强流脉冲电子束诱发纯钛表面的微观结构及应力状态.pdf

《强流脉冲电子束诱发纯钛表面的微观结构及应力状态.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．61，No．5(2012)056105强流脉冲电子束诱发纯钛表面的微观结构及应力状态水李艳蔡杰吕鹏邹阳万明珍彭冬晋顾倩倩关庆丰十(江苏大学材料科学与工程学院，镇江212013)(2011年4月28日收到；2011年7月7日收到修改稿)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)，(

2、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．关键词：强流脉冲电子束，纯钛，微观结构，应力状态P

3、ACS：61．80．一x．81．40．一z1引言间内(几纳秒到几微秒)作用在材料的表层，造成材料表面极为快速的加热和冷却，产生诸如熔化、汽钛合金具有高的比强度、良好的耐蚀性、中化、等离子体溅射、应力波和冲击波等许多复杂温性能稳定、无磁性和生物相容性好等特点，是航的物理现象，辐照表层经历了极为快速的变形，从空航天、石油化工、原子能工业和生物工程等领而在材料表面形成许多常规表面处理难以获得的域十分重要的结构材料[1]．但由于钛合金存在着新结构[6，7l，进而改善材料的性能．耐磨性和导热性差、高温易氧化失效等缺

4、点，极大HCPEB表面改性作为一种具有潜在应用前景地限制了其应用范围【21．对钛合金材料实施表面的加工手段，目前尚处于起步阶段而远未成熟．由处理是弥补上述不足和拓展其应用范围的有效手于HCPEB辐照在材料表面产生的热一应力耦合效段，众多研究者在钛合金表面处理方面开展了广泛应过于复杂，人们对于HCPEB与材料之间的相互的研究．从以电镀、真空镀膜等为代表的传统表面作用机制的认识还极为有限，许多研究者只是通过强化到以等离子渗、离子束、激光束的应用为标数值模拟的方法对此开展研究，力求建立低能脉冲志的现代表面处理技

5、术，几乎各种表面技术都曾用电子束流与材料相互作用的物理模型，模拟材料表来改善钛合金的表面性能，并取得了一些可喜的进层内部的温度场和应力场．但存在的问题是现有展模型都过于宏观，无法考虑到材料晶体结构的不同近年来，强流脉冲电子束(HCPEB)作为新出在HCPEB改性过程中的应力应变行为和微观结构现的一种载能柬表面改性技术受到材料科学工作演化行为方面所发挥的重要作用，相关的实验证据者的广泛关注[，引．在HCPEB辐照材料的瞬时过也比较缺乏．程中，较高的能量(108—100W／cm)在非常短的时我们知道，材料科学

6、的主要目的就是研究材料国家自然科学基金(批准号：50671042)和江苏大学科技创新团队及高级人才基金(批准号：07JDG032)资助的课题．十E—mail：guanqf@ujs．edu．cn⑥2012中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．iphy．ac．c礼0561O5—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．61，No．5(2012)056105加工、微观结构以及性能三者之间的关系，加工改变材料的微观结构状态，而材料性能的改变源自于微观结构状态的变化，

7、即微观结构是连结加工行为和最终性能的纽带．因此，通过分析HCPEB辐照旦‘苫诱发的超快变形条件下材料微观结构状态的形成_。与演化规律是了解HCPEB对材料最终性能影响＼以及HCPEB与材料之间的相互作用机制的重要手慧段．由于常温下Ti为密排六方(hcp)结构，对称性较低，因此在HCPEB辐照材料表面产生的超快变形过程中，微观结构状态和应力的演化行为与那些高对称性金属(如面心立方(fcc)和体心立方(bcc))3材料可能会有所不同．前期已经有许多工作对fccI：b)2．7g62·．632和bcc金属与合金H

8、CPEB作用下的微观结构状态。(10())演化方面开展了深入的研究，并发现了许多新奇的2．1．927结构现象，但对hcp型金属的研究却还比较少见．0、＼有鉴于此，本文采用HCPEB对多晶纯钛进行辐照-处理，对HCPEB作用下纯钛的微观结构及应力状1_态进行研究．_051O2实验方法脉冲次数选择工业纯钛为实验材料，利用电火花线切割成10mmx10mmx3mm的样品，表面辐照前先在真空炉中进行退火处理，退火温度为600。C，C保温