强流脉冲电子束辐照纯铝表面cr合金化的研究-毕业论文开题报告

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1、江苏大学本科生毕业论文（设计）开题报告学院：材料科学与工程学院专业：金属材料工程学号：3130702063年级：2013学生姓名钱振指导教师关庆丰论文（设计）题目强流脉冲电子束辐照纯铝表面Cr合金化的研究与本课题有关的国内外研究情况：铝及铝合金由于轻质、高导电导热、无毒以及良好的再循环性能而广泛运用于航空、建筑、汽车、船舶和日用品等领域。但其表面性能如硬度、耐磨性等较差，且在含有Cl离子等有侵蚀性阴离子的腐蚀环境下容易发生点腐蚀，从而限制了其运用范围。大量研究表明铝的表面性能可以通过添加Cr、Ta、W、Nb及V等元素加以改善，便可制备得到铝合金二元或多

2、元合金。添加的一些合金元素能有限地与铝形成铝基固溶体（α相）；也有一些不溶或微溶的金属元素，以金属间化合物的形式存在铝基体中。因为这些过渡金属元素在Al中的固溶度极小(

3、有能量利用率高、基体不易变形等特点，整个表面合金化过程在真空室内进行，基体清洁度好，可以对基体任意部位实施合金化手段，处理方式灵活便捷。通过表面预涂覆或沉积合金化所需要的物质，再经电子束轰击后，基体表面合金化层发生形态、组织结构、化学成分等改变，大大改善基体表面性能。已经有316L不锈钢基体上的脉冲电子束表面合金化改性的实验研究报导。强流脉冲电子束(HCPEB)是近年来出现的一种新型载能束表面改性技术，能够在极短的时间内在材料表面沉积极高的能量，可使材料表层快速加热熔化甚至蒸发，然后快速冷却，是一种极具潜力的亚稳态加工技术。强流脉冲电子束源于原子核聚变

4、的实验研究，60年代开始相继有学者在材料表面改性方面进行试探性研究，主要是进行半导体退火及辐照损伤等方面的研究工作。Markov等首先建立了强流脉冲电子束轰击在金属材料内引发温度场的物理模型，并且得到了与实验符合较好的数值计算结果。Proskurovsky等在纯铁、膜层体系、钢和合金等材料的表面改性方面作了大量的工作。主要包括对碳钢与合金钢进行表面强化以提高材料表面的耐磨性和耐腐蚀性等，他们发现在材料熔化的外表面层内，原始组织中的第二相被部分或完全溶解，从而形成了过饱和的固溶体以及残余的纳米级第二相颗粒，这些微结构的变化提高了材料表层的强度和电化学性能

5、。为了更好地理解这些现象，他们进一步发展了Markov等的模型，对温度场和应力场同时进行了数值模拟，给出了材料表层升温、熔化、凝固及冷却的大致过程。波兰、乌克兰等的研究学者也相继加入到该技术的研究讨论中。乌克兰Pogrebnjak等人则着重研究了HCPEB对材料结构的影响，以及表面合金化对不同材料表面性能的提高作用书。他们采用电子束蒸镀金属薄膜与后处理结合的方法在纯铁表面实现了钮、铝、铬、铝等元素的合金化，同时提高了纯铁的耐磨性和耐腐蚀性。并且使用Nadezhda-2强流脉冲电子束源，利用RBS、SPB和正电子寿命的测量以及TEM和SEM等技术，对电子

6、束轰击后的纯铁表面层进行研究，发现了大量的非平衡空位向表面移动，空位的密度达到10-3，因此在缺陷区域材料的局部密度降低，并且认为这些局部的低密度区域是熔坑在材料表面形成的根源。在国内，大连理工大学三束材料国家重点实验室率先引进了俄罗斯Nadezhda-2型强流脉冲电子束装置，随后董闯教授领导的研究小组开展了一系列强流脉冲电子束材料表面改性方面的工作。郝胜志等以纯铝材为基础研究材料，深入研究了不同参数的脉冲电子束轰击处理对试样显微结构和力学性能的影响规律，进而获得了强流脉冲电子束表面改性的一些微观物理机制书了。郝胜志等通过载能电子与固体表面的相互作用过

7、程，建立了较为合理的实际加工中的物理模型，利用二维模型数值计算方法模拟计算了试样中的动态温度场及应力场分布，并选用1Cr18Ni9Ti和GCr15进行了初步的改性应用尝试性工作。他的研究表明表层快速升降温与熔凝、入射束的瞬时热冲击作用是导致表层材料改性的直接原因，表面改性层的抗腐蚀、硬度、抗磨损性能均有明显提高。尤其值得重视的是，在对离子Ti注入后的轴承钢表面进行脉冲电子束微熔轰击处理时发现，在实现表面强化效果的同时，注入离子的分布范围得到大幅度提高，显示出明显的增强扩散效应。关庆丰在博士论文中以纯Al，20#，45#和304不锈钢为研究材料，对HCP

8、EB表面改性后表面熔坑的形成机制、碳钢表面纳米化与非晶化的形成机制、应力波的产生与传播以及对表