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强流脉冲电子束诱发金属表面形貌及其变化规律的研究

作　者: 王小辉
导　师: 赵晖
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料学
关键词: 表面改性强流脉冲电子束(HCPEB) 表面形貌熔坑不均匀熔化
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 93次
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内容摘要

本实验使用SOLO-型强流脉冲电子束设备分别对纯铁、钛合金(Ti6Al4V)和高速钢(W18Cr4V)进行轰击处理,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X-射线衍射作为主要手段来分析试样表面的典型形貌及其变化和表层的结构变化。主要从实验的角度对强流脉冲电子束(HCPEB)辐照金属过程中电子束能量在表层的沉积与分布规律及其变化进行了研究;在此基础上,通过对晶体熔化特性的分析揭示了不同材料表面熔坑的形成和演变机理;进而从束流强度、电子能量和脉冲次数三个方面探讨了金属材料表面形貌变化的规律及其主要影响因素。主要实验结论如下:1.通过对经过不同预处理的纯铁和高速钢受辐照后表面形貌变化的对比,发现:受电子“背散射”、电子衍射和电子能量损失率的影响,电子束的能量会优先或集中在金属的表面及表层的界面相集中沉积与分分布。2.受电子束的能量在界面相的集中沉积与分布和晶体自身具有不均匀熔化特性的影响,强流脉冲电子束辐照过程中,界面相会优先熔化并在准静态应力作用下喷发,形成熔坑。对于某一具体的材料来说,界面相从易到难的喷发次序为:封闭的相界面(特别是含颗粒状第二相或杂质的材料)、小晶界(晶粒尺寸差异较大的材料)、晶界(结构较均匀材料)。因此,高速钢表面熔坑是由相界面不均匀熔化引起的碳化物喷发形成的,纯铁表面熔坑是由于晶界不均匀熔化引起的小晶粒熔化并喷发造成的,钛合金表面熔坑仅是晶界的并不均匀熔化并喷发引起的;而且不同材料表面熔坑的形貌不同。3.辐照过程中,注入能量的变化决定了金属表面形貌及其变化规律;而束流强度、电子能量和脉冲次数均是改变注入能量的方式。在逐步增大注入能量时,不同材料具有相似的形貌变化规律:几何缺陷的消融、熔坑的出现和消失、形成平整带有形变条纹的表面。但由于表面预处理和熔坑形成机理上的差异及其对表层影响作用的不同,不同的材料表面仍会出现胞状形貌、微裂纹、多环熔坑、凹陷和缩孔等典型形貌。

强流脉冲电子束诱发金属表面形貌及其变化规律的研究

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