强流脉冲离子束辐照对钛合金显微组织的影响

为研究强流辐照过程中钛合金微观组织结构和化学成分的变化,利用束流成分70%H+和30%C+的混合强脉冲离子束对钛合金进行了表面轰击,对离子束诱发的显微组织形貌和化学成分在扫描电子显微镜(SEM)上进行分析。结果表明,钛合金内部组织由α和β两相构成,为α+β型两相钛合金。试样不同区域组织类型存在明显差异,大部分区域组织类型一致,局部区域属于典型的魏氏组织。强流辐照钛合金表层组织和微观结构发生一定的变化,边缘β相结构遭到一定程度的破坏。显微组织结构的变化是由于表层温度梯度引起的热应力及其在靶材体内的传播造成的。     

强流辐照对钛合金表面形貌及成分的影响

用强流脉冲离子束技术对钛合金进行了表面轰击,利用原子力显微镜(AFM)在微观尺度上对离子束诱发的表面形貌进行了分析.结果表明,在单脉冲能量密度为～1.44 J/cm2,1次辐照表面开始熔化,5次辐照,轰击表面形成密度较大的块状熔坑,高度差较原始表面增长了约200 nm.用能量色散的特征X射线谱(XEDS)分析了辐照表面...     

强脉冲离子束辐照混合的RBS研究

采用卢瑟福背散射(Rutherford backscattering spectroscopy,RBS)方法对强脉冲离子束辐照Ti/Al、Al/Ti和Ni/Ti三组薄膜/衬底体系所形成的混合层进行了研究.在Ni/Ti组合中形成了厚度比离子射程大得多的、混合度较高的梯度混合层.发现熔融态混合的程度不仅取决于两材料在熔融态的表面张力的差别,而且取决于它们熔点的差异.这两个参量较接近的混合程度较好.     

强脉冲离子束材料表面改性研究进展

强脉冲离子束材料表面改性技术是正在发展中的新的材料表面改性技术。近四、五年来 ,我们围绕发展强脉冲离子束材料表面改性技术对其主要机制 (强脉冲能量效应 )、离子辐照诱发的热力学过程、表面熔坑现象及大面积均匀离子束技术开展了比较全面的基础性研究。研究表明 ,强脉冲离子束改性除了离子注入的元素掺杂效应外 ,其更可利用强脉冲能量沉积诱发的热力学效应 ,有望突破离子射程对改性层厚度的限制 ,并高效利用离子剂量和能量 ,成为新一代低成本、高效率、高生产率、实用化的离子束材料改性与合成工艺。本文对于上述研究的主要进展和相关问题进行了总结和评论     

强脉冲离子束材料表面改性研究进展

强脉冲离子束材料表面改性技术是正在发展中的新的材料表面改性技术。近四、五年来,我们围绕发展强脉冲离子束材料表面改性技术对其主要机制(强脉冲能量效应)、离子辐照诱发的热力学过程、表面熔坑现象及大面积均匀离子束技术开展了比较全面的基础性研究。研究表明,强脉冲离子束改性除了离子注入的元素掺杂效应外,其更可利用强脉冲能量沉积诱发的热力学效应,有望突破离子射程对改性层厚度的限制,并高效利用离子剂量和能量,成为新一代低成本、高效率、高生产率、实用化的离子束材料改性与合成工艺。本文对于上述研究的主要进展和相关问题进行了总结和评论。     

强脉冲离子束在金属中引起的应力波效应

金属在强脉冲离子束辐照及其后的快速冷却过程中所经历的应力过程是强脉冲离子束金属材料改性的最重要的机制之一。对应于这种过程，金属材料的微观结构和微硬度发生了改变。本文以45＃钢和纯铝为样品，将实验中测量到的不同强度的强脉冲辐照后样品微硬度和微观结构的变化与热力学计算所描述的热力学过程相对照，解释了出现微硬度双峰是由于应力波的形成和传播使然，并预言了由于应力波的在样品背面的反射，在较强能通量的强脉冲离子束辐照下样品背表面一定深度处也会出现微硬度增加的现象，该现象已被实验所证实。     

箍缩反射离子二极管产生的强流脉冲离子束特性

通过对离子束流密度分布的测量和对被离子束轰击的铜箔不同半径处表面微观形貌的分析,研究了200kV箍缩反射离子二极管产生的离子束特性。结果表明：轴线上离子束流密度最大。     

动态测量强脉冲离子束辐照产生的冲击波

当强脉冲离子束(Intense pulsedion beam,IPIB)辐照材料表面时,在靶材料表面引发快速升温、熔融、气化、烧蚀以及随后的快速固化,并产生热应力与冲击波.本文通过构建并改进以聚偏二氟乙烯(Polyvinylidenefluoride,PVDF)膜为核心的测量系统,成功地对强脉冲离子束辐照所产生的冲击波进行了动态的探测,实验测量与我们自行开发的理论模拟计算相比较,获得较好的吻合.     

