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《大连理工大学》 2000年
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纯Al材强流脉冲电子束表面改性的研究

郝胜智  
【摘要】: 利用强流脉冲电子束进行材料表面改性处理是最近几年迅速发展起来的一门崭新 技术。本文在对“Nadezhda-2”型强流脉冲电子束装置进行原理剖析及工艺测试的基 础上,以纯A1材为基础实验材料,通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、显微硬 度等测试方法研究不同参数的电子束轰击处理对试样显微组织结构和力学性能的影响 规律,进而获得强流脉冲电子束表面改性的物理机制。通过深入分析载能电子与固体 表面的相互作用过程,针对强流脉冲电子束具体加工过程建立合理的物理描述模型, 利用数值计算方法模拟试样中动态温度场及应力场分布。选用工业常用金属材料不锈 钢1Cr18Ni9Ti和轴承钢GCr15进行强流脉冲电子束改性处理,并结合离子注入工艺 探讨电子束辅助轰击处理对注入离子深度及浓度分布的影响。 研究结果表明,以阳极火花源等离子体、石墨阴极爆炸电子发射及磁场约束等离 子输运过程等物理机制为基础的强流脉冲电子束源(电子炮)可以产生大面积 (φ60mm)、高能量(~40keV)、强束流(10kA)、脉冲式(3~6μs)的电子束。通过 阴极加速电压、脉冲持续时间、工件加工距离等工艺参数的合理选择,可对加工电子 束的能量特性进行调整。 在纯A1强流脉冲电子束轰击实验中发现:高能量的入射束(28keV,4.5μs)可 使A1试样表层产生熔化,并出现熔孔及环形山等特征表面形貌,而且处理区域中心 位置的作用程度超过边缘部分。进一步的透射电镜分析表明,改性层内有大量的点缺 陷形成,并发生集聚,位错及晶界位置成为巨大的空位阱。晶内的点缺陷导致电化学 优先腐蚀,腐蚀孔壁为{220}面。熔化层深度约1μm左右,重熔层与基体之间有明显 界限,没有共格取向关系。重熔层下有层错区和嵌块结构等显微结构出现。距离表面 0.5mm深观察到了波纹线衬度,是塑性波存在的直接证据。处理试样的显微硬度沿 深度方向呈曲线分布,单次轰击试样的表面和约40μm深处出现硬度峰,多脉冲处理 使试样内部的硬度分布形式十分复杂,而且影响深度明显增加,达到几百微米以上。 根据电子与固体的能量作用模型及强流脉冲电子束的实际处理形式,分别采用交 替隐式有限差分和有限元间接热应力分析法模拟加工过程中的温度和应力场分布,计 算过程中分别考虑了变物性及熔化潜热的影响。模拟结果表明,上述参数的强流脉冲 电子束表面轰击可以在纯A1表层约10个微米的深度范围内形成的快速(10~8K/S)加 热冷却过程,而剧烈的温度变化及不均匀的分布形式将在超过30微米以上的近表层 中引发应力作用,应力峰值高达10~7Pa。 仰 片 强流脉冲屯了人的表面重熔处理,可以捉高小插钢ICr18NigTi 表面显微硬度, 同时显著改善其耐腐蚀性能。采川合适的入射火能量,可以在不影响轴承钢 GCrl 试样表面形貌的前提卜,实现材料的快速淬火处理,达到表面强化的目的。强流脉冲 电于来辅助轰击可以使离于注入元索的扩散深度增加到微米量级,同时浓度分布也趋 于均匀化,即形成电于辐射增强扩散效应。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:TG178

【引证文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 高波;郝胜智;董闯;涂赣峰;吴文远;孙树臣;彭可武;;镁合金强流脉冲电子束表面改性[A];全国薄膜技术学术研讨会论文集[C];2006年
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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1 况军;AZ31镁合金及纯钛强流脉冲电子束表面改性[D];辽宁工程技术大学;2009年
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5 本报记者 苏琳 通讯员 宋作宇;潜心钻研结硕果[N];经济日报;2011年
6 李宝智;粉煤灰为橡胶强筋骨[N];中国矿业报;2003年
7 涵薏;为面料加上神奇功能[N];上海科技报;2010年
8 董小雷;纳米粉体表面改性技术有待提高[N];中国化工报;2002年
9 周有恒;等离子体[N];中国化工报;2001年
10 王雪飞;瓣膜材料“升级”有望[N];健康报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郝胜智;纯Al材强流脉冲电子束表面改性的研究[D];大连理工大学;2000年
2 彭志坚;载能离子陶瓷刀具表面改性研究[D];清华大学;2004年
3 刘玉山;核—壳结构的凹凸棒土—聚合物纳米复合材料的制备与表征[D];兰州大学;2008年
4 张利;胶体五氧化二锑的制备、性质及对环氧树脂阻燃作用的研究[D];中南大学;2005年
5 黄承敏;等离子浸没注入和多弧离子镀对纯钛及钛合金表面改性的基础研究[D];四川大学;2004年
6 王燕鸿;磷掺杂对活性氧化铝性能与结构的影响及机理研究[D];天津大学;2008年
7 王雪梅;功能化介孔材料的合成及其在固相微萃取中的应用[D];西北师范大学;2009年
8 郭兴梅;富勒烯类碳材料低温制备、表面改性及在聚合物基体中的分散性研究[D];太原理工大学;2010年
9 马振叶;纳米氧化物的制备及其催化性能研究[D];南京理工大学;2004年
10 林云;高分子磁体/无机物复合材料的电磁性能与应用研究[D];四川大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张清辉;超细氧化铁红颜料粉体的表面改性研究[D];北京工业大学;2002年
2 王荣;聚丙烯表面改性及丙纶纤维增强水泥基复合材料应用性能的研究[D];青岛大学;2004年
3 杨思广;低密度聚乙烯膜的表面改性及其性能研究[D];广西大学;2005年
4 李哲男;纳米填充型聚合物的制备及其导电性的研究[D];大连理工大学;2006年
5 李建婷;多壁碳纳米管表面改性及其微波吸收性能研究[D];西安电子科技大学;2007年
6 戴胜;碳纳米管的环氧化改性以及碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备和性能研究[D];上海交通大学;2007年
7 焦志辉;碳纳米管/硫属半导体复合材料的制备及性能研究[D];浙江大学;2008年
8 金辉;芳纶增强橡胶密封复合材料的研究[D];沈阳工业大学;2007年
9 王海涛;甲烷部分氧化制合成气中等离子体对催化剂的改性研究[D];天津大学;2004年
10 李龙川;纯镁表面改性与生物相容性的研究[D];重庆大学;2004年
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