强流脉冲离子束辐照WC-Ni硬质密封材料表面改性研究

利用离子能量为300 keV,束流密度为300 A/cm~2,功率密度为10~8W/cm~2,脉冲宽度为70 ns的强流脉冲离子束(HIPIB)对用于核主泵轴密封的WC-Ni硬质合金材料进行了表面辐照处理,辐照次数分别为1,5.10次.利用XRD,SEM和EPMA研究了HIPIB辐照前后WC-Ni硬质合金表层相组成,表面形貌和元素分布的变化.借助显微硬度计和环一块式靡损仪测试了辐照前后硬质合金表层的性能.结果表明,HIPIB辐照硬质合金表层发生由六方碳化物WC向fcc碳化物β-WC_(1-x)转变,转变量随着辐照次数的增加而增加.HIPIB辐照引发硬质合金表层快速重熔和Ni黏结相的择优烧蚀,形成了许多丘状表面凸起,且随着辐照次数的增加,丘状凸起的尺寸增大,当辐照次数增加至10次,形成了网状峰-谷起伏结构的重熔烧蚀表面形貌,且具有微区光滑致密化特征.由于HIPIB辐照应力波的显著作用,辐照后硬质合金表层沿深度方向显著硬化.10次辐照后硬化层深度可达160μm,表面摩擦系数降低38%,耐磨性提高近3倍.     

强流脉冲离子束辐照WC-Co硬质合金的组织与性能

用扫描电镜（SEM）、表面轮廓仪、X射线衍射仪（XRD）、电子探针（EPMA）和显微硬度计等方法,研究了强流脉冲离子束辐照WC-Co硬质合金的组织与性能。结果表明,HIPIB辐照使硬质合金表面发生快速重熔和Co粘结相的优先烧蚀,导致六方α-WC相向立方β-WC1-x相转变,形成丘状凸起重熔烧蚀形貌;硬质合金表面硬度随束流密度和辐照次数的增加先增加后减小,归因于辐照硬质合金表面重熔致密化、Co粘结相优先烧蚀、β-WC1-x相转变以及表面微裂纹的产生。     

金属材料表面强流脉冲离子束辐照强化

介绍了TEMP型强流脉冲离子束(HIPIB)装置及其工作原理。总结了HIPIB辐照不同金属材料表面后的硬度、耐磨性和耐蚀性的试验结果。HIPIB的瞬间高能量密度沉积导致金属表面快速加热冷却，产生显著的热-力学效应。辐照表面发生的细晶强化、加工硬化和相变强化，使金属材料在较大的深度范围(约100μm)内硬度提高，耐磨性改善；同时，辐照表面金属成分纯净化和组织结构均匀化，有利于提高金属材料耐蚀性。     

强流脉冲离子束辐照挤压态AZ31镁合金性能

利用强流脉冲离子束(C+、H+)对变形镁合金AZ31的挤压态靶材分别进行0、1、30和50次辐照试验,分析辐照前后物相组成,检测随辐照次数增加靶材表面的显微硬度,并通过阳极氧化和盐雾试验检测耐蚀性能。结果表明,随HIPIB辐照次数增加,靶材表面显微硬度呈提高趋势,50次辐照表面显微硬度270 HV0.01,较原始靶材的63.7 HV0.01提高了3倍多;极化曲线显示自腐蚀电位和击穿电位提高,自腐蚀电流减小,30次辐照的自腐蚀电位达到-1363 mV,钝化区间为1065 mV;辐照处理后在盐雾试验中形成钝化膜使靶材腐蚀速率显著降低了65%,耐蚀性能得到较大改善。     

强流脉冲离子束辐照AZ31镁合金的干滑动磨损行为

用脉冲宽度为70~80 ns,束流密度为200 A/cm2,辐照次数为1、5和10次的强流脉冲离子束(HIPIB)辐照AZ31镁合金,用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)以及干滑动磨损试验对辐照后试样进行表征和干滑动磨损行为研究。结果表明,HIPIB辐照试样获得了显著优于未辐照试样的耐磨性能,且随着辐照次数的增加改善作用增强。具有最高硬度的10次辐照试样的磨损率较未辐照试样减小约一个数量级,磨粒磨损倾向大大降低,HIPIB辐照使得镁合金的磨损机制从单一的磨粒磨损转变为磨粒磨损和氧化磨损的混合磨损,这主要归结于辐照表面改性层晶粒的细化而导致镁合金表面硬度的提高。     

