本文利用“HOPE-Ⅰ”型強流脈沖電子束（HCPEB）裝置對表面預置Pb和Sn粉末涂層的純Al材料分別進行了表面合金化處理,其中Pb/Al體系的輻照次數(shù)為25次和35次,Sn/Al體系的輻照次數(shù)為15次、25次和35次。采用X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、三維激光掃描電子顯微鏡（3D LSM）以及透射電子顯微鏡（TEM）詳細分析了合金化處理后樣品表面的相組成、形貌、粗糙度及微觀結構變化。利用顯微硬度計對合金化處理前后樣品表面的硬度進行了測試,此外還利用摩擦磨損試驗機對樣品表面的摩擦系數(shù)及磨損率進行了測試,并結合微觀表征的結果對樣品表面性能變化機理進行了相應的探討。HCPEB輻照合金化后,XRD分析結果表明Pb/Al和Sn/Al體系表面都沒有新相的生成,但Al的衍射峰都向低角方向偏移,即Al晶格發(fā)生膨脹,顯示出Pb和Sn在HCPEB輻照處理后在Al基體中固溶的可能性。進一步的表面表征分析結果顯示,經(jīng)HCPEB輻照后表面都形成了典型的熔坑形貌,并隨輻照次數(shù)的增加而逐漸消失,表面粗糙度也顯著減小,35次輻照后,Pb/Al、Sn/Al體系表面形成的合金化層厚度分別約為15μm... 

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Al-Pb二元體系相圖

并且生成了大量的非晶組織，從而使表面耐腐蝕性能顯著提高。郭峰等人[37]利用 TC4鈦合金電極對 LY12 鋁合金表面進行強化，在表面形成了約 30 μm 的鈦鋁合金強化層，如圖 1.2 所示，表面的硬度與磨損性能與原樣比大幅提升；雖然鋁合金表面性能明顯改善，但強化層仍含有少量顯微裂紋和氣孔等缺陷。此外，他們還以硅青銅為電極，在空氣中對 2A12 鋁合金表面進行強化，強化層主要由 CuAl2、CuAl 等金屬間化合物組成；雖含有少量氣孔和合金化不夠均勻等缺陷，但表面硬度與耐磨性較基體顯著提高[38]。王維夫等人[39]利用 ESD 技術在 ZL101 鋁合金表面沉積 Al-Si 二元合金，研究表明 Si 相均勻分布，形成枝蔓狀的 Si/Al 二元復合結構，鋁合金表面硬度及抗空蝕性均得到提高。雖然 ESD 技術具有制備亞穩(wěn)態(tài)合金的特點，在表面合金化及提高材料表面性能方面已取得了一定進展，但是此技術一般都是人工操作，最終得到的涂層質量很難控制，具有沉積效率低、沉積層表面粗糙度大、工藝穩(wěn)定性及可靠性差等缺點，同時沉積時氣化的金屬也可能會對環(huán)境以及人的身體健康造成危害。

強流脈沖電子束作用下 Al 表面 Pb 及 Sn 合金化的微觀結構與性能療、集成電路以及生物工程等領域[41]。離子注入不僅能改變材料表面的成分，還可以改變材料表面的微觀結構，使材料表層生成豐富的點、線、面晶體缺陷，這些缺陷結構所具備的儲藏能可為互不相溶體系元素間的擴散和固態(tài)非晶化反應提供驅動力。大量研究表明，用離子束注入技術能夠在材料表面形成非晶、納米晶以及過飽和固溶體等非平衡組織，從而一定程度上提高基體的表面性能。鋁合金表面最常用的注入元素為 N 和 C，一些金屬如 Ti、Mo 和 Cr 等也可用作注入元素。戰(zhàn)再吉等人[42]將 N 離子注入 2014 和 2024 鋁合金表面，研究結果表明在表面形成了硬質 AlN 以及 N 的過飽和固溶體，同時納米 AlN 顆粒與 Al 基體存在一定取向關系，如圖 1.3(a)-(c)所示，且表層具有高密度的位錯(圖 1.3(d))，鋁合金表面的摩擦系數(shù)在注入 N+后明顯減小，耐磨性隨著 N+劑量的增加逐漸改善。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]強流脈沖電子束40CrNiMo7鋼表面合金化[J]. 韓丹,郝勝智.  山西大同大學學報(自然科學版). 2015(06)
[2]Cu-C復合材料的研究進展及其在雷達中的應用前景[J]. 王長瑞,肖竑,邵奎武.  電子機械工程. 2014(01)
[3]電火花沉積技術的研究與應用進展[J]. 李占明,朱有利,孫曉峰,黃元林,張宏偉.  熱加工工藝. 2013(24)
[4]強流脈沖電子束輻照誘發(fā)純鉬表面的損傷效應及結構缺陷[J]. 季樂,楊盛志,蔡杰,李艷,王曉彤,張在強,侯秀麗,關慶豐.  物理學報. 2013(23)
[5]鋁合金電火花沉積層的組織和抗空蝕性能[J]. 王維夫,陳軍,徐賢統(tǒng),周華僑,鄭玉貴.  材料熱處理學報. 2013(06)
[6]輻照損傷合金化制備Mo/Ag層狀復合材料[J]. 黃遠,孔德月,何芳,王玉林,劉文西.  金屬學報. 2012(10)
[7]鋁合金表面電火花沉積層組織與性能[J]. 郭鋒,蘇勛家,李平,侯根良.  焊接學報. 2012(04)
[8]機械合金化制備銅碳合金增強銅-石墨復合材料[J]. 李燦民,王文芳,吳玉程.  稀有金屬與硬質合金. 2011(04)
[9]強流脈沖電子束作用下金屬純Cu的微觀結構狀態(tài)——空位簇缺陷及表面微孔結構[J]. 王雪濤,關慶豐,邱冬華,程秀圍,李艷,彭冬晉,顧倩倩.  物理學報. 2010(10)
[10]LY12鋁合金表面電火花強化層組織與性能研究[J]. 郭鋒,李平,蘇勛家,侯根良,谷建榮.  材料工程. 2010(01)

博士論文
[1]強流脈沖電子束材料表面改性基礎研究：在金屬及金屬間化合物上的應用[D]. 鄒建新.大連理工大學 2007

碩士論文
[1]鐵碳合金強流脈沖電子束表面合金化研究[D]. 鄭歡歡.江蘇大學 2017
[2]強流脈沖電子束作用下Zr-702和Zr-4合金的微觀結構及性能[D]. 楊珅.江蘇大學 2016
[3]輻照損傷擴散合金化制備互不固溶體系Mo/Ag層狀金屬基復合材料的研究[D]. 孔德月.天津大學 2012
[4]強流脈沖電子束輻照NiCoCrAlY涂層表面改性及Al膜合金化[D]. 王忠.大連理工大學 2009



本文編號：3542007