强流脉冲电子束作用下金属锆的微观结构与应力状态

利用强流脉冲电子束 (HCPEB) 技术对金属纯锆进行表面处理, 采用X射线衍射, 扫描电子显微镜及透射电子显微镜详细分析了辐照诱发的表层微观结构和缺陷. X射线分析结果表明, HCPEB辐照后在材料表层诱发幅值为GPa量级的压应力, 并形成{0002}, {1012}, {1120}及{1013}织构. 表层微观结构观察表明, 与其他金属材料不同, HCPEB辐照在材料表层诱发的熔坑数量极少, 多次轰击甚至几乎没有表面熔坑的形成. 此外, 在快速的加热和冷却状态下, 在表面熔化层形成大量的超细晶粒结构, 同时诱发马氏体相变和强烈的塑性变形. 1次HCPEB辐照后表层内形成的变形微结构以位错为主, 孪晶数量较少; 5 次辐照样品的位错密度迅速增高, 孪晶数量也显著增加; 10次辐照后样品中的变形微结构以变形孪晶为主, 且出现二次孪晶现象. 表层晶粒内部变形的晶体学特征不仅决定了表层的织构演化行为, 而且还起到细化晶粒的作用, 为纯锆及锆合金表面强化提供了一条有效的途径. 关键词： 强流脉冲电子束 纯锆 微观结构 应力状态     

强流脉冲电子束作用下AISI 304L奥氏体不锈钢的微观结构与腐蚀性能

利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术,对AISI 304L奥氏体不锈钢进行了表面辐照处理,详细考察了辐照前、后材料表面的微观结构和腐蚀性能。实验结果表明:经过HCPEB辐照后,材料表面的抗腐蚀性能有所改善;表面喷发形成熔坑实现清除夹杂物的净化作用,以及表面形成厚而致密的钝化膜可有效地阻碍点蚀,均是提高材料抗腐蚀性能不可忽视的因素。透射电子显微镜分析结果表明,HCPEB辐照材料表层时,诱发了大量的过饱和空位缺陷以及类型丰富且密度很高的线、面晶体缺陷,空位缺陷的凝聚形成了空位型位错圈和堆垛层错四面体等空位簇缺陷。这些缺陷有助于形成厚而致密的表面钝化膜,进而阻止阴离子穿过表面钝化膜,延迟腐蚀进程,提高受辐照材料的抗腐蚀性能。     

强流脉冲电子束辐照对NiCoCrAlY涂层结构和性能的影响

 采用低气压等离子体喷涂在DZ4镍基高温合金表面沉积NiCoCrAlY 涂层,并利用强流脉冲电子束（HCPEB）对其进行辐照处理。对HCPEB辐照处理前后的涂层的结构和性能分析得出,经HCPEB辐照处理后,疏松的涂层表面重熔,变得致密平整,产生微区光滑、熔坑和裂纹。X射线衍射分析表明,电子束辐照后涂层中的γ′相增多,涂层没有产生明显的残余微观内应力。900 ℃静态空气等温氧化试验结果显示,HCPEB辐照处理后,涂层的抗氧化性能明显提高。原因在于电子束辐照处理的涂层氧化后表面形成了更加完整的Al2O3保护层,同时γ′相的增加也有利于其耐氧化性能的提高。     

AISI 304L奥氏体不锈钢表面微孔结构的强流脉冲电子束快速制备与表征

 利用强流脉冲（HCPEB）电子束技术,对AISI 304L奥氏体不锈钢进行了辐照处理,并利用透射电子显微镜对HCPEB诱发的空位簇缺陷进行了表征。实验结果表明,HCPEB辐照金属可在辐照表层诱发大量的过饱和空位,并形成空位型位错圈和堆垛层错四面体（SFT）。利用金相显微镜、扫描电子显微镜和非接触式光学轮廓仪,对其表面形貌进行了详细的表征,发现电子束处理后的样品表面形成了高密度、弥散分布和尺寸细小的微孔,表面微孔是由于HCPEB轰击诱发的大量空位(簇)缺陷,以线或面等结构缺陷为路径,向表层迁移导致空位的累积而形成的。采用HCPEB技术,选择合适的材料和辐照工艺参数,可以成功地制备出表面多孔金属材料。     

强流脉冲电子束诱发纯钛表面的微观结构及应力状态

利用强流脉冲电子束(HCPEB)装置对金属纯钛进行轰击,采用X射线衍射,扫描电子显微镜及透射电子显微镜技术详细分析了轰击样品表层的结构和缺陷. X射线衍射分析表明, HCPEB能够在材料表层诱发幅值为 GPa量级的压应力,并在(100), (102)和(103)晶面出现择优取向.表层微观结构的观察表明: HCPEB轰击后材料表层发生了马氏体相变,形成了大量的片状马氏体组织; 此外, HCPEB轰击还在辐照表面诱发了强烈的塑性变形,一次轰击后,晶粒内部的塑性变形以(100)晶面的位错滑移为主,位错密度显著提高;多次轰击后,样品变形结构发生变化,变形孪晶的数量明显增多. 这些变形微结构不仅影响表层的织构演化行为,而且还能细化晶粒,进而提高材料表面硬度, 为HCPEB技术进行纯钛表面强化提供了一条有效的途径.     

