强流脉冲电子束作用下Al表面Pb及Sn合金化的微观结构与性能
发布时间：2021-12-18 08:24
本文利用“HOPE-Ⅰ”型强流脉冲电子束（HCPEB）装置对表面预置Pb和Sn粉末涂层的纯Al材料分别进行了表面合金化处理,其中Pb/Al体系的辐照次数为25次和35次,Sn/Al体系的辐照次数为15次、25次和35次。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、三维激光扫描电子显微镜（3D LSM）以及透射电子显微镜（TEM）详细分析了合金化处理后样品表面的相组成、形貌、粗糙度及微观结构变化。利用显微硬度计对合金化处理前后样品表面的硬度进行了测试,此外还利用摩擦磨损试验机对样品表面的摩擦系数及磨损率进行了测试,并结合微观表征的结果对样品表面性能变化机理进行了相应的探讨。HCPEB辐照合金化后,XRD分析结果表明Pb/Al和Sn/Al体系表面都没有新相的生成,但Al的衍射峰都向低角方向偏移,即Al晶格发生膨胀,显示出Pb和Sn在HCPEB辐照处理后在Al基体中固溶的可能性。进一步的表面表征分析结果显示,经HCPEB辐照后表面都形成了典型的熔坑形貌,并随辐照次数的增加而逐渐消失,表面粗糙度也显著减小,35次辐照后,Pb/Al、Sn/Al体系表面形成的合金化层厚度分别约为15μm...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Al-Pb二元体系相图
并且生成了大量的非晶组织，从而使表面耐腐蚀性能显著提高。郭峰等人[37]利用 TC4钛合金电极对 LY12 铝合金表面进行强化，在表面形成了约 30 μm 的钛铝合金强化层，如图 1.2 所示，表面的硬度与磨损性能与原样比大幅提升；虽然铝合金表面性能明显改善，但强化层仍含有少量显微裂纹和气孔等缺陷。此外，他们还以硅青铜为电极，在空气中对 2A12 铝合金表面进行强化，强化层主要由 CuAl2、CuAl 等金属间化合物组成；虽含有少量气孔和合金化不够均匀等缺陷，但表面硬度与耐磨性较基体显著提高[38]。王维夫等人[39]利用 ESD 技术在 ZL101 铝合金表面沉积 Al-Si 二元合金，研究表明 Si 相均匀分布，形成枝蔓状的 Si/Al 二元复合结构，铝合金表面硬度及抗空蚀性均得到提高。虽然 ESD 技术具有制备亚稳态合金的特点，在表面合金化及提高材料表面性能方面已取得了一定进展，但是此技术一般都是人工操作，最终得到的涂层质量很难控制，具有沉积效率低、沉积层表面粗糙度大、工艺稳定性及可靠性差等缺点，同时沉积时气化的金属也可能会对环境以及人的身体健康造成危害。
强流脉冲电子束作用下 Al 表面 Pb 及 Sn 合金化的微观结构与性能疗、集成电路以及生物工程等领域[41]。离子注入不仅能改变材料表面的成分，还可以改变材料表面的微观结构，使材料表层生成丰富的点、线、面晶体缺陷，这些缺陷结构所具备的储藏能可为互不相溶体系元素间的扩散和固态非晶化反应提供驱动力。大量研究表明，用离子束注入技术能够在材料表面形成非晶、纳米晶以及过饱和固溶体等非平衡组织，从而一定程度上提高基体的表面性能。铝合金表面最常用的注入元素为 N 和 C，一些金属如 Ti、Mo 和 Cr 等也可用作注入元素。战再吉等人[42]将 N 离子注入 2014 和 2024 铝合金表面，研究结果表明在表面形成了硬质 AlN 以及 N 的过饱和固溶体，同时纳米 AlN 颗粒与 Al 基体存在一定取向关系，如图 1.3(a)-(c)所示，且表层具有高密度的位错(图 1.3(d))，铝合金表面的摩擦系数在注入 N+后明显减小，耐磨性随着 N+剂量的增加逐渐改善。
