M50钢强流脉冲电子束辐照多元合金化层的组织和性能

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1、硕士学位论文M50钢强流脉冲电子束辐照多元合金化层的组织和性能MICROSTRUCTUREANDPERFORMANCEOFMULTI-COMPONENTALLOYINGLAYERONM50STEELINDUCEDBYHIGHCURRENTPULSEDELECTRONBEAM张阁阁哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB31学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文M50钢强流脉冲电子束辐照多元合金化层的组织和性能硕士研究生：张阁阁导师：唐光泽副教授申请学位：工学硕

2、士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB31U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMICROSTRUCTUREANDPERFORMANCEOFMULTI-COMPONENTALLOYINGLAYERONM50STEELAFTERSURFACEALLOYINGTREATMENTINDUCEDBYHIGHCURRENTPULSEDELECTRONB

3、EAMCandidate：ZhangGegeSupervisor：A/Prof.TangGuangzeAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnolog

4、y摘要摘要本文结合磁控溅射和电子束辐照技术对M50钢进行表面合金化处理，以提高其在极端条件下的综合性能。通过改变预镀层厚度、辐照电压及辐照次数等参数，研究了不同工艺参数对合金化层的组织结构及性能的影响。研究内容分为三部分：第一部分是磁控溅射沉积0Cr25Ni20预镀层的组织结构；第二部分为电子束辐照0Cr25Ni20合金化层的组织结构；第三部分为合金化层的性能分析。通过SEM和XRD分析0Cr25Ni20预镀层及合金化层的组织结构，结果表明，通过磁控溅射沉积的不锈钢预镀层表面均匀致密，没有明显的裂

5、纹等缺陷。高倍电镜下观察预镀层表面呈现胞状凸起，薄膜内主要为柱状晶结构，主要物相为面心立方结构的(Cr-Ni-Fe-C)奥氏体相。当用电子束辐照预镀层时，会产生较多的熔坑，随着辐照电压的增大，熔坑密度呈下降趋势，表面趋于光滑平整。在辐照电压相同的情况下，经过预辐照的合金化层表面碳化物的数量有所减少。当采用较小的辐照电压和较低的辐照次数进行实验时，表面合金化层的元素含量与预镀层元素含量一致；当辐照电压较大或辐照次数较多时，表面的Ni元素挥发导致含量较少，表面预镀层由于应力作用而出现剥落。经电子束辐照

6、后的合金化层主要物相为奥氏体相和具有体心立方结构的Fe-Cr固溶体相。不同预镀层厚度不影响合金化层内的相组成，且随着辐照电压的增大，奥氏体相的含量明显升高。经过合金化处理后，表面的硬度、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能有了一定的变化，工艺参数对性能的影响较大。经电子束辐照后的表面弹性模量均为250GPa左右，表面显微硬度在7-12GPa之间，当参数为预镀层厚度700nm、辐照电压25kV时，表面显微硬度达到峰值约12GPa。辐照后的合金化层主要由Fe-Cr固溶体相和残余奥氏体相组成，主要强化机制为固溶强化

7、，并没有形成高硬度的金属间化合物，所以表面硬度均有所降低。当合金化参数为辐照电压10kV，辐照5次时，试样的耐磨性能最好，摩擦系数上升速率较为缓慢，合金化层主要磨损机制为氧化磨损和粘着磨损。表面合金化处理后，腐蚀电位较原始M50钢试样有明显提升，自腐蚀电流有了明显的下降。根据盐雾腐蚀和盐水浸泡实验后的结果可以发现，合金化处理后的试样表面质量较原始M50钢增强，腐蚀失重减小，耐腐蚀性能增加。最终结果表明强流脉冲电子束表面合金化技术在一定程度上提高了M50钢的综合性能，其中耐腐蚀性能有了较大提高。关键

8、词：强流脉冲电子束辐照；表面合金化；组织结构；耐腐蚀性能-I-AbstractAbstractInthispaper,surfacealloyingtreatmentinducedbyhighcurrentpulsedelectronbeamisproposedtoimprovecomprehensiveperformanceofM50steelunderextremeconditions.Theeffectsofdifferentprocessparametersonthemic