强流脉冲离子束辐照WC-Ni硬质合金摩擦磨损行为

利用束流密度50~200 A/cm2、脉冲宽度70 ns的强流脉冲离子束(HIPIB)对WC-Ni硬质合金进行表面辐照处理,测试了辐照WC-Ni硬质合金的微观组织和表面硬度,采用环-块式摩擦磨损试验机、SEM和EDS考察了HIPIB辐照WC-Ni硬质合金的摩擦磨损性能及其磨损机理。结果表明,随束流密度增加,WC-Ni硬质合金表面发生重熔与Ni粘结相的选择性烧蚀,表面重熔致密化,表面硬度显著增加,摩擦系数降低、耐磨性提高,200 A/cm2辐照硬质合金表面熔层约1.6μm,组织明显细化,表面硬度可达14.86 GPa,摩擦系数和磨损率分别降低18%和58%。HIPIB辐照使硬质合金表面磨损机制从原始硬质合金的Ni粘结相优先去除引发WC颗粒剥落去除转变为以均匀微观切削为主的磨粒磨损,这归因于HIPIB辐照WC-Ni硬质合金表面重熔致密化及晶粒细化。     

强流脉冲离子束辐照金属材料表面的研究现状及进展

综述了强流脉冲离子束技术在金属材料表面改性研究的成果及对作用机理的解释,并展望了其发展前景.     

强流脉冲电子束辐照YG8硬质合金的组织与性能

采用强流脉冲电子束(HCPEB)表面改性技术对YG8硬质合金表面进行辐照处理试验。利用金相显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜对处理样品的表层组织进行分析,测量改性样品的显微硬度和摩擦磨损性能指标。结果表明,强流脉冲电子束处理使YG8样品表层重熔平整,WC颗粒形状圆整并与粘结剂Co基体发生溶解扩散,表层显微硬度增加到3523.6 HK,耐磨性提高约19%。     

强流脉冲离子束辐照金属Ti相变传热的数值分析

建立了强流脉冲离子束(HIPIB)辐照金属相变传热的理论模型．基于焓法发展的二维轴对称传热模型，考虑脉冲离子束源项的时间和空间分布，以及材料变热物性的影响，计算了能量密度为0．1—150J／cm^2，脉冲宽度为120ns的HIPIB辐照金属Ti的温度场．HIPIB辐照金属Ti发生熔化和烧蚀的临界能量密度分别为0．2和0．7J／cm^2．在脉冲辐照时间内、烧蚀深度单调增加，而液相层厚度呈先增加后减小、再增加的趋势．随着能量密度增加，最大烧蚀深度增加，150J／cm^2时可达29．25μm．最大液相层厚度则先增加后减小，80J／cm^2时最大液相层厚度为0．5μm．能量密度为70J／cm^2的HIPIB辐照金属Ti实验测定的烧蚀质量7．2mg与计算值大致相符。     

强流脉冲离子束对TiAlN涂层刀具的表面改性

采用强流脉冲离子束辐照的改性方法研究了其对TiAlN涂层刀具的表面改性效果.使用1.5、2.3 J/cm2的强流脉冲离子束对试样进行1、5、10次辐照实验.结果 表明,试样表层产生大量龟裂状裂纹.随着辐照次数和脉冲能量的增加,试样表层微裂纹逐渐减少,取而代之的是沸腾状的烧蚀孔洞.辐照后,试样的表面显微硬度和耐磨性均得到...     

强流脉冲电子束对WC-Ni硬质合金组织与性能的影响

采用强流脉冲电子束对WC-Ni硬质合金表面进行辐照,研究了辐照前后合金组织和性能的变化情况。结果表明,辐照后WC-Ni硬质合金表面的WC会向β-WC1-X转变,这一转变可以有效提高硬质合金的硬度和耐磨性。     