【参考文献】：
期刊论文
[1]强流脉冲电子束40CrNiMo7钢表面合金化[J]. 韩丹,郝胜智. 山西大同大学学报(自然科学版). 2015(06)
[2]Cu-C复合材料的研究进展及其在雷达中的应用前景[J]. 王长瑞,肖竑,邵奎武. 电子机械工程. 2014(01)
[3]电火花沉积技术的研究与应用进展[J]. 李占明,朱有利,孙晓峰,黄元林,张宏伟. 热加工工艺. 2013(24)
[4]强流脉冲电子束辐照诱发纯钼表面的损伤效应及结构缺陷[J]. 季乐,杨盛志,蔡杰,李艳,王晓彤,张在强,侯秀丽,关庆丰. 物理学报. 2013(23)
[5]铝合金电火花沉积层的组织和抗空蚀性能[J]. 王维夫,陈军,徐贤统,周华侨,郑玉贵. 材料热处理学报. 2013(06)
[6]辐照损伤合金化制备Mo/Ag层状复合材料[J]. 黄远,孔德月,何芳,王玉林,刘文西. 金属学报. 2012(10)
[7]铝合金表面电火花沉积层组织与性能[J]. 郭锋,苏勋家,李平,侯根良. 焊接学报. 2012(04)
[8]机械合金化制备铜碳合金增强铜-石墨复合材料[J]. 李灿民,王文芳,吴玉程. 稀有金属与硬质合金. 2011(04)
[9]强流脉冲电子束作用下金属纯Cu的微观结构状态——空位簇缺陷及表面微孔结构[J]. 王雪涛,关庆丰,邱冬华,程秀围,李艳,彭冬晋,顾倩倩. 物理学报. 2010(10)
[10]LY12铝合金表面电火花强化层组织与性能研究[J]. 郭锋,李平,苏勋家,侯根良,谷建荣. 材料工程. 2010(01)
博士论文
[1]强流脉冲电子束材料表面改性基础研究：在金属及金属间化合物上的应用[D]. 邹建新.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]铁碳合金强流脉冲电子束表面合金化研究[D]. 郑欢欢.江苏大学 2017
[2]强流脉冲电子束作用下Zr-702和Zr-4合金的微观结构及性能[D]. 杨珅.江苏大学 2016
[3]辐照损伤扩散合金化制备互不固溶体系Mo/Ag层状金属基复合材料的研究[D]. 孔德月.天津大学 2012
[4]强流脉冲电子束辐照NiCoCrAlY涂层表面改性及Al膜合金化[D]. 王忠.大连理工大学 2009
本文编号：3542007
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Al-Pb二元体系相图
并且生成了大量的非晶组织，从而使表面耐腐蚀性能显著提高。郭峰等人[37]利用 TC4钛合金电极对 LY12 铝合金表面进行强化，在表面形成了约 30 μm 的钛铝合金强化层，如图 1.2 所示，表面的硬度与磨损性能与原样比大幅提升；虽然铝合金表面性能明显改善，但强化层仍含有少量显微裂纹和气孔等缺陷。此外，他们还以硅青铜为电极，在空气中对 2A12 铝合金表面进行强化，强化层主要由 CuAl2、CuAl 等金属间化合物组成；虽含有少量气孔和合金化不够均匀等缺陷，但表面硬度与耐磨性较基体显著提高[38]。王维夫等人[39]利用 ESD 技术在 ZL101 铝合金表面沉积 Al-Si 二元合金，研究表明 Si 相均匀分布，形成枝蔓状的 Si/Al 二元复合结构，铝合金表面硬度及抗空蚀性均得到提高。虽然 ESD 技术具有制备亚稳态合金的特点，在表面合金化及提高材料表面性能方面已取得了一定进展，但是此技术一般都是人工操作，最终得到的涂层质量很难控制，具有沉积效率低、沉积层表面粗糙度大、工艺稳定性及可靠性差等缺点，同时沉积时气化的金属也可能会对环境以及人的身体健康造成危害。
