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热障涂层HCPEB改性过程中的应力研究

材料保护 2014年第S1期47卷 1-5页

作者：韩志勇王晓梅王志平中国民航大学理学院天津300300

通过有限元分析软件Abaqus,采用三维模型,对热障涂层表面强流脉冲电子束改性过程进行了数值模拟,分析了电子束轰击过程温度变化以及涂层系统内部应力的分布情况。结果表明,随着外界能量的增加,涂层温度随着涂层厚度的增加而减小;当外界... 详细信息

通过有限元分析软件Abaqus,采用三维模型,对热障涂层表面强流脉冲电子束改性过程进行了数值模拟,分析了电子束轰击过程温度变化以及涂层系统内部应力的分布情况。结果表明,随着外界能量的增加,涂层温度随着涂层厚度的增加而减小;当外界能量消失,冷却过程中,由于涂层表面和周围的热辐射和热扩散作用,陶瓷层表面最先冷却,此时陶瓷层内部温度略微升高,之后陶瓷层内部热能通过陶瓷层表面进行释放,最后整个涂层冷却至室温,温度随时间变化率高达106~107K/s。冷却至室温时,应力随陶瓷层厚度的增加呈先减小后增加的趋势,而在涂层表面径向应力先减小后增加,达到0.5 MPa后,应力开始减小至稳态值。

关键词：热障涂层 HCPEB FEM

High-current pulsed electron beam modification on microstructure and performance of Cu/CuW diffusion bonding joints

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Rare Metals 2024年第6期43卷 2819-2831页

作者： Na-Na Tian Cong-Lin Zhang Peng Lyu Jin-Tong Guan Jie Cai Qing-Feng Guan Shun Guo School of Materials Science and Engineering Jiangsu University School of Material Science and Engineering Yancheng Institute of Technology Engineering Institute of Advanced Manufacturing and Modern Equipment Technology Jiangsu University

This study investigates the influence of high-current pulsed electron beam(HCPEB) modification on the microstructure and shear strength of Cu/CuW joints.Reliable solid-state diffusion bonding of modified-Cu(MCu) and modified-CuW(M-CuW) was achieved by HCPEB modification pretreatment at a temperature of 800-900 ℃ and a pressure of 5 MPa for 10-50 min.Experiments demonstrate that HCPEB modification facilitates the dissolution of W and Cu,resulting in the formation of a Cu0.4W0.6solid solution and thus enhancing the uniform distribution of microstructures.Additionally,HCPEB-induced defects play a beneficial role in promoting the diffusion process by providing fast diffusion paths for elements.The optimal joints with the maximum shear strength of 213.7 MPa were obtained through bonding M-Cu and M-CuW at 900℃ and 5 MPa for 30 min,which attributes to the combined effects of fine-grained strengthening and solid solution strengthening.Overall,the application of HCPEB modification showcases its effectiveness in promoting element diffusion and enhancing the mechanical performance of the joints.

关键词： HCPEB Element diffusion Shear strength Crystal defects Surface modification

Blue photoluminescence from nanocrystalline porous silicon structure fabricated by high-current pulsed electron beam irradiation

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Chinese Science Bulletin 2014年第34期59卷 4758-4762页

作者： Peng L Xiao-Tong Wang Sheng-Zhi Yang Yan Li Xiu-Li Hou Qing-Feng Guan School of Materials Science and Engineering Jiangsu University

N-type Si(111) wafers have been processed by high-current pulsed electron beam(HCPEB) treatment with an increasing number of irradiation(1, 10 and 20pulses). The results of this work show that a highly porous nanostructure was formed after irradiation. Moreover, the high-density Si nanocrystals(Si-ncs) about 3 nm were distributed on the surface of Si wafers and exhibited3.02 e V Photoluminescence(PL) emission in blue band.The PL intensity increases with the increase in the Si-ncs' density in accordance with the quantum confinement model, which can be ascribed to the different pulse time of HCPEB treatment. The possible formation mechanisms of micropores and Si-ncs are discussed.

