了研究。研究结果表明:CuCr50(Cr)合金经不同次数的强流脉冲电子束表面处理化后,在Cr相上产生了一些微裂纹;随着照射次数的增加,Cr相裂纹增加;当照射30次以后,在合金的表面出现了大小和形状不同的熔坑;强流脉冲电子束处理后合金的电导率几乎不变;当照射1次和10次,耐腐蚀性提高3倍以上,当照射30次以上,耐腐蚀性能显著降低。

强流加速器中束晕—混沌的小波函数控制研究

研究了用小波函数构造非线性反馈控制器进行控制强离子加速器中的束晕—混沌的方法 .数值模拟结果表明 ,这种由特殊函数构造的控制器具有很好的控制束晕—混沌能力 ,只要调节适当的控制参数就能够对 4种初始分布不同的离子束进行较理想的控制 .

强流短脉冲相对论速调管放大器实验研究

利用无箔空心石墨阴极和0.65T的脉冲引导磁场,从Sinus加速器二极管引出了电压约750kV、电流约8.6kA、脉宽40ns的环形电子束,经过输入腔和中间腔间隙调制后,得到了7kA/43ns的基波调制电流,经过输出腔间隙后,得到了2.1GW/15ns的最大微波输出功率,束波转换效率33%,最高增益为40dB,并发现脉冲缩短现象。

强流质子束在周期聚焦通道中束晕-混沌运动的物理机制及其非线性控制策略

实践表明矩阵传输理论及定性方法是分析强流质子束在周期聚集磁场通道中束晕-混沌运动的产生机制,通过多粒子数值模拟(PIC)进一步揭示,不仅是质子束空间电荷的非线性效应,而且束核与粒子之间相互作用导致横向能量交换及非线性共振覆盖形成随机区域的扩散,产生了特有的束晕-混沌复杂运动.为此,提出采用非线性反馈控制策略,产生反作用力去抵消粒子的横向散焦效应和扩散.通过PIC研究证实了该法对抑制束晕-混沌的有效性.同时讨论了实验的可能性.

强流脉冲束在轴对称静电场中传输的自洽计算

为计算强流脉冲束在轴对称静电场六维相空间中的传输,设计了一个计算程序。此程序可以计算由漂浮空间、三圆单筒透镜、三膜片单透镜、双圆筒透镜、静电加速管组成的离子光学系统。为了得到强流束传输的自洽解,程序采用了迭代过程。用此程序计算了300kV强流脉冲束加速器的光路,所得结果合理。

中国原子能科学研究院紧凑型强流质子回旋加速器剥离引出技术研究

中国原子能科学研究院(CIAE)在20世纪90年代建造了一台30 MeV紧凑型强流质子回旋加速器后,经过近30年的发展,先后自主研发成功了基于剥离引出技术的能量为10 MeV、14 MeV、100 MeV、硼中子俘获治疗用14 MeV/1 mA等系列能量的紧凑型强流质子回旋加速器。建成的100 MeV紧凑型强流质子回旋加速器(CYCIAE-100),是目前国际上能量较高的一台紧凑型强流质子回旋加速器,最高流强达到520μA,束流功率达到52 kW。建成的硼中子俘获治疗用的质子回旋加速器,也是我国首次自主研发成功的引出质子束流强达到mA量级的强流质子回旋加速器。在系列能量的紧凑型强流质子回旋加速器研发过程中,CIAE对剥离引出后的束流色散效应、剥离膜与束流夹角对引出后的束流品质的影响、单圈剥离引出技术等紧凑型强流质子回旋加速器剥离引出技术等方面展开了研究,且自主开发出了剥离引出计算程序,为紧凑型强流质子回旋加速器的应用作出了贡献。

强流离子束物理问题及其束晕-混沌的控制方法

强流离子束在国防和国民经济领域中有着极其重要的广泛的应用和发展前景.特别是强流加速器驱动的放射性洁净核能系统,比常规核电更安全、更干净、更便宜,成为20世纪90年代以来国内外该领域的研究热点.但是,处理强流束产生的复杂时空束晕-混沌现象已经成为强流离子束应用中的关键技术之一,需要有效地控制束晕才能确保强流离子束的许多重要应用.在此对强流离子束的主要用途、物理技术问题、宏观粒子模拟的基本方法,尤其是束晕-混沌的控制方法的研究进展,进行简要评述,并指出今后的研究方向.