强流脉冲电子束辐照诱发纯钼表面的损伤效应及结构缺陷

利用强流脉冲电子束（HCPEB）装置对纯钼表面进行辐照处理,并利用X射线衍射仪,扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）详细分析了辐照表面的微观结构和损伤效应. 1次HCPEB辐照后,纯钼表层积聚了极大的残余应力,多次辐照后表面未融化区域出现大量绝热剪切带,且局部区域发生开裂. 微观结构分析显示,辐照后材料表面形成发散状的位错组态和大量空位簇缺陷;绝热剪切带内部是尺寸为1 μm 左右等轴状的再结晶晶粒. 剪切带造成的材料表面局部软化以及间隙原子偏聚于晶界是材料发生开裂的主要原因. 另外,表面熔化区域可形成尺寸为20 nm左右的纳米晶. 关键词： 强流脉冲电子束 纯钼 绝热剪切带 空位簇缺陷     

高功率脉冲电子束辐照SiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;的光学和激光损伤性能

研究了不同剂量的60 kW高功率脉冲电子束辐照对高纯熔石英玻璃的微观结构、光学性能和激光损伤特性的影响规律. 光学显微图像表明, 辐照后熔石英样品由于热效应导致表面破裂, 裂纹密度和尺寸随辐照剂量增加而增大, 采用原子力显微镜分析表面裂纹的微观形貌, 裂纹宽度约1 um, 同时样品表面分布着大量尺寸约0.1–1μm的碎片颗粒. 吸收光谱测试表明, 所有样品均在394 nm处出现微弱的吸收峰, 吸收强度随着电子束辐照剂量增大呈现先增加后减小的趋势. 荧光光谱测试发现辐照前后样品均有3个荧光带, 分别位于460, 494和520 nm, 荧光强度随辐照剂量的变化趋势与吸收光谱一致. 利用355 nm激光研究了不同剂量电子束辐照对熔石英激光损伤阈值的影响, 结果表明熔石英的损伤阈值随着辐照剂量的增加而降低. 在剂量较低时, 导致熔石英激光损伤阈值下降的原因主要是色心缺陷; 剂量较高时, 导致损伤阈值降低的原因主要是样品表面产生的大量微裂纹和碎片颗粒对激光的调制和吸收. 关键词： 熔石英 电子束辐照 色心 激光损伤阈值     

高功率脉冲电子束辐照SiO_2的光学和激光损伤性能

研究了不同剂量的60 kW高功率脉冲电子束辐照对高纯熔石英玻璃的微观结构、光学性能和激光损伤特性的影响规律.光学显微图像表明,辐照后熔石英样品由于热效应导致表面破裂,裂纹密度和尺寸随辐照剂量增加而增大,采用原子力显微镜分析表面裂纹的微观形貌,裂纹宽度约1μm,同时样品表面分布着大量尺寸约0.1—1μm的碎片颗粒.吸收光谱测试表明,所有样品均在394 nm处出现微弱的吸收峰,吸收强度随着电子束辐照剂量增大呈现先增加后减小的趋势.荧光光谱测试发现辐照前后样品均有3个荧光带,分别位于460,494和520 nm,荧光强度随辐照剂量的变化趋势与吸收光谱一致.利用355 nm激光研究了不同剂量电子束辐照对熔石英激光损伤阈值的影响,结果表明熔石英的损伤阈值随着辐照剂量的增加而降低.在剂量较低时,导致熔石英激光损伤阈值下降的原因主要是色心缺陷;剂量较高时,导致损伤阈值降低的原因主要是样品表面产生的大量微裂纹和碎片颗粒对激光的调制和吸收.     

强流脉冲电子束作用下金属纯Cu的微观结构状态——空位簇缺陷及表面微孔结构

利用强流脉冲(HCPEB)电子束技术对多晶纯Cu进行了辐照处理,并利用透射电镜对HCPEB诱发的空位簇缺陷进行了表征.实验结果表明,HCPEP辐照金属可在纯Cu表层诱发大量的过饱和空位,并形成四方形空位胞及空位型位错圈和堆垛层错四面体(SFT),HCPEB瞬间的加热和冷却诱发的幅值极大的应力和极高的应变导致的整个原子平面的位移是空位簇缺陷形成的主要原因.此外,扫描电镜分析表明HCPEB辐照可以在纯Cu表面形成高密度、弥散分布和尺寸细小的微孔.过饱和空位或空位团簇沿晶体缺陷向表面扩散、凝聚是表面微孔形成的根     

