M50钢强流脉冲电子束辐照多元合金化层的组织和性能

发布时间：2020-05-17 08:51

【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25k V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,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10k V,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。
【图文】：

极化曲线,电子束辐照,耐腐蚀性能,不锈钢

AISI420不锈钢经电子束辐照处理后的耐腐蚀性能[21]

衍射图谱,溅射功率,XRD衍射,磁控溅射技术

图 1-5 用不同溅射功率沉积的 InN 膜的 XRD 衍射图谱[27]inShaochen[28]等人用磁控溅射技术将 ZrN 薄膜沉积在锆合金基体上，
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

【参考文献】