强流脉冲电子束作用下 Al 表面 Pb 及 Sn 合金化的微观结构与性能疗、集成电路以及生物工程等领域[41]。离子注入不仅能改变材料表面的成分，还可以改变材料表面的微观结构，使材料表层生成丰富的点、线、面晶体缺陷，这些缺陷结构所具备的储藏能可为互不相溶体系元素间的扩散和固态非晶化反应提供驱动力。大量研究表明，用离子束注入技术能够在材料表面形成非晶、纳米晶以及过饱和固溶体等非平衡组织，从而一定程度上提高基体的表面性能。铝合金表面最常用的注入元素为 N 和 C，一些金属如 Ti、Mo 和 Cr 等也可用作注入元素。战再吉等人[42]将 N 离子注入 2014 和 2024 铝合金表面，研究结果表明在表面形成了硬质 AlN 以及 N 的过饱和固溶体，同时纳米 AlN 颗粒与 Al 基体存在一定取向关系，如图 1.3(a)-(c)所示，且表层具有高密度的位错(图 1.3(d))，铝合金表面的摩擦系数在注入 N+后明显减小，耐磨性随着 N+剂量的增加逐渐改善。
【参考文献】：
期刊论文
[1]强流脉冲电子束40CrNiMo7钢表面合金化[J]. 韩丹,郝胜智. 山西大同大学学报(自然科学版). 2015(06)
[2]Cu-C复合材料的研究进展及其在雷达中的应用前景[J]. 王长瑞,肖竑,邵奎武. 电子机械工程. 2014(01)
[3]电火花沉积技术的研究与应用进展[J]. 李占明,朱有利,孙晓峰,黄元林,张宏伟. 热加工工艺. 2013(24)
[4]强流脉冲电子束辐照诱发纯钼表面的损伤效应及结构缺陷[J]. 季乐,杨盛志,蔡杰,李艳,王晓彤,张在强,侯秀丽,关庆丰. 物理学报. 2013(23)
[5]铝合金电火花沉积层的组织和抗空蚀性能[J]. 王维夫,陈军,徐贤统,周华侨,郑玉贵. 材料热处理学报. 2013(06)
[6]辐照损伤合金化制备Mo/Ag层状复合材料[J]. 黄远,孔德月,何芳,王玉林,刘文西. 金属学报. 2012(10)
[7]铝合金表面电火花沉积层组织与性能[J]. 郭锋,苏勋家,李平,侯根良. 焊接学报. 2012(04)
[8]机械合金化制备铜碳合金增强铜-石墨复合材料[J]. 李灿民,王文芳,吴玉程. 稀有金属与硬质合金. 2011(04)
[9]强流脉冲电子束作用下金属纯Cu的微观结构状态——空位簇缺陷及表面微孔结构[J]. 王雪涛,关庆丰,邱冬华,程秀围,李艳,彭冬晋,顾倩倩. 物理学报. 2010(10)
[10]LY12铝合金表面电火花强化层组织与性能研究[J]. 郭锋,李平,苏勋家,侯根良,谷建荣. 材料工程. 2010(01)
博士论文
[1]强流脉冲电子束材料表面改性基础研究：在金属及金属间化合物上的应用[D]. 邹建新.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]铁碳合金强流脉冲电子束表面合金化研究[D]. 郑欢欢.江苏大学 2017
[2]强流脉冲电子束作用下Zr-702和Zr-4合金的微观结构及性能[D]. 杨珅.江苏大学 2016
[3]辐照损伤扩散合金化制备互不固溶体系Mo/Ag层状金属基复合材料的研究[D]. 孔德月.天津大学 2012
[4]强流脉冲电子束辐照NiCoCrAlY涂层表面改性及Al膜合金化[D]. 王忠.大连理工大学 2009
本文编号：3542007
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