强流脉冲电子束作用下金属纯Cu的微观结构状态——变形结构

为了研究金属的超快变形机理,利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对多晶纯Cu进行了辐照处理,并利用透射电子显微镜对HCPEB诱发的表面微结构进行了表征.实验结果表明,HCPEB轰击多晶纯Cu后,在轰击表层诱发了幅值极大的应力和极高的应变速率.1次HCPEB轰击材料表层的变形结构以交滑移形成的位错胞和位错缠结结构为主;多次轰击后平行的位错墙和孪晶是该区域的主要变形结构特征;原子面的扩散乃至位错攀移可在晶界和孪晶界上形成台阶结构.根据各自区域的变形结构特征,对相应的变形机理进行了探讨. 关键词： 强流脉冲电子束 多晶Cu 变形结构 孪晶     

强流脉冲电子束表面改性CuFe10合金的显微组织和性能研究

研究了不同脉冲次数强流脉冲电子束表面改性对CuFe10合金组织及性能的影响。强流脉冲电子束处理CuFe10合金的重熔表面出现了火山坑和直径为100 nm到1 m的富铁球,表明了强流脉冲电子束处理CuFe10合金表面发生了液相分离。强流脉冲电子束脉冲轰击30次后,CuFe10合金表面的显微硬度与耐蚀性能均得到显著改善,主要是由于强流脉冲电子束轰击处理CuFe10合金表层引发的快速熔凝过程中表面发生了液相分离及晶粒细化的缘故。     

强流脉冲电子束作用下纯镍表面的应力特征

 利用强流脉冲电子束（HCPEB）装置对多晶纯镍进行轰击,采用X射线衍射及扫描电子显微镜等技术,详细分析了受轰击样品的变形组织与结构。通过分析建立了强流脉冲电子束诱发的应力特征与变形结构之间的关系,并对目前现有的几种应力波数值模拟结果进行了讨论。实验结果表明：强流脉冲电子束能够在材料表层诱发约5GPa的应力,造成纯镍表面发生孪生塑性变形。除了热膨胀引起的表层横向准静态热应力外,强流脉冲电子束产生的等离子体脉冲爆炸可以直接诱发幅值很高的冲击应力波,二者的共同作用是引起表层微观结构变化的直接原因。     

Microstructure evolution occurring in the modified surface of 316L stainless steel under high current pulsed electron beam treatment

High current pulsed electron beam (HCPEB) surface treatment of 316L stainless steel (SS) was carried out with a wide spectrum of treating parameters. Microstructure changes occurring in the modified surface were characterized with microscopy, X-ray diffractometry and electron backscatter diffractometry (EBSD) techniques. The evolution regularities of surface craters and microstructure refinement, as well as preferred orientation of (1 1 1) crystal planes were discussed on considering the coupled temperature-stress fields formed in surface layers after an absorption of HCPEB energy.     

Surface modification of Al-20Si alloy by high current pulsed electron beam

Hypereutectic Al-20Si (Si 20 wt.%, Al balance)alloy surface was treated with high current pulsed electron beam (HCPEB) under different pulse numbers. The results indicate that HCPEB irradiation induces the formation of metastable structures on the treated surface. The coarse primary Si particle melts, producing a “halo” microstructure with primary Si as the center on the melted surface. A supersaturated solid solution of Al is formed in the melted layer caused by Si atoms dissolving into the Al matrix. Cross-section structure analysis shows that a 4 μm remelted layer is formed underneath the top surface of the HCEPB-treated sample. Compared with the matrix, the Al and Si elements in the remelted layer are distributed uniformly. In addition, the grains of the Al-20Si alloy surface are refined after HCPEB treatment, as shown by TEM observation. Nano-silicon particles are dispersed on the surface of remelted layer. Polygonal subgrains, approximately 50-100 nm in size, are formed in the Al matrix. The hardness test results show that the microhardness of the α(Al) and eutectic structure is increased with increasing pulse number. The hardness of the “halo” microstructure presents a gradient change after 15 pulse treatment due to the diffusion of Si atoms. Furthermore, hardness tests of the cross-section at different depths show that the microhardness of the remelted layer is higher than that of the matrix. Therefore, HCPEB technology is a good surface modification method for enhancing the surface hardness of hypereutectic Al-20Si alloy.     

强脉冲电子束辐照材料表面形貌演化的模拟

在回顾和总结强脉冲电子束表面改性实验的基础上, 利用有限元数值计算方法对强脉冲电子束辐照铝和304不锈钢产生的温度场进行模拟, 给出了靶的近表面区域流体状态存在的特征尺度和特征时间, 并对不同材料特性下熔坑的产生原因进行了讨论. 采用两相流模型, 通过水平集方法和有限元方法结合的计算流体力学模拟了熔坑和表面突起形貌在表面处于熔融状态下的运动特征, 通过和实验数据相对比, 验证了对于高黏度, 高表面张力的高熔点金属, 表面处于流体状态下的张力驱动效应是熔坑等表面形貌演化的重要原因.