两相WC-Ni硬质合金的成分和结构

探讨了两相WC-Ni硬质合金的成分与合金密度和比磁饱和间及WC晶粒邻接度与其他显微结构参数间的定量关系。结果表明,单用磁饱和测定值难以确定合金成分,用密度测定值能精确计算确定牌号的两相WC-Ni合金的成分;用WC晶粒邻接度(或γ相平均自由程)、γ相体积分数和WC相平均晶粒尺寸中任意两个参数都能精确表征两相WC-Ni合金的结构特征,由此可定量评价WC晶粒邻接度对力学性能的影响程度;合金的维氏硬度既可用关于WC相和γ相原位硬度的混合物规则也可用与WC晶粒邻接度的正向对应关系或与γ相平均自由程的反向Hall-Petch型关系式精确表征。     

WC-Ni硬质合金的特性、发展及其应用

讨论了WC-Ni硬质合金的特性和发展,列举了一些新的重要的应用领域。     

多物理场耦合烧结制备超细WC-Ni硬质合金致密化机理

为了研究Ni含量对WC-Ni硬质合金性能的影响,利用多物理场耦合烧结方法制备不同Ni含量的超细WC-Ni硬质合金,结果显示:多物理场耦合烧结方法可以成功制备WC-Ni硬质合金,随着Ni含量增加,WC-Ni硬质合金的组织更加致密,试样的相对致密度逐渐增加,但WC颗粒发生了轻微的长大现象;同时,显微硬度先增后减,在Ni质量分数为8%时达到最大值,断裂韧性K_(IC)则随Ni含量的增加迅速增加到8.5 MPa·m~(1/2)。     

强流脉冲离子束辐照对DZ4合金微观结构的影响

利用成分为Cn+(30 mol%)和H+(70 mol%),加速电压为250 kV,脉冲宽度为70 ns,束流密度为100 A/cm2的强流脉冲离子束(high intensity pulsed ion beam-HIPIB)辐照DZ4镍基高温合金,辐照次数分别为5、10和15次.利用透射电子显微镜(TEM)分析辐照前后合金表层微观结构的变化.结果显示,与原始样品比较,辐照不同次数后的样品最表面都产生了一层晶粒度为5～10 nm的多晶层,它是由DZ4合金中各元素的单质相组成的.在距表面一定深度范围内,不存在γ'相;随着深度的增加,γ'相的含量逐渐增加.     

电火花间隔沉积石墨-硬质合金自润滑涂层及其摩擦学性能

目的 提高机械零部件表面的润滑性能.方法 以45钢为基体,采用电火花沉积技术在表面上间隔沉积出条状的石墨与硬质合金涂层条,用HSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机对所制备的条状涂层进行相关的摩擦磨损试验,使用SEM和EDS并对涂层的表面形貌、截面形貌以及组成成分进行研究,分析了不同因素对石墨-硬质合金自润滑涂层摩擦磨损性...     

基于离子束辅助激光的硬质合金表面微织构制备方法研究

目的 解决纳秒激光所制备的硬质合金表面微织构尺寸不可控且质量较差的问题.方法 提出了离子束刻蚀与纳秒激光复合加工技术.首次采用离子束辅助激光加工在WC/Co硬质合金表面制备凹坑型微织构,研究了激光扫描速度、重复频率、脉冲宽度和刻蚀时间4种不同加工参数对微凹坑表面形貌及结构尺寸的影响,并初步预测和建立了复合加工过程中微凹...     

The Effect of Intensity Pulsed Ion Beam Irradiation on Wear Resistance of High-speed Steel

INTENSITY pulsed ion beam(IPIB)technology hasbeen developed over the last two decades primarily fornuclear fusion and high-energy density physicsresearch,which is also named as high-intensity pulsedion beam technology(HPIB)and becomes a newmodification technique of materials surface such as inthe fields of metal materials modification,functionalfilms and nano-powder synthesis[1-5].Directdeposition of a beam into a solid surface results in arapid melt and resolidification with heating and…     

High Current and High Intensity Ion Beam Sources and Their Technological Applications

High-current ion beams have become a powerful tool for improving the surface properties of different materials.The prospects of wide commercial use of such beams for material treatment is not only due to the possibility of improving their properties,but,also for economic expediency.To achieve a high throughput and reduce the cost on ion beam material treatment,ion beams of high average and pulsed power are necessary.This paper gives an overview of work on generation of pulsed and repetitively pulsed beams of accelerated ions with currents ranging from fractions of an ampere to several tens of kA and with pulse duration from several tens of nanoseconds to several hundreds of microseconds.A number of different methods of materials surface properties modification using high power and intense ion beam and plasma are considered.