强脉冲离子束辐照混合陶瓷/NiCoCrAlY热障涂层研究

为提高高温合金的工作温度,一般在其表面涂覆由粘结过渡层和陶瓷隔热层构成的热障层.热障层的热稳定性决定了高温合金部件的寿命.为延长由部分稳定的ZrO2/NiCoCrAIY合金构成的热障层的服役寿命,采用强脉冲离子束对它们的界面进行辐照处理.本工作研究了不同参数的强脉冲离子束(IPIB)对不同厚度结构的靶的辐照混合效应,通过一系列分析测试研究,发现合适参数的IPIB辐照能够有效地在界面形成混合层,从而改善热障层在高温氧化环境中的高温耐久性.其中采用峰值能量300 keV,脉冲宽度65 ns,峰值流强密度250 A/cm2的IPIB单脉冲辐照后的样品获得最好效果.对其原因做了分析,认为在界面处形成特定元素分布的混合层在高温氧化条件下既能形成完整的保护层,又改善了层间晶格和热胀系数失配,减小了失配热应力,从而提高了热障层在高温氧化条件下的稳定性.     

强流脉冲离子束产生的实验研究

分析了箍缩反射离子的工作原理，实验研究了二极管结构参数对其电参数的影响。在200kV加速器装置上获得了最大峰值2.lkA、脉宽约20ns、束能5．5J的离子流，最大离子产生效率达到6.2％。     

Dynamic energy spectrum and energy deposition in solid target by intense pulsed ion beams

A method for analyzing the dynamic energy spectrum of intense pulsed ion beam (IPIB) was proposed.Its influence on beam energy deposition in metal target was studied with IPIB produced by two types of magnetically insulated diodes (MID).The emission of IPIB was described with space charge limitation model,and the dynamic energy spectrum was further analyzed with time-of-flight method.IPIBs generated by pulsed accelerators of BIPPAB-450 (active MID) and TEMP-4M (passive MID) were studied.The dynamic energy spectrum was used to deduce the power density distribution of IPIB in the target with Monte Carlo simulation and infrared imaging diagnostics.The effect on the distribution and evolution of thermal field induced by the characteristics of IPIB dynamic energy spectrum was discussed.     

Wear and corrosion resistance of AZ31 magnesium alloy irradiated by high-intensity pulsed ion beam

The wear and corrosion resistance of AZ31 magnesium alloy irradiated by high-intensity pulsed ion beam (HIPIB) at an ion current density of 100–300 A/cm² with shot number of 1–10 are investigated by sliding wear test and potentiodynamic polarization measurement. The surface and cross-sectional morphologies, phase structure and surface microhardness of the irradiated AZ31 magnesium alloy samples are characterized by scanning electron microscopy (SEM), optical microscopy, X-ray diffraction (XRD) and Vickers tester, respectively. The HIPIB irradiation produces the hardened surface layers and improves abrasive wear resistance of all the samples. The wear volume of the irradiated samples at 200 A/cm² and 300 A/cm² with 10 shots as well as 100 A/cm² with 5 shots is about four times less than that of the original sample. The apparent increase in corrosion resistance is achieved for all the irradiated samples in 0.01 mol/l NaCl solution with a pH value of 12. The corrosion potential and pitting breakdown potential for the samples irradiated at 100 A/cm² with 5 shots are 560 and 630 mV higher than those of the original sample, −1560 mV and −1300 mV (SCE), respectively. It is found that the combined improvement in wear and corrosion resistance of AZ31 magnesium alloy is achieved by HIPIB irradiation, which is ascribed to the microstructural refinement and the chemical homogeneity of the irradiated magnesium alloy.     

高功率离子束模拟材料的X射线热-力学效应研究

主要介绍了利用高功率离子束模拟1keV黑体辐射X射线对材料的热—力学效应(thermal—mechanical effects)的初步研究结果。计算了“闪光二号”加速器产生的高功率离子束(质子束)和1keV黑体辐射X射线在材料中的能量沉积剖面，计算结果表明二者的能量沉积范围和剖面变化趋势基本一致。给出了利用“闪光二号”加速器高功率离子束辐照不同材料样品的初步实验结果。所辐照的样品表面镀层被剥离掉，Cu和Al样品表面有明显的熔融痕迹，样品的质量损失约几十毫克，3mm厚的石墨样品碎裂成数块，1mm厚的Al靶形变达到6mm。实测的5mm厚硬Al靶背面应力波峰值约35MPa。因而可以利用“闪光二号”加速器产生的高功率离子束模拟1keV黑体辐射X射线的热—力学效应。