关键词：纳米多孔硅电流脉冲纳米结构光致发光电子束辐照 Si(111) HCPEB 制作

强流脉冲电子束和脉冲激光对Zr702表面组织及织构的影响研究

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强流脉冲电子束和脉冲激光对Zr702表面组织及织构的影响研究

作者：陈宝凤重庆理工大学

学位级别：硕士

本论文以一种商业纯锆Zr702为研究对象,综合采用电子背散射衍射(EBSD)、电子通道衬度像(ECC)、X射线衍射(XRD)及显微硬度等多种测试分析技术,系统地研究了经不同冷却方式(水冷、空冷和炉冷)进行β→α转变的组织、取向特征及力学性能(硬... 详细信息

本论文以一种商业纯锆Zr702为研究对象,综合采用电子背散射衍射(EBSD)、电子通道衬度像(ECC)、X射线衍射(XRD)及显微硬度等多种测试分析技术,系统地研究了经不同冷却方式(水冷、空冷和炉冷)进行β→α转变的组织、取向特征及力学性能(硬度)的影响规律,并分析了相变过程中发生的变体选择行为及其对样品织构的影响;以及利用强流脉冲电子束(HCPEB)和脉冲激光对Zr702合金进行表面处理,研究不同脉冲次数及不同激光功率对其微观组织及织构的影响规律。主要研究结论如下：(1)Zr702合金经p相水冷、空冷和炉冷等三种不同的冷却方式分别获得、Basket-weave魏氏组织、Parallel-plate魏氏组织和Lenticular组织。其中,水冷的组织用EBSD细致的表征后,首次证实了α板条界的取向差关系为第二种Burgers取向差关系(60°/),而非{10(?)1}晶面的孪生关系(57.05°／),且α板条间的共享平面为{10(?)1.06}。炉冷样品在pα转变过程中发生了强烈的变体选择,产生了明显的“织构ig,忆”现象,完全遗传了初始状态基面双峰织构的特征,且织构强度略微增强,其中出现的类孪晶片层证实为{10(?)2}和{11(?)1}拉伸孪晶;而空冷和水冷样品,均没有发生明显的变体选择。α板条的宽度随冷却速率的增加而逐渐减小,并确定了两者对数间的线性关系。(2)强流脉冲电子束处理后,表面显微组织分析显示,Zr702样品表面极速熔化和冷却过程中发生马氏体相变,得到完全α马氏体,并出现典型火出坑形貌的熔坑。XRD分析结果显示,经HCPEB处理后,衍射峰的宽度随着轰击次数的增加越来越宽,其中{0002}、{11(?)0}和{1010}晶面的峰强均发生显著变化;择优取向由标准的基面双峰织构择优到了{11(?)0}晶面的单轴织构。材料表面的显微硬度经HCPEB处理后也显著升高,且随着脉冲次数的增加呈逐渐升高的趋势。(3)采用400、200、100、50和25W等五种不同的激光功率对Zr702合金进行表面处理,处理后织构变得较为分散。对于400W样品,改性区可以分为三个部分：熔化区(MZ)、固态相变区(SSPTZ)和再结晶区(RXZ),RXZ中不规则的再结晶晶粒内部的SPPs呈线性分布表明板条组织更早的形成于此区域;200、100和50W样品,改性区则可分为两个部分：MZ和SSPTZ;而25W样品,由于功率足够小,样品表面不发生熔化,只发生固态相变,改性区只有SSPTZ。其中,SSPTZ又可分为SSPTZ-1(β→a)和SSPTZ-2 (α+β→α),在SSPTZ-2中的未转变的原α晶粒,由于应力诱发马氏体相变过程中产生了大量的位错滑移或回复,在其内部形成了大量的亚晶。在50和25W样品中观察到具有"indentation mark"形貌的3个α板条的聚集体,且其晶界取向差特征被确定为第二种Burgers取向差关系(60°/)。激光处理后,改性区的硬度明显升高,且MZ范围内的平均硬度高于SSPTZ。改性区的深度和宽度随激光功率的减小而减小,近似呈线性关系。

关键词：锆合金显微组织 HCPEB EBSD 激光织构

基于电子束的齿轮材料表面梯度涂层复合制备工艺及性能研究

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基于电子束的齿轮材料表面梯度涂层复合制备工艺及性能研究

作者：侯天凤重庆理工大学

学位级别：硕士

耐磨性能是所有齿轮应具备的最重要性能之一,对于一些在特殊工况下工作的齿轮,还要求其具有高耐腐蚀性和耐高温氧化性等。目前的齿轮表面强化手段并不能完全满足特殊用途高性能齿轮的要求。目前所用的齿轮强化工艺,如PVD、CVD和TD等技... 详细信息

耐磨性能是所有齿轮应具备的最重要性能之一,对于一些在特殊工况下工作的齿轮,还要求其具有高耐腐蚀性和耐高温氧化性等。目前的齿轮表面强化手段并不能完全满足特殊用途高性能齿轮的要求。目前所用的齿轮强化工艺,如PVD、CVD和TD等技术均无法同时获得大层深和高硬度兼备的涂层。因而用复合强化手段在齿轮表面制备梯度涂层已成为目前齿轮表面强化研究的热点。本文针对传统工艺不能获得结合良好并在表层形成超细晶的梯度涂层的特点,在理论分析强流脉冲电子束(HCPEB)对梯度涂层改性作用的基础上,采用化学热处理复合工艺制备了两种可用于特殊场合的齿轮涂层,并开展相应工艺、组织和性能研究。利用HCPEB改性用PVD方法制备的Cr/CrN涂层,研究其微观组织结构和性能,结果表明,HCPEB技术对材料表层力学性能的影响深度高达450μm,适当的HCPEB工艺参数可使梯度涂层在保留一定厚度的同时,还可使涂层元素扩散到一定深度,实现涂层的冶金结合,从而使涂层的结合力提高2倍以上。组织性能实验分析表明,对于经HCPEB工艺改性后的涂层材料,影响其摩擦磨损性能的因素很多,主要包括涂层与基体硬度的关系、涂层的厚度、表面粗糙度及磨屑,其中涂层或改性层硬度与厚度及结合力是影响涂层磨损性能的重要因素,在一定范围内的粗糙度对涂层材料的磨损并不会起到决定性的作用。并且氧化磨损和疲劳磨损并存是Cr/CrN被HCPEB改性前、后的主要磨损方式。根据渗碳、渗氮等传统工艺可使改性层的厚度高达mm级、电沉积Cr层具有高耐磨性和耐腐蚀性,同时HCPEB技术具有可在极短时间内作用到具有复合强化涂层的齿轮表面,并瞬间引发表层熔融、汽化、及应力波、冲击波和增加扩散等一系列物理化学反应等特点,设计了复合HCPEB技术、热扩渗C、N和电沉积Cr工艺相结合的工艺路线,通过组织和性能研究结果表明,可得到厚度高达100μm的纳米级等轴晶粒结构Cr层,在渗C、N层两边的界面都有来自相邻涂层的扩散元素,使得涂层截面硬度缓慢梯度过渡,断口没有明显的分界,从表层到内部为解理断口过渡到韧窝断口,并且还拥有良好的耐磨性和耐腐蚀性。另外,结合渗B层可以达到超高硬度和高红硬性,再次设计了复合HCPEB、热扩渗C、N和扩渗B工艺想结合的工艺路线,通过组织和性能研究结果表明,扩渗B层工艺的改性层厚度高达305μm,涂层的硬度高达1400HV,最终梯度过渡到700HV左右,层与层之间元素相互扩散,结合紧密,另外从表面到心部依次为韧窝→解理→准解理→韧窝的断口形貌进一步证明了他的优良力学性能。本文提出了HCPEB工艺、PVD、热扩渗技术与化学沉积技术的齿轮表面复合涂层新工艺,并具体实现了HCPEB、PVD Cr/CrN涂层;HCPEB、热扩渗C、N和电沉积Cr;HCPEB、热扩渗C、N和扩渗B三条具体的齿轮表面复合涂层制备工艺,系统研究了各工艺条件下的齿轮材料的表面形貌、表层硬度、表面粗糙度、涂层结合力以及摩擦磨损性能等。实现了齿轮涂层的超细晶及表层力学性能的梯度过渡。

关键词： HCPEB PVD Cr/CrN涂层复合工艺电沉积Cr 扩渗B

Evolution of surface microstructure of Cu-50Cr alloy treated by high current pulsed electron beam

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Science China(Technological Sciences) 2015年第3期58卷 462-469页

作者： CHAI LinJiang ZHOU ZhiMing XIAO ZhiPei TU Jian WANG YaPing HUANG WeiJiu College of Materials Science and Engineering Chongqing University of Technology School of Science Xi'an Jiaotong University

A Cu-50Cr alloy was treated by the high current pulsed electron beam(HCPEB)at 20 and 30 ke V with pulse numbers ranging from 1 to 100.Surface morphologies and microstructures of specimens before and after the treatments were investigated by employing scanning electron microscopy and X-ray diffraction.Results show that the HCPEB technique is able to induce remarkable surface modifications for the Cu-50Cr alloy.Cracks in Cr phases appear even after one-pulse treatment and their density always increases with the pulse number.Formation reason for these cracks is attributed to quasi-static thermal stresses accumulated along the specimen surface.Craters with typical morphologies are formed due to the dynamic thermal field induced by the HCPEB and they are found to prefer the sites near cracks or boundaries between neighboring Cr phases.Another microstructural characteristic produced by the HCPEB is the fine Cr spheroids,which are determined to be due to occurrence of liquid phase separation in the Cu-50Cr alloy.Finally,a general microstructural evolution profile that incorporates various HCPEB-induced surface features is tentatively outlined.

关键词：表面微观结构脉冲电子束组织演变高电流合金 HCPEB 扫描电子显微镜表面形貌

Improved Corrosion Resistance of Magnesium Alloys AZ31 and AZ91HP by High Current Pulsed Electron Beam Treatment

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材料热处理学报 2004年第5B期25卷 1037-1040页

作者： HAOSheng-zhi GAOBo ZHOUJi-yang DONGChuang Statekeylaboratoryformaterialmodificationbylaser ionandelectronbeamsDalianUniversityofTechnologyDalianChina Departmentofmaterialengineering DalianUniversityofTechnologyDalianChina

Surface treatment of magnesium alloys AZ31 and AZ91HP by a high current pulsed electron beam (HCPEB) was investigated in the present paper. The corrosion resistance of treated samples was tested in a 5% (wt%) NaCl solution, showing remarkably improvement as manifested by polarization curves. According to EPMA analysis, the intermetallic Mg17Al12 in the surface layer of AZ91HP sample almost disappeared after the treatment of HCPEB, leaving the surface layer in a state of supersaturated solid solution. Both the augmentation of aluminum content and the formation of supersaturated structure in the surface layer are believed to contribute to the improved corrosion resistance of AZ31 and AZ91HP.

关键词： AZ31 AZ91HP 镁合金耐蚀性 HCPEB 热处理

Improvement of Wear Resistance of Magnesium Alloy AZ91HP by High Current Pulsed Electron Beam Treatment

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材料热处理学报 2004年第5B期25卷 1029-1031页

作者： GAOBo HAOSheng-zhi ZOUJian-xin JIANGLi-min ZHOUJI-yang DONGChuang StateKeyLab.ofMaterialssurfaceModificationbyLaser IonandElectronBeamsDatianChina StateKeyLab.ofMaterialssurfaceModificationbyLaser IonandElectronBeamsDatianChina／／DepartmentofMaterialsEngineeringDalianUniversityofTechnologyDalianChina

Surface modification of magnesium alloy AZ91HP (9wt%Al, 0.5wt%Zn, 0.5wt%Mn, Mg remaining percentage) by high current pulsed electron beam (HCPEB) treatment was studied in this paper. The secondary phase MgnAln is nearly completely dissolved and as a result, a super-saturated solid solution forms on the re-melted surface. The microhardness is increased both in and far beyond the heat-affected zone (HAZ), reaching about 250um. Measurements on sliding wear have shown that the wear resistance of the treated samples was improved by a factor of about 2.4 as compared to the as-received sample. It is also found that the sliding wear resistance can be further improved by surface alloying with TiN.

关键词：镁合金 HCPEB 磨损性能 AZ91HP 表面改性高电流脉冲电子束

强流脉冲电子束轰击产生表面熔坑的数值模拟研究

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材料热处理学报 2003年第1期24卷 85-89页

作者：秦颖吴爱民邹建新刘悦王晓钢董闯大连理工大学三束材料改性国家重点实验室辽宁大连116024

在纯Al强流脉冲电子束表面改性实验的基础上 ,通过数值计算方法对其温度场和熔化过程进行了模拟 ,给出了脉冲半高宽度为 0 5μs、能量为 3J cm2 电子束轰击铝靶后 :熔化深度约为 2 5μm ,与TEM的观察结果一致 ,熔化从 0 4μs开始到 1... 详细信息

在纯Al强流脉冲电子束表面改性实验的基础上 ,通过数值计算方法对其温度场和熔化过程进行了模拟 ,给出了脉冲半高宽度为 0 5μs、能量为 3J cm2 电子束轰击铝靶后 :熔化深度约为 2 5μm ,与TEM的观察结果一致 ,熔化从 0 4μs开始到 1 6μs结束 ,最先完全熔化的位置约为 1 4μm ,亚表层首先熔化并且迅速膨胀 (沉积的能量在最大射程的 1 3处达到最大值 ) ,体积膨胀力大约为 2 75MPa ,引起了熔体从亚表层通过表层向外喷发 ,熔体的喷发速度约为 1 330m s,随后表面从内向外经历速率为 1 0 9K s的冷却过程 ,因而使得表面形成类似于火山坑状的”熔坑”。

关键词：强流脉冲电子束 HCPEB 数值